2023年高考物理与强基计划核心知识点复习与真题 机械能

机械能

一、真题精选（高考必备）

1.（2020全国高考真题）一物块在高3.0m、长5.0m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下

滑距离s的变化如图中直线I、断示，重力加速度取10m/s2。则（）

A.物块下滑过程中机械能不守恒

B.物块与斜面间的动摩擦因数为0.5

C.物块下滑时加速度的大小为6.0m/s2

D.当物块下滑2.0m时机械能损失了12J

2.（2019全国高考真题）从地面竖直向上抛出一物体，其

能E.P之和.取地面为重力势能零点，该物体的思£,和P£„随它离开地面的高度h的变化如图所示.重力加速度取10

m/s2.由图中数据可得

A.物体的质量为2kg

B.h=0时，物体的速率为20m/s

C.h=2m时，物体的动能Ek=40J

D.从地面至h=4m,物体的动能减少100J

3.（2017浙江高考真题）如图所示，无人机在空中匀速上升时，不断增加的能量是（)

A.动能B.动能、重力势能

C,重力势能、机械能D.动能、重力势能、机械能

4.（2019全国高考真题）从地面竖直向上抛出一物体，物体在运动过程中除受到重力外，还受到一大小不变、方

向始终与运动方向相反的外力作用.距地面高度h在3m以内时，物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所

示.重力加速度取10m/s2.该物体的质量为

c.1kgD.0.5kg

5.（2017天津高考真题）天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮，是天津市的地标之一。摩天轮悬挂透

明座舱，乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动。下列叙述正确的是（）

A.摩天轮转动过程中，乘客的机械能保持不变

B.在最高点，乘客重力大于座椅对他的支持力

C.摩天轮转动一周的过程中，乘客重力的冲量为零

D.摩天轮转动过程中，乘客重力的瞬时功率保持不变

二、强基训练（高手成长基地）

1.（2021黑龙江哈尔滨德强学校高三期中）一物体静止在水平地面上，在竖直向上拉力F作用下开始向上运动，

如图甲所示，在物体向上运动过程中，其机械能E与位移x的关系图象如图乙所示，已知曲线上A点的切线斜率最

大，不计空气阻力，则下列说法错误的是（）

A.在外处物体所受拉力最大

B.0〜X］过程中合外力增大

C.在％〜x2过程中，物体的加速度一777^77^77-直减小

D.在玉〜々过程中，物体的动能先增甲大后减小

2.（2022全国高三专题练习）我国建成了多个智能化无人码头，是工业及信息化技术用于提升生产效率的重要应

用。基于AI控制的智能龙门吊能兼顾速度、能耗和安全性，如图所示，假设电机能控制吊绳的拉力按F=F（）+kv（F。

与k为未知常量）变化，将一体积较大的重物从静止开始竖直吊起，重物受到的空气阻力与速度成正比，则关于重

物的加速度a、速度v、电机功率P以及重物的机械能E随时间变化的图象可能是（)

3.（2022广东高三专题练习）在距地面高H处由静止释放一小球，小球向下运动过程中受到的阻力不能忽略，以

地面为重力势能的零势能面，物体的机械E能随小球到地面的高度h的变化关系图像如图所示，图中纵坐标b、c

为已知数据，重力加速度为g。根据图像判断下列说法正确的是（）

A.小球的质量等于三

gH

B.当h呜时，小球的动能等于重力势能b

C.小球运动的加速度等于Pg

C

D.运动过程中小球受到的阻力大小恒为营

4.（2021重庆八中高三阶段练习）如图所示，一半径为R的光滑半圆形细轨道,

其圆心为O,竖直固定在地面上。轨道正上方离地高为h处固定一水平光滑长直细杆，杆与轨道在同一竖直平面内，

杆上P点处固定一定滑轮，P点位于O点正上方。A、B是质量均为m的小环，A套在杆上，B套在轨道上，一条不

可伸长的轻绳通过定滑轮连接两环。两环均可看做质点，且不计滑轮大小与摩擦。现对A环施加一水平向右的力F,

使B环从地面由静止开始沿轨道运动。则（）

A.若缓慢拉动A环，B环缓慢上升至D点的过程中，B环所受轨道的支持力不变

B.若F为恒力，B环最终将静止在D点

C.若F为恒力，B环被拉到与A环速度大小相等时，sinODPBZP

D.若拉力恒为F,B环被拉到D点时B环机械能的增量为EEDF

5.（2021山东高三专题练习）如图所示，劲度系数为k的弹簧下悬挂一个质量为m的重物，处于静止状态。手托

重物使之缓慢上移，直到弹簧恢复原长，然后放手使重物从静止开始下落，重物下落过程中的最大速度为v,不计

空气阻力。下列说法正确的是（）

A.重物从静止下落到最低点的过程中，重物重力势能的减少量为生丝

k

B.重物从静止下落到速度最大的过程中，重物机械能的减少量为四匚±mv2

k2

C.弹簧弹性势能最大时重物的加速度大小为g

D.手对重物做的功大于巴经

k

6.（2021全国高三专题练习）如图甲所示，倾角为37°的传送带以恒定速度运行。现将质量为1kg的小物体以一定

的初速度平行射到传送带上，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示。取沿传送带向上为正方向，

g=10m/s2,sin370=0.6,cos37°=0.8o贝！I（）

甲乙

A.物体与传送带间的动摩擦因数为0.875

B.0〜8s内物体位移的大小为18m

C.0〜8s内的物体机械能的增量为90J

D.0〜8s内的物体与传送带由于摩擦力产生的热量为126J

7.（2019浙江高三阶段练习）摄制组在某大楼边拍摄武打片，要求特技演员

从地面飞到屋顶。如图所示，若特技演员质量m=50kg,导演在某房顶离地

H=12m处架设了轮轴（轮与轴有相同的角速度），轮和轴的直径之比为3：2队和

车均视为质点，且轮轴直径远小于H),若轨道车从图中A匀速前进到B,速度v=10m/s,绳BO与水平方向的夹角

为53°,则由于绕在轮上细钢丝的拉动，使演员由地面从静止开始向上运动。在车从A运动到B的过程中念取10m/s2,

sin53°=0.8)

A.演员上升的高度为3m

B.演员最大速度为9mzs

C.以地面为重力势能的零点，演员最大机械能为2400J

D.钢丝在这一过程中对演员做功为4275J

8.(2021湖南高三阶段练习)如图，长度为L的直杆AB的一端固定在水平细杆MN下方，AB与MN位于同一竖

直面内，且与MN间夹角为口一质量为m的带孔小球C套在AB上，与AB间滑动摩擦系数2。小球始终受

到沿MN方向、大小恒为&mg的风力作用。自A端静J止释放小球。(以MN所在水平

面为重力零势能面，tan79.,4「tan77.

3KV3

(1)在HBO串情况下，求小球沿杆AB运动的加速-----度a及离开直杆时的机械能

——►B

(2)为使小球离开直杆时的机械能最大，求杆AB与MN间的夹角口及相应小球离开直杆时的机械能E；

2max

(3)分析说明当杆AB与MN间的夹角□为多少时，C离开AB时的速率最大。

3

9.(2021全国高三专题练习)在物理学中，研究微观物理问题可以借鉴宏观的物理模型，可使问题变得更加形象

生动。弹簧的弹力和弹性势能变化与分子间的作用力以及分子势能变化情况有相似之处，因此在学习分子力和分子

势能的过程中，我们可以将两者类比，以便于理解。

(1)质量相等的两个小球用劲度系数为k,原长为1。的轻弹簧相连，并置于光滑水平面上。现给其中一个小球沿着弹

簧轴线方向的初速度，整个系统将运动起来，已知在此后的运动过程中弹簧的弹性势能大小Ep与弹簧的长度1的关

系如图甲所示。

①请说明曲线斜率的含义；

②已知弹簧最小长度为L，求弹簧的最大长度I2为多大？

(2册究分子势能是研究物体内能的重要内容。已知某物体中两个分子之间的势能Ep与两者之间距离r的关系曲线如

图乙所示。

①由图中可知，两分子间距离为与时，分子势能最小，请说出r=r0时两分子间相互作用力的大小，并定性说明曲

线斜率绝对值的大小及正负的物理意义；

②假设两个质量相同的分子只在分子力作用下绕两者连线的中点做匀速圆周运动，当两者相距为0时，分子的加

速度最大，此时两者之间的分子势能为Ep-系统的动能与分子势能之和为E。请在如图乙所示的Ep—r曲线图像中

的r轴上标出。坐标的大致位置，并求出此时两分子之间的分子作用力大小。

10.(2020全国高三专题练习)如图所示，半径为R的四分之三圆周轨道固定在竖直平面内，O为圆轨道的圆心,

D为圆轨道的最高点，圆轨道内壁光滑，圆轨道右侧的水平面BC与圆心等高.质量为m的小球从离B点高度为h处

(-RD1LBR)的A点由静止开始下落，从B点进入圆轨道，重力加速度为g).

(1)小球能否到达D点？试通过计算说明；

(2)求小球在最高点对轨道的压力范围；

(3)通过计算说明小球从D点飞出后能否落在水平面BC上，若能，求落点与B点水平距离d的范围.

三、参考答案及解析

（一）真题部分

1.AB

【解析】A下滑5m的过程中，重力势能减少30J,动能增加10J,减小的重力势能并不等与增加的动能，所以机

械能不守恒，A正确；

B.斜面高3m、长5m,则斜面倾角为0=37%令斜面底端为零势面，则物块在斜面顶端时的重力势能mgh=30J

可得质量m=lkg

下滑5m过程中，由功能原理，机械能的减少量等于克服摩擦力做的功

pmg-cos0s=20J

求得40.5B正确;

C.由牛顿第二定律mgsin0—pmgcos6=ma

求得a=2m/s2,C错误；

D.物块下滑2.0m时，重力势能减少12J,动能增加4J,所以机械能损失了8J,D选项错误。故选AR

2.AD

【解析】AEp力图像知其斜率为G,故G二L=20N,解得m=2kg,故A正确

4m

B.h=0时，Ep=0,El^E1q-Ep=l00H）=l00J,故gmv2=100J,解得：v=10m/s,故B错误；

C.h=2m时，Ep=40J,Ek-E札-Ep=90M0J=50J,故C错误

D,h=0时，Ek=E,,-Ep=100J-0=100J,h=4m时，Ek'岳机tp=80J~80J=0J,故Ek-Ek'=100J,故D正确

3.C

【解析】无人机在匀速上升过程中，它的质量不变，速度不变，则动能不变；同时高度增加，其重力势能增加；因

机械能等于动能与势能的总和，所以无人机的机械能增加。

故选Co

4.C

【解析】对上升过程，由动能定理，OFQig）hOELE,得EDEn（FDng）h,即F+mg=12N；下落过程，

kkOkkO

（mg匚F）（6Eh）DE,即mg匚FDCEHBN,联立两公式，得到m=lkg、F=2N.

k

5.B

【解析】A.摩天轮运动过程中做匀速圆周运动，乘客的速度大小不变，则动能不变，但高度变化，所以机械能在

变化，选项A错误；

B.圆周运动过程中，在最高点由重力和支持力的合力提供向心力，即mgLFOn—

Nr

所以重力大于支持力，选项B正确；

C.转动一周，重力的冲量为I=mgt,不为零，C错误；

D.运动过程中，乘客的重力大小不变，速度大小不变，但是速度方向时刻在变化，根据P=mgvcos@可知重力的

瞬时功率在变化，选项D错误。故选B。

（二）强基部分

1.C

【解析】A由图并根据功能关系可知，x处物体图象的斜率最大，则说明此时机械能变化最快，由E匚Fx

1

可知此时所受的拉力最大，故A正确，不符合题意；

B.在0~年过程中，图象的斜率逐渐变大，说明拉力越来越大，合外力向上越来越大，故B正确，不符合题意；

CD.在xj与过程中，图象的斜率逐渐变小，说明拉力越来越小；在与处物体的机械能达到最大，图象的斜率为零，

说明此时拉力为零.根据合外力匚

F合FDng

可知，在x「々过程中，拉力F逐渐减小到mg的过程中，物体做加速度逐渐减小的加速运动，物体加速度在减小，

动能在增大，拉力F=mg到减小到0的过程中，物体的加速度反向增大，物体做加速度逐渐增大的减速运动，物体

的动能在减小；在外~々过程中，物体的动能先增大后减小，物体的加速度先减小后反向增大，故C错误，符合题

意；D正确，不符合题意。故选C。

2.AB

【解析】A.设重物质量为m,阻力为fOD,则受力分析得FIZIngElf口四

即F口&Ek&DngDna

0

可知，当加速度恒定，故A正确。

B.由A选项可知，当k(Zk口加速度随速度增加，即物体做加速度增加的加速运动。故B正确；

C.电机功率为PDFvDFvDw

0

可知，由于速度随时间变化，则电动机的功率不可能随时间线性变化。故c错误；

D.分析可知，物体一直上升，机械能会一直增加，故D错误。故选AR

3.AC

【解析】A.设小球质量为m,运动过程受到的阻力为f,根据功能关系可求小球下落到距地面高h处时的机械能为

EDngHDf(HEZh)n6ngDf)HLfh

结合图像可得bn(mgDf)H,c口ngH

解得m口一占，A正确；

gH

B.当hd•时，根据动能定理可求动能为E匚喉?口目

2K22

可见在此位置小球的动能小于重力势能，B错误。

C.根据牛顿第二定律有mgIZlfHina

又因为b[Z(mg[Z]f)H,m匚J

gH

联立各式可解得a[ig,C正确。

c

D.由关系式E[ZKmg[Z]f)H口为

可知图像斜率的物理意义为阻力，可见阻力大小是恒定的，由图可得f匚芋

D错误。故选AC

4.CD

【解析】A.以B环为研究对象，设绳的拉力为T,B环所受轨道支持力为FN，在B环上升过程中，根据相似三角

形有余啮

可知支持力大小不改变，但在移动过程中方向不断变化，A错误；

B.若F为恒力，且B环能运动到D点速度不为0时，B环会经过D点之后将会沿半圆形轨道运动至右侧最低点，

然后沿轨道返回左侧最低点，之后将重复运动，B错误；

C.当绳与圆形轨道相切时，两环的速度相等，根据数学知识有sinePB*：,C正确；

D.当小环B到达滑轮的正下方的D点时，小环B的速度沿绳子方向上的分量等于0,此时A环的速度是0,B环运

动到P点正下方过程中A环的位移为

xnjhiIZR2Oh□<)

则拉力的功为wOF(Vh2IZR2EhLR)

F

由功能关系可得wm,D正确。故选cn

F

5.ABC

【解析】A.由题意易知重物做简谐运动，设当弹簧伸长量为％时为振动的平衡位置，则有x。口詈

当弹簧恢复原长时，重物到达最高点，根据简谐运动的对称性可知，最高点与最低点间的高度差为hdx°匚管

所以重物从静止下落到最低点的过程中，重物重力势能的减少量为

AEDngh匚闻咽，故A正确；

pk

B.规定重物速度最大的位置为零重力势能面，则重物在开始运动的位置的机械能为

耳Qngx呼

在速度最大的位置的机械能为E里mvz

所以重物机械能的减少量为AE匚号匚E?匚?詈匚4mvs,故B正确；

C.重物运动到最低点时弹簧的弹性势能最大，此时弹簧的伸长量为2%,设此时重物的加速度大小为a,则由牛顿第

二定律可得k[2xE3ngOna

0

解得a=g,故C正确；

D.手托重物使之缓慢上移直到弹簧恢复原长的过程中，设手和弹簧对重物做的功分别为胃和吗，重物克服重力做

的功为迟，则根据动能定理有WjW2T%=0

而W,詈，所以誉叫故D错误。故选ABC

6.ACD

【解析】A由图象知，物体相对传送带滑动时的加速度为a□[口m/s2

对此过程中物体受力分析得QigCOSEDngsinDEJna

解得口匚0.875,故A项正确；

B.OTs内，从图乙中求出物体位移为x匚耳EJC2丐^0(2匚6)Qlm[04m,故B项错误；

C.物体被送上的高度为hnxsinim.4m

□口ngh84J

动能增量为DEktimv2gmy(欠Q2)JO5J

机械能增加为年HEmn?oj,故c项正确；

Pk

D.OTs内只有前6s发生相对滑动，0~6s内传送带运动距离为

x口BmD24m

带

o-6s内物体位移为xiii।-^r~2r2r^-ntrimQm

产生的热量为：QQQngcosLnkD<ma26J,故D项正确。

带

7.BD

【解析】将汽车的速度分解为如图所示

B.则得绳子的伸长速度X口cos53[H0a).6a5m/s

由于轮轴的角速度相等。设人的上升速度为V」轮的半,则有

%=匕得v,仕胃任U匚pm/s,故B正确；

A.在车由A到B的过程中，轮和轴转过的角度相等。

h为人上升的高度，则得h=4.5m,故A错误；

CD.钢丝在这一过程中对人所做的功也就是人具有的最大机械能

Emv2QnghLZH275J

故C错误，D正确。故选BD

8.(1)1.5%,0.66&ngL；(2)□□2.7吗E□.57mgL；(3)□□BOQ

2max3

【解析】(1)小球c受力如图所示

由将各力分解到沿AB方向和垂直于AB方向，可得

褥mgcos60□Hgsin60□04Qna

褥mgsin60EDN□ngcos60D

i

解得]日后4"口.53g

C沿AB做初速度为零的匀加速直线运动，设C离开AB时的速度为v,由运动学规律得

2aL口2

ii

此时C的动能E1d

重力势能E,nUngLsin60□

所以，此时C的机械能耳<4^igLn).66&ngL

(2)若>/3mgsin□□mgcosO,艮口EIZBO

>/3mgcosIZDngsinDna

sinONDngcos□

2aL口2

22

Eizimv2QngLsin□

EDy-IZD22mgLsin(口ZD

其中叵，所以口口9.840

当口00注，有最大值E?□.3ngL

max

\rV3mg

、

I，,

mg\

若“mgsin□□mgcos匚I,即匚口50>/3mgsinEOZNQngcos□

2

联立解得EL\]QCLZD2□(kOsmgLsin(DUD

其中tan口日^匚喝巨

,所以□口7.260

当口02.7便，有最大值E“□.57ingL

max

所以当□□2.742时，C离开AB时机械能最大，最大值E口.5石igL

2max

mg

(3)根据题意，对C加速度有贡献的仅有风力、重力和滑动摩擦力。风力与重力的合力F