2023届高三物理一轮复习试题汇编：能量守恒定律

2023届高三物理一轮复习最新试题汇编：能量守恒定律

一、单选题（共1题；共2分）A%B

1.（2分）如图所示，水平传送带以U=4m∕s逆时针匀速转动，A、B为两轮圆心正上方的点，AB=L1=

2?n,两边水平面分别与传送带上表面无缝对接，弹簧右端固定，自然长度时左端恰好位于B点；现将一质量

///////////////////

为m=2kg小物块（视为质点）与弹簧接触但不栓接，并压缩至图示位置后由静止释放，已知小物块与各接触

A.A与细绳间为滑动摩擦力，B与细绳间为静摩擦力

面间的动摩擦因数均为〃=0.2,AP=L2=lτn,小物块与轨道左端挡板P碰撞后原速率反弹，小物块刚好返

B.A,B同时落地

回到B点时速度减为零，取g=10zn∕s2,则下列说法正确的是（）

C.A落地时重力功率为400W,B落地时动能为850J

D.两球下落过程损失的机械能总量为300J

4.（3分）如图所示，处于自然状态的轻质弹簧左端固定在竖直墙上，质量为m的小物块从A点以一定初速

◄----L-----1------------L-------------►

2x度沿水平地面向左运动，压缩弹簧后被弹向，运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大距离为s,与地面间

A.小物块与挡板P碰撞后返回到A点时，速度大小为2a7n/s

的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,弹簧未超出弹性限度。在上述过程中（）

B.小物块从B到A一定是先加速后匀速

C.开始时弹簧和小物块组成的系统具有的弹性势能EP满足引≤Ep≤247

D.小物块对传送带做功的绝对值与传送带对小物块做功的绝对值一定相等

二、多选题（共3题；共9分）

2.（3分）如图所示，质量为M、长度为L的小车静止在光滑水平面上，质量为m的小物块（可视为质点）A.系统产生的内能为μmgsB.弹簧的最大弹力一定大于μmg

放在小车的最左端。现用一水平恒力F作用在小物块上，使小物块从静止开始做匀加速直线运动。小物块和C.弹簧的最大弹性势能大于μmgsD.物块在A点的初速度为2屈ɪ

小车之间的摩擦力为f,小物块滑到小年的最右端时，小军运动的距离为X。此过程中，以下结论正确的是三、综合题（共9题；共120分）

（）5.（10分）短道速滑接力赛是北京冬奥会上极具观赏性的比赛项目之一，如图所示为A、B两选手在比赛中的

mL某次交接棒过程。A的质量∏M=60kg,B的质量7∏B=75kg,交接开始时A在前接棒，B在后交棒，交棒前

厂|一~AFM

两人均以%=10m∕s的速度向前滑行。交棒时B从后而用力推A,当两人分开时B的速度变为%=6m∕s,

∖∖∖Λ∖∖∖∖∖∖∖∖∖∖v<∖∖∖∖方向仍然向前，不计两人所受冰面的摩擦力，且交接棒前后瞬间两人均在一条直线上运动。

A.小物块到达小车最右端时具有的动能为（F-f）（L÷x）

B.小物块到达小车最右端时，小车具有的动能为fx

C.小物块和小车增加的内能为f（L+x）

D.小物块和小车增加的机械能为FX

3.（3分）如图，质量分别为小小=2Μ、加8=4/^的人、B小球由轻绳贯穿并挂于定滑轮两侧等高H=25m

处，两球同时由静止开始向下运动，已知两球与轻绳间的最大静摩擦力均等于其重力的0∙5倍，且最大静摩擦（1）（5分）求两人分开时A的速度大小；

力等于滑动摩擦力。两侧轻绳下端恰好触地，取g=10n√s2,不计细绳与滑轮间的摩擦，则下列说法正确的（2）（5分）交接棒过程要消耗B体内的生物能，设这些能量全部转化为两人的动能，且不计其它力做

是（）功，求B消耗的生物能E。

6.（10分）如图所示，右端有半径为R的四分之一光滑圆弧面的长木板A静止放置在光滑的水平而上，圆弧（3）（5分）a.请判断两小球一起向下运动的过程，是否是简谐运动，并说明理由。

的最低点与长木板水平部分相切，长木板A的质量为3m,水平部分粗糙。在木板右侧某处固定•个竖直挡b.小球人从。点开始向下运动到第一次返回。点所用的时间久

板，质量为m的小物块B可视为质点，从长木板圆弧面的最高点由静止释放，当物块刚滑离圆弧面时，长木8.（15分）如图所示，质量为M的小车置于足够长的水平地面上，小车的左侧与竖直墙壁接触。小车的上表

板与挡板发生弹性碰撞，当物块运动到长木板最左端时刚好与长木板相对静止，长木板水平部分长为2R,重面由半径为R的四分之…圆弧面和水平面组成，圆弧面的最低点B与水平面平滑相接。车的右端固定•个连

力加速度为g。求:有轻弹簧的挡板，弹簧左端自然伸长至C点，一质量为m的滑块从圆弧最高处A无初速下滑，不计一切摩

擦，重力加速度为g,在接下来的运动过程中弹簧不会超出弹性限度，求

（1）（5分）开始时长木板右侧离挡板的距离;

（2）（5分）物块与长木板间的动摩擦因数。

（1）（5分）弹簧的最大弹性势能Ep：

7.（15分）简谐运动是•种常见且重要的运动形式。它是质量为m的物体在受到形如F=-人的回复力作用

（2）（5分）物块第二次到达C点时的速度大小vi；

下，物体的位移X与时间C遵循X=4S加3C变化规律的运动，其中角频率ω=竿=器々为常数，力为振幅，T

（3）（5分）物块返回到AB圆弧面上时上升的最大高度h。

为周期）。弹簧振子的运动就是其典型代表。如图所示，一竖直光滑的管内有一劲度系数为々的轻弹簧，弹簧

9.（15分）如图所示为小朋友玩的“风火轮”游戏装置模型。已知滑块A质量m=0.1kg,平板车B质量M可

下端固定于地面，上端与一质量为m的小球A相连，小球A静止时所在位置为。。另•质量为m的小球B从

调，凹槽F一侧的位置也可调，滑块A与所有接触面之间动摩擦因数均为μ=0.5.凹槽地面对平板车B的摩

距A为H的P点由静止开始下落，与A发生瞬间碰撞后一起开始向下运动。两球均可视为质点，在运动过程

擦不计。开始时平板车B紧靠凹槽E侧静止，游戏时先让滑块A压缩弹簧至最短，此时A（可看做质点）至

中，弹簧的形变在弹性限度内，当其形变量为X时，弹性势能为=已知H=半，重力加速度为g.

平台右侧距离S=0.4m,由静止释放A后被弹出至E点时滑块以速度vo=4m∕s冲上平板车B,平板车B运动至

求：F侧立刻被粘在F位置固定不动，己知斜面FG与水平面间夹角0=37。，h=0.03m,g=lOmZs12,（不计滑块AiiI

（1）（5分）求弹簧压缩至最短时的弹性势能EP；

（2）（5分）若平板车B质量M=0.4kg,B车右端刚运动至F侧瞬时，滑块A恰好以速度v∣=2m∕s冲上斜

（1）（5分）B与A碰撞后瞬间一起向下运动的速度：

面FG,求B车上表面长度L；

（2）（5分）小球A被碰后向下运动离。点的最大距离

（3）（5分）保持平板车上表面长度不变，仅调节平板车B的质量为M=O.lkg,调整F侧的位置使凹槽间

距EF=1.7m,求滑块A由水平台E处运动到斜而顶端G处所用的时间。

10.（10分）如图所示，两物块B、C用轻弹簧拴接放在水平面上，开始时物块C被锁定在水平面上，另∙与

物块B、C在同一直线上的物块A以水平向左的速度如向物块B运动，经过一段时间后和物块B碰撞并粘合

在•起。已知A,B、C物块完全相同，质量均为m,水平面光滑，整个过程中弹簧未超过弹性限度，不计空

气阻力。求：

腑涮函涮I

（1）（5分）滑块P达到曲面底端与滑块Q碰撞前瞬间对轨道的压力尸N的大小:

（1）（5分）弹簧的最大弹性势能EPw（2）（5分）水平面BC的长度s；

（2）（5分）在弹簧的弹性势能最大时解除锁定，物块C的最大速度4,“°（3）（5分）要使两滑块能发生第二次碰撞，弹簧原来储存的弹性势能EP至少为多少？

11.（15分）如图，倾角为6=30。的斜面体固定在水平面上，•根轻弹簧放在斜面上，弹簧下端与斜面底端的13.（15分）如图所示，粗糙水平面AB与竖直面内的光滑半圆形轨道在B点平滑相接，•质量m的小滑块

固定挡板相连，弹簧处于原长时上端对应斜面上4点。将一个小物块轻放在斜面上，物块静止时位于B点，再（可视为质点）将弹簧压缩至A点后由静止释放，经过B点后恰好能通过最高点C作平抛运动。已知：导轨

用沿斜面向下的推力将物块缓慢推至C点。己知BC=248=2L,弹簧的形变在弹性限度内，弹簧具有的弹性半径R=0.4m,小滑块的质量m=0.1kg,小滑块与轨道AB间的动摩擦因数μ=0.2,AB的长度L=20m,重

2

势能为Ep=4k∕,k为弹簧的劲度系数（未知），》为弹簧的形变量，全力加速度为g，斜面上4点以下光滑，力加速度取10m∕so求:

4点以上粗糙，物块与斜面粗糙部分的动摩擦因数〃=络，斜面足够长，现撤去推力，求：

（1）（5分）小滑块对圆轨道最低处B点的压力大小；

（2）（5分）弹簧压缩至A点时弹簧的弹性势能；

（3）（5分）若仅改变AB的长度L,其他不变，滑块在半圆轨道运动时不脱离轨道，求出L的可能值。

（1）（5分）撤去推力的瞬间，物块的加速度大小a：

（2）（5分）物块第一次向上运动到A点时速度的大小外

（3）（5分）若物块的质量为nɪ,求物块在斜面粗糙部分运动的路程。

12.（15分）如图所示，一半径R=0.8m的四分之一光滑圆弧曲面AB与水平面BC相切于B点，BC右端与

内壁光滑、半径r=0.4?n的四分之一细圆管CD相切，管口D端正下方直立一根轻弹簧，轻弹簧下端固定，

上端通过一锁定装置将弹簧压缩（压缩量4x<<r）°质量m=Mg的小滑块P在曲面最高点A处从静止开始下

滑，到达曲面底端时与静止在该处的相同滑块Q发生弹性碰撞，滑块Q进入管口C端时与管壁间恰好无作用

力，通过CD后触碰到弹簧，锁定装置立即自动解除。己知滑块与BC间的动摩擦因数〃=0.2,滑块尺寸略小

于圆管内径且可被视为质点，重力加速度取g=10τn∕s2,不计各处的空气阻力以及触碰弹簧的能量损失。

求：

答案解析部分C.小物块相对小车的位移为L,则产生的内能为W=/L

C不符合题意；

1.【答案】A

D.根据能量守恒可知，外力做的功转化为了系统的机械能还有摩擦产生的内能，所以小物体和小车增加的机

【解析】【解答】A.设物体与挡板P碰撞后到达A点的速度为VA,运动到B点的速度为零，对物块返回到A

械能为ZIE=Fa+x)-fL

2

点到B的过程，由动能定理得—=O—^T∏VA

D不符合题意：

解得力=2√2m∕s

故答案为：ABo

A符合题意；

B对物体由A到P点再返回到A点的过程，由动能定理得一2〃血或2=∣mvj-∣⅛2

m【分析】小物块水平方向受到拉力F和摩擦力f的作用，根据动能定理列方程求解。水平方向仅受小物块对小

解得v*A=4m∕s车的摩擦力。

小物块可能在传送带上减速到共速、加速到共速，也可能一开始到B端时就共速，B不符合题意；3.【答案】A,C

C.若物体滑上传送带时的速度VB较大，则一直做匀减速运动，到达A点时与传送带共速，则从B点到A【解析】【解答】A.由于A、B两球对细绳的摩擦力必须等大，且A、B的质量不相等，A球由静止释放后与

点，由能量关系可得在B点时的最大动能Bmi⅛max=+；7八/=24/细绳间为滑动摩擦力，B与细绳间为静摩擦力，A符合题意；

B.对A分析得niΛg-fΛ=niΛaΛ

若速度VB较小，物块在AB上∙直加速，到A点时恰好与传送带同速，由能量关系可得在B点时的最小动能

对B分析得mBg-fβ=mBaB

=I-MmgLl=8J

fλ=fB

由于物块被弹簧弹开时与水平面之间也有摩擦力，则开始时弹簧和小物块组成的系统具有的最大弹性势能将

f∆=0.5niAg

大于24J,最小弹性势能大于8J,C不符合题意；

联立解得以=sm∕s2

小物块与传送带间摩擦力大小相等，但小物块对传送带做功的绝对值为摩擦力乘以传送带位移，传送带对

D.2

aB=7.5m∕S

小物块做功的绝对值为摩擦力乘以小物块位移，当有滑动摩擦力时，两者位移不同，因此功的绝对值也不

设A球经时间t与细绳分离，此时，A、B下降的高度分别为hA、hB,速度分别为VA、VB,则有∕u二%α42

同，D不符合题意。

1

故答案为：A。丽=2

H=hA+hβ

【分析】物块返回到A点到B的过程，由动能定理得出物块返回到A点的速度，B对物体由A到P点再返回VA=aAt

到A点的过程，由动能定理得出再次返回到A点的速度，根据能量关系得出B点的最大动能和最小动能。VB=aβt

2.【答案】A.B联立解得t=2s

【解析】【解答】A.小物块水平方向受到拉力F和摩擦力f的作用，根据动能定理得(F-f)(L+x)=hA=10rn

∣mv2-0hB=!5nι

VA=IOmZs

即小物块到达小车最右端时具有的动能为(F-f)(L+x),A符合题意：

VB=I5IΠ∕S

B.小车相对地面的位移为X,水平方向仅受小物块对小车的摩擦力，根据动能定理/mJ?=f%

分离后，对A经tι落地，则有15=IOG+/号

B符合题意;

对B经t2落地，则有IO=I5叫+,g彦

【分析】物块不再贴着圆桶内壁，绳子与竖直方向夹角减小。物块从A点开始运动到返回A点由能量关系可

解得£1=IS

—3+V13知在A点的初速度。

H=12—S5.【答案】（I）解：设所求A的速度为外，取初速度方向为正方向，根据动量守恒定律可得（7%+77⅛）%=

所以b先落地，B不符合题意；

mβv1+my,v2

C.A、B落地时的动能分别为EkA、EkB.由机械能守恒，有EkA=说+τ∏Ag（H—九A）解得=15τn∕s

17（2）解：设乙消耗的生物能为E,对两人组成的系统，根据能量守恒定律得NmA+加8）用+E=*ma谑+

EkB=2mβvB+m”（H-丽）

代入数据得EkΛ=400J品抠

EkB=850J

解得E=1350;

BPv√=207Π∕S

【解析】【分析】（1）取初速度方向为正方向，根据动量守恒定律可得两人分开时A的速度大小。

则A落地时重力功率为P=mgv=400W

y（2）对两人组成的系统，根据能量守恒定律得B消耗的生物能E。

C符合题意：

6.【答案】（1）解：设开始时长木板右侧离挡板的距离为小，则在物块B由静止下滑至刚滑离圆弧面的过程

D.两球损失的机械能总量为4E4E=（m+mB）gH-E-E

AkAkB中，根据水平方向动量守恒有3m玩=rnvɪ

代入数据得4E=250J

即3m?=Tn?

D不符合题意。

又“1+X=R

故答案为：ACo2

解得Xl=

【分析】A球由静止释放后与细绳间为滑动摩擦力，B与细绳间为静摩擦力。由牛顿第二定律和运动学规律列（2）解：设长木板与挡板碰撞前的一瞬间，长木板速度大小为也，物块的速度大小为4，根据动量守恒有

式求解。

3Wiv1=τnv2

4.【答案】B,D根据机械能守恒有mgR=ɪ×ɜmvɪ

【解析】【解答】A.系统产生的内能为Q=2μmgs

解得Ul=廨

A不符合题意：

B.弹簧被压缩到最短后能返回向右运动，可知弹簧的最大弹力•定大于μmg,B符合题意；

廿2二3

C.物块从压缩弹簧最短到返回到A点，由能量关系可知埒m=WTigs

长木板与挡板发生弹性碰撞，碰撞后长木板向左的速度大小仍为巧，设物块与长木板间的动摩擦因数为〃，最

即弹簧的最大弹性势能等于μmgs,C不符合题意；

后的共同速度为V,根据动量守恒有37n□ι+mv2=4znv

D.物块从A点开始运动到返回A点由能量关系可知诏=μmg∙2s

根据功能关系“mg∙2R=：X3mvf+×4ιnv2

解得在A点的初速度为孙=2yf^

解得〃=i

D符合题意。

故答案为：BDo【解析】【分析】（1）物块下滑时，利用动量守恒定律结合运动的位移可以求出长木板右侧距离挡板的距离:

（2）以物块与木板为系统，利用动量守恒定律及能量守恒定律可以求出物块离开圆弧面时物块与木板的速由余弦函数知/t=∣×（ɪŋ=ɪ

度，当木板与挡板发生弹性碰撞后，利用木板与木块的动量守恒定律及能量守恒定律可以求出物块与木板之

所求时间"2a+扛=/

间动摩擦因数的大小。

得t=92n睬=打探

7.【答案】⑴解：B自由下落H的速度股，根据机械能守恒有TngH=诣

【解析】【分析】（1）B自由下落的过程根据机械能守恒得出下落H时的速度，AB碰撞的过程中根据动量

解得为=52gH

守恒得出B与A碰撞后瞬间•起向下运动的速度；

B与A碰撞过程动量守恒，则有Tn%+O=Qn+τn）v1

（2）A在O位置时，根据共点力平衡得出弹簧的劲度系数，结合能量守恒定律以及胡克定律得出得出小球

解得VL摩

A被碰后向下运动离。点的最大距离；

（2）解：A在O位置，弹簧被压缩为，根据平衡条件得Xo=等

（3）两小球一起向下运动的过程中根据共点力平衡以及力的合成得出两小球所受的回复力，从而判断两小球

的运动，通过单摆周期的表达式得出该运动的周期和振幅。

A与B共同体继续向下运动离O点的最大距离为xn,,根据能守恒定律;（2mM+ifcxg+2mgxm=Bk（Xo+

8.【答案】（1）解：当滑块运动到B点时，根据机械能守恒定律有TngR=々mι⅛

Xm）2

根据平衡条件有mg=kx0当弹簧的压缩量最大时滑块和小车的速度相等，此时弹簧的弹性势能最大，选水平向右为正方向，根据动量

整理得鼎-2x0xm-3好=0守恒定律有m%=（M+m）v^

解得Xm=3%o

根据能量守恒定律有*mι⅛=∣（M+m）吸;+Ep

xm=-Xo（舍去）

联立解得EP=搬

即。=半

（2）解：当物块第二次达到C点时，根据动量守恒定律有m%=7n巧+”必

（3）解：a.两小球一起向下运动的过程中，根据平衡条件有2mg=kx

根据能量守恒定律有jmι⅛=诏+/Mι√

当两小球偏离平衡位置X'后，两小球所受回复力为F=2mg-k（x+,）=-kx,

故两小球一起向下运动的过程,是简谐运动。联立解得%=；；；+*J2gR

b.由题意T=27r（3）解：物块返回到AB圆弧而上，且到达最高点时，物块和小车的速度相等，则根据动量守恒定律和能量

又振幅/1=2x0=竿守恒有τn%=（M+m）v^

振动图像如图1712

2mvQ=2（M+772）v%+rngh

联立解得h=ɪ

M+τn

【解析】【分析】（1）当滑块运动到B点时，根据机械能守恒定律以及动量守恒定律和能量守恒定律得出弹

簧的最大弹性势能：

（2）当物块第二次达到C点时，根据动量守恒定律以及机械能守恒定律得出物块第二次到达C点时的速

度：

（3）物块返回到AB圆弧面上根据动量守恒定律和能量守恒得出上升的最大高度。

9.【答案】（I〉解：A与平面间摩擦力/二∕zmg由XFG=叫〃一/。3以2

由能量守恒有EP=μmgs+^mv2

0解得亡4=Ols

解得EP=IJ因此t=t1+t2+t3+t4≈0.8s

（2）解：A在平板车上滑行，由动量守恒有=mvl+Mv2【解析】【分析】（1）已知A与平面的动摩擦因数，利用滑动摩擦力的表达式可以求出摩擦力的大小，结合能

2量守恒定律可以求出弹性势能的大小；

由能量守恒有=17∏V1++IImgL

（2）已知平板车的质量；利用能量守恒定律及动量守恒定律可以求出B车上表面的长度：

解得L=1.1m

（3）当平板车在碰前己经和A共速，利用牛顿第二定律可以求出A和B加速度的大小，结合速度公式可以

（3）解：假设平板车B在碰撞以前AB两车已经共速：

求出两者运动的时间，结合位移公式可以求出B车运动的时间,当A继续在车上做匀减速运动时，利用速度

对AHmg=ma1

位移公式可以求出到达斜面底端的速度大小；利用速度公式可以求出在B车上减速的时间，A在斜面上运

解得％=5m∕s2

动，利用牛顿第二定