高三物理小题狂刷同步单元提升训练系列第06单元 机械能守恒定律（解析版）

1、2020-2021学年高三物理同步单元提升训练第六单元 机械能守恒定律（解析版）一、单选题（每题3分，共计24分）1（2019浙江选考）奥运会比赛项目撑杆跳高如图所示，下列说法不正确的是A加速助跑过程中，运动员的动能增加B起跳上升过程中，杆的弹性势能一直增加C起跳上升过程中，运动员的重力势能增加D越过横杆后下落过程中，运动员的重力势能减少动能增加【答案】B【解析】加速助跑过程中速度增大，动能增加，A正确；撑杆从开始形变到撑杆恢复形变时，先是运动员部分动能转化为杆的弹性势能，后弹性势能转化为运动员的动能与重力势能，杆的弹性势能不是一直增加，B错误；起跳上升过程中，运动员的高度在不断增大，所以运动

2、员的重力势能增加，C正确；当运动员越过横杆下落的过程中，他的高度降低、速度增大，重力势能被转化为动能，即重力势能减少，动能增加，D正确。2（2020年江苏卷）质量为的汽车在水平路面上匀速行驶，速度为，受到的阻力大小为。此时，汽车发动机输出的实际功率是（）A. B. C. D. 【答案】C【解析】【详解】汽车匀速行驶，则牵引力与阻力平衡汽车发动机的功率故选C。3.（2019新课标全国卷）(多选)从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和。取地面为重力势能零点，该物体的E总和Ep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2

3、 kgBh=0时，物体的速率为20 m/sCh=2 m时，物体的动能Ek=40 JD从地面至h=4 m，物体的动能减少100 J【答案】AD【解析】AEph图像知其斜率为G，故G=20 N，解得m=2 kg，故A正确Bh=0时，Ep=0，Ek=E机Ep=100 J0=100 J，故=100 J，解得：v=10 m/s，故B错误；Ch=2 m时，Ep=40 J，Ek=E机Ep=85 J40 J=45 J，故C错误；Dh=0时，Ek=E机Ep=100 J0=100 J，h=4 m时，Ek=E机Ep=80 J80 J=0 J，故EkEk=100 J，故D正确。4（2019浙江选考）如图所示为某一游戏

4、的局部简化示意图。D为弹射装置，AB是长为21 m的水平轨道，倾斜直轨道BC固定在竖直放置的半径为R=10 m的圆形支架上，B为圆形的最低点，轨道AB与BC平滑连接，且在同一竖直平面内。某次游戏中，无动力小车在弹射装置D的作用下，以v0=10 m/s的速度滑上轨道AB，并恰好能冲到轨道BC的最高点。已知小车在轨道AB上受到的摩擦力为其重量的0.2倍，轨道BC光滑，则小车从A到C的运动时间是A5 sB4.8 sC4.4 sD3 s【答案】A【解析】设小车的质量为m，小车在AB段所匀减速直线运动，加速度，在AB段，根据动能定理可得，解得，故；小车在BC段，根据机械能守恒可得，解得，过圆形支架的圆心

5、O点作BC的垂线，根据几何知识可得，解得，故小车在BC上运动的加速度为，故小车在BC段的运动时间为，所以小车运动的总时间为，A正确。5（2019新课标全国卷）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3 m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10 m/s2。该物体的质量为A2 kgB1.5 kgC1 kgD0.5 kg【答案】C【解析】对上升过程，由动能定理，得，即F+mg=12 N；下落过程，即N，联立两公式，得到m=1 kg、F=2 N。6.（2020年全国II卷）如图，在摩托车

6、越野赛途中的水平路段前方有一个坑，该坑沿摩托车前进方向的水平宽度为3h，其左边缘a点比右边缘b点高0.5h。若摩托车经过a点时的动能为E1，它会落到坑内c点。c与a的水平距离和高度差均为h；若经过a点时的动能为E2，该摩托车恰能越过坑到达b点。等于（） A. 20B. 18C. 9.0D. 3.0【答案】B【解析】【详解】有题意可知当在a点动能为E1时，有根据平抛运动规律有当在a点时动能为E2时，有根据平抛运动规律有联立以上各式可解得故选B。7（2019江苏卷）如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态小物块的质量为m，从A点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止物块向左运

7、动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度在上述过程中A弹簧的最大弹力为mgB物块克服摩擦力做的功为2mgsC弹簧的最大弹性势能为mgsD物块在A点的初速度为【答案】BC【解析】小物块压缩弹簧最短时有，故A错误；全过程小物块的路程为，所以全过程中克服摩擦力做的功为：，故B正确；小物块从弹簧压缩最短处到A点由能量守恒得：，故C正确；小物块从A点返回A点由动能定理得：，解得：，故D错误。8.（2020年江苏卷）如图所示，一小物块由静止开始沿斜面向下滑动，最后停在水平地面上。斜面和地面平滑连接，且物块与斜面、物块与地面间的动摩擦因数均为常数。该过程中，物块的动能与水

8、平位移x关系的图象是（）A. B. C. D. 【答案】A【解析】【详解】由题意可知设斜面倾角为，动摩擦因数为，则物块在斜面上下滑水平距离x时根据动能定理有整理可得即在斜面上运动时动能与x成线性关系；当小物块在水平面运动时有即在水平面运动时动能与x也成线性关系；综上分析可知A正确。故选A。二、多选题（每题5分，共计20分）9.（2020年浙江卷）如图所示，系留无人机是利用地面直流电源通过电缆供电的无人机，旋翼由电动机带动。现有质量为、额定功率为的系留无人机从地面起飞沿竖直方向上升，经过到达高处后悬停并进行工作。已知直流电源供电电压为，若不计电缆的质量和电阻，忽略电缆对无人机的拉力，则（）A.

9、空气对无人机的作用力始终大于或等于B. 直流电源对无人机供电的额定电流为C. 无人机上升过程中消耗的平均功率为D. 无人机上升及悬停时均有部分功率用于对空气做功【答案】BD【解析】【详解】A无人机先向上加速后减速，最后悬停，则空气对无人机的作用力先大于200N后小于200N，最后等于200N，选项A错误；B直流电源对无人机供电的额定电流选项B正确；C若空气对无人机的作用力为F=mg=200N则无人机上升过程中消耗的平均功率但是由于空气对无人机向上的作用力不是一直为200N，则选项C错误；D无人机上升及悬停时，螺旋桨会使周围空气产生流动，则会有部分功率用于对空气做功，选项D正确。故选BD。10.

10、（2020年山东卷）如图所示，质量为M的物块A放置在光滑水平桌面上，右侧连接一固定于墙面的水平轻绳，左侧通过一倾斜轻绳跨过光滑定滑轮与一竖直轻弹簧相连。现将质量为m的钩码B挂于弹簧下端，当弹簧处于原长时，将B由静止释放，当B下降到最低点时（未着地），A对水平桌面的压力刚好为零。轻绳不可伸长，弹簧始终在弹性限度内，物块A始终处于静止状态。以下判断正确的是（）A. M2mB. 2m M3mC. 在B从释放位置运动到最低点的过程中，所受合力对B先做正功后做负功D. 在B从释放位置运动到速度最大的过程中，B克服弹簧弹力做的功等于B机械能的减少量【答案】ACD【解析】【详解】AB由题意可知B物体可以在开

11、始位置到最低点之间做简谐振动，故在最低点时有弹簧弹力T=2mg；对A分析，设绳子与桌面间夹角为，则依题意有故有，故A正确，B错误；C由题意可知B从释放位置到最低点过程中，开始弹簧弹力小于重力，物体加速，合力做正功；后来弹簧弹力大于重力，物体减速，合力做负功，故C正确；D对于B，在从释放到速度最大过程中，B机械能的减少量等于弹簧弹力所做的负功，即等于B克服弹簧弹力所做的功，故D正确。11.如图所示，物体A、B通过细绳及轻质弹簧连接在轻滑轮两侧，物体A、B的质量分别为2m、m，开始时细绳伸直，用手托着物体A使弹簧处于原长且A与地面的距离为h，物体B静止在地面上，放手后物体A下落，与地面即将接触时速

12、度大小为v，此时物体B对地面恰好无压力，不计一切摩擦及空气阻力，重力加速度大小为g，则下列说法中正确的是A物体A下落过程中，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒B弹簧的劲度系数为C物体A着地时的加速度大小为D物体A着地时弹簧的弹性势能为【答案】AC【解析】A项：由题知道，物体A下落过程中，B一直静止不动。对于物体A和弹簧组成的系统，只有重力和弹力做功，则物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，故A正确；B项：物体B对地面的压力恰好为零，故弹簧的拉力为T=mg，开始时弹簧处于原长，由胡克定律知：T=kh，得弹簧的劲度系数为，故B错误；C项：物体A着地时，细绳对A的拉力也等于mg，对A，根据牛顿第二定律得

13、2mgmg=2ma，得，故C正确；D项：物体A与弹簧系统机械能守恒，有：，所以，故D错误。12.（2020年天津卷）复兴号动车在世界上首次实现速度350km/h自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车，初速度为，以恒定功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内（ ）A. 做匀加速直线运动B. 加速度逐渐减小C. 牵引力功率D. 牵引力做功【答案】BC【解析】【详解】AB动车的功率恒定，根据可知动车的牵引力减小，根据牛顿第二定律得可知动车的加速度减小，所以动车做加速度减小的加速运动，A错误，B正确

14、；C当加速度为0时，牵引力等于阻力，则额定功率为C正确；D动车功率恒定，在时间内，牵引力做功为根据动能定理得D错误。故选BC。三、实验题（每题10分，共20分）13.（2020年全国III卷）某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。 已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB=_m/s，打出P点时小车的速度大小vP=_m/s（结果均保留2位小数）。若要验证动能定理，除了需测量钩码质量和小车的质量外，还需要从图

15、（b）给出的数据中求得的物理量为_。【答案】 (1). 0.36 (2). 1.80 (3). B、P之间的距离【解析】【详解】12由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度3验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B、P之间的距离。14.利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”的实验。(1)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的。A.动能变化量与势能变化量B.速度变化量和势能变化量C.速度变化量和高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是。A.交流电源B.刻度尺C.

16、天平(含砝码)(3)实验中,先接通电源,再释放重物,得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T,设重物的质量为m,从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量Ep=,动能变化量Ek=。乙(4)大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是。A.利用公式v=gt计算重物速度B.利用公式v=计算重物速度C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学用下述方法研究机械能是否守恒。在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h

17、,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2-h图象,并做如下判断:若图象是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒。请你分析该同学的判断依据是否正确。【解析】(1)在验证机械能守恒定律的实验中,需比较动能的减少量和重力势能的增加量是否相等,A项正确。(2)打点计时器需接交流电源,需要用刻度尺测量纸带上点迹间距离,A、B两项正确。(3)Ep=-mghBEk=m由匀变速直线运动规律可知,vB=代入可得Ek=m。(4)由于空气阻力和摩擦阻力的影响,有一部分重力势能会转化为热能,C项正确。(5)该同学的判断依据不正确。在重物下落h的过程中,若阻力f恒定,有mgh-fh=mv2-0,解得v2=2h。由此

18、可知,v2-h图象就是一条过原点的直线,要想通过v2-h图象的方法验证机械能是否守恒,还必须看图象的斜率是否接近2g。【答案】(1)A(2)AB(3)-mghBm(4)C(5)见解析四、计算题（15题10分，16题12分，17题14分，共计36分）15（2020年江苏卷）如图所示，鼓形轮的半径为R，可绕固定的光滑水平轴O转动。在轮上沿相互垂直的直径方向固定四根直杆，杆上分别固定有质量为m的小球，球与O的距离均为。在轮上绕有长绳，绳上悬挂着质量为M的重物。重物由静止下落，带动鼓形轮转动。重物落地后鼓形轮匀速转动，转动的角速度为。绳与轮之间无相对滑动，忽略鼓形轮、直杆和长绳的质量，不计空气阻力，重

19、力加速度为g。求： (1)重物落地后，小球线速度的大小v；(2)重物落地后一小球转到水平位置A，此时该球受到杆的作用力的大小F；(3)重物下落的高度h。【答案】(1)；(2)；(3)【解析】【详解】(1)由题意可知当重物落地后鼓形轮转动的角速度为，则根据线速度与角速度的关系可知小球的线速度为(2)小球匀速转动，当在水平位置时设杆对球的作用力为F，合力提供向心力，则有结合(1)可解得杆对球的作用力大小为(3)设重物下落高度为H，重物下落过程中对重物、鼓形轮和小球组成的系统，根据系统机械能守恒可知而重物的速度等于鼓形轮的线速度，有联立各式解得16.（2020年全国III卷）如图，相距L=11.5m

20、的两平台位于同一水平面内，二者之间用传送带相接。传送带向右匀速运动，其速度的大小v可以由驱动系统根据需要设定。质量m=10 kg的载物箱（可视为质点），以初速度v0=5.0 m/s自左侧平台滑上传送带。载物箱与传送带间的动摩擦因数= 0.10，重力加速度取g =10m/s2。(1)若v=4.0 m/s，求载物箱通过传送带所需的时间；(2)求载物箱到达右侧平台时所能达到的最大速度和最小速度；(3)若v=6.0m/s，载物箱滑上传送带后，传送带速度突然变为零。求载物箱从左侧平台向右侧平台运动的过程中，传送带对它的冲量。【答案】(1)2.75s；(2) ， ；(3)0，方向竖直向上【解析】【详解】(

21、1)传送带的速度为时，载物箱在传送带上先做匀减速运动，设其加速度为a，由牛顿第二定律有： 设载物箱滑上传送带后匀减速运动的距离为x1，由运动学公式有联立式，代入题给数据得x1=4.5m；因此，载物箱在到达右侧平台前，速度先减小至v，然后开始做匀速运动，设载物箱从滑上传送带到离开传送带所用的时间为t1，做匀减速运动所用的时间为t2，由运动学公式有 联立式并代入题给数据有t1=2.75s；(2)当载物箱滑上传送带后一直做匀减速运动时，到达右侧平台时的速度最小，设为v1，当载物箱滑上传送带后一直做匀加速运动时，到达右侧平台时的速度最大，设为v2.由动能定理有由式并代入题给条件得，(3)传送带的速度为时，由于，载