2023年高考物理预测题练习 能量守恒定律含答案

高考物理预测题之能量守恒定律

一、单选题

1.小明同学进行了以下探究实验。如图所示，将滑块从轨道A的hi高度处由静止释放，滑块冲上B轨

道后达到的最大高度为hz。减小轨道B的倾斜程度至轨道C,再次从轨道A的h∣高度处释放滑块，滑块

冲上轨道C。已知轨道由同一种材料制成，粗糙程度处处相同，不计滑块在轨道连接处的机械能损失,

则滑块在轨道C上达到的最大高度（）

B.等于乩

C.小于h2D.介于h∣与1⅛之间

二、多选题

2.如图所示，质量为m的小球甲固定在轻弹簧上，轻弹簧固定在水平面上，小球甲和轻弹簧套在一竖

直固定的光滑杆上，小球甲和质量为4m的物体乙用跨过光滑定滑轮的不可伸长的轻绳连接。初始时,

用手托住物体乙，使轻绳刚好伸直且绳上拉力为零，此时，连接小球甲和定滑轮之间的轻绳与水平方

向的夹角为α；5丁‘，且小球甲静止于M点，现将物体乙由静止释放，经过一段时间后小球甲运动到N

点，ON水平，OV二J且小球在M、N两点时弹簧的弹力大小相等。已知重力加速度为g,

Mn53-08,SS53：：0.6,弹簧始终处于弹性限度内。下列说法正确的是（）

A.弹簧的劲度系数人-粤

2a

B.小球甲运动到N点时的速度大小为、∣3

Y3

C.小球甲由M点运动到N点的过程中，小球甲和物体乙的机械能之和先减小后增大

D.在小球甲由M点运动到N点的过程中，物体乙重力的瞬时功率先增大后减小

3.如图所示，A物体套在光滑的竖直杆上，B物体放置在粗糙水平桌面上，用一细绳连接。初始时细

绳经过定滑轮呈水平，A物体从P点由静止释放，下落到Q点时速度为V,此过程中绳子一直伸直，物

体B始终在水平桌面上，下列说法正确的是（）

A.A物体运动到Q点时，B物体的速度小于V

B.A物体运动到Q点时，B物体的速度大于V

C.A物体减少的机械能等于B物体增加的动能

D.A物体减少的机械能大于B物体增加的动能

4.如图所示，一根原长为10的轻弹簧套在光滑直杆AB上，其下端固定在杆的A端，质量为m的小球

也套在杆上且与弹簧的上端相连，球和杆一起绕经过杆A端的竖直轴00'匀速转动，且杆与水平面间

始终保持30°角.已知杆处于静止状态时弹簧的压缩量为，重力加速度为g,则下列说法正确的是

B.当杆的角速度为时，弹簧处于压缩状态

C.在杆的角速度增大的过程中，小球与弹簧所组成的系统机械能不守恒

D.在杆的角速度由0缓慢增大到;楞过程中，小球机械能增加了

5.如图所示，质量为m的物块（可视为质点）从倾角为37°的固定斜面顶端由静止开始下滑，到达/?

点时开始压缩轻弹簧，物块第一次返回后恰能到达.48的中点C，己知」8=工，斜面.18段是粗糙的，

斜面上8点以下是光滑的，已知370二0.6,“、37--0.8,重力加速度为X,最大静摩擦力等于滑动

摩擦力，不计其他阻力，弹簧始终处于弹性限度内，下列说法正确的是O

A.在物块运动过程中，物块与弹簧组成的系统机械能一直在减小

B.物块最终会保持静止状态

C.物块与斜面」6段的动摩摞因数为0.25

D.物块在斜面上4〃段运动的总路程为3/.

6.如图所示，光滑水平面MA上有一轻质弹簧，弹簧一端固定在竖直墙壁上，弹簧原长小于MA。A点

右侧有一匀速运动的水平传送带AB,传送带长度l=2m,速度「7m、，一半径为R=O.5m的光滑半

圆轨道BCD在B点与传送带相切，轨道圆心为0,OC水平。现用一质量为m=2kg的物块（可看做质

点）压缩弹簧，使得弹簧的弹性势能为彳16J。由静止释放物块，已知物块与传送带之间的动摩擦因

B.物块运动到B点的速度为人"I、

C.物块运动到C点时对轨道的压力为60N

D.若传送带速度变为v=2m∕s,物块在B点右侧不会脱离轨道

三、综合题

7.一种弹射游戏装置的简化示意图如图所示，它由内壁光滑的弹射器、水平直轨道AB、半径为R的竖

直圆轨道BC、倾斜轨道DE连接组成，E点高度可调，小球经过E点后将沿水平方向射出。质量为m、

可视为质点的小球经弹射器弹出后，能通过C点且对轨道任一点的压力大小不超过小球所受重力的7

倍视为游戏成功。已知ΛB=3R,小球在AB段运动时所受阻力大小等于小球所受重力的I,其余轨道均

光滑，不计空气阻力，重力加速度大小为g。在游戏成功的前提下，求：

（1）小球在圆轨道BC上的最小速度Ir,；

（2）弹簧储存的弹性势能却需要满足的条件；

（3）改变E点的高度，小球的最大水平射程K-

8.一游乐设施简化模型如图所示，挡板1、2分别固定在光滑斜面的顶端和底端，相距为L,A为一小

滑块，B为不计质量的板（在外力的作用下可以瞬间获得或失去速度），长度”,AB间的滑动摩擦力大

小恒等于A的重力，A、B与挡板的碰撞都是弹性碰撞，已知斜面的倾角〃30：重力加速度为g。

（1）若将置于板上端的滑块A以初速度为零释放，求滑块A到达挡板2时的速度大小。

（2）在挡板1处有发射装置，可以将置于板上端的滑块A沿平行于斜面的方向发向发射，要使滑块

A恰能回到挡板1处，求滑块A需要的发射速度大小。

（3）在（2）中，若使滑块A以初速度y=VKZ发射，求滑块A做周期性运动时的周期。

9.如图所示，倾角为30’的斜面固定在水平地面上，一轻绳绕过两个光滑的轻质滑轮连接着固定点P

和物体B,两滑轮之间的轻绳始终与斜面平行，物体A与动滑轮连接，B受到竖直方向的恒力F（图中

未画出），整个系统处于静止状态。已知A、B的质量均为∣kg,A与斜面间的动摩擦因数为、：，重力

（2）现撤去恒力F,A、B由静止释放。求：

①A、B释放瞬间，B的加速度大小ali;

②当B下降2m（B未落地）时，B的大小VB。

10.如图所示，质量为2kg的物体A上表面为半径0.15m的光滑I圆弧，在圆心0的正下方有一质量

也为2kg的小球B（半径可忽略），在A的右侧有一质量为4kg,且与A等高的物块C处于静止状态，

若开始时，A与B以相同速度3m∕s向右运动，并与物块C发生弹性碰撞（碰撞时间极短），不计一切摩

擦及阻力，求：

（1）碰撞后，物块C速度的大小；

（2）小球B与物块A分离时，物块A速度的大小；

（3）小球B到达最高点时，B与A的圆心O之间的高度差。

11.如图所示，倾角为53”的光滑斜面末端B与水平传送带平滑衔接。一质重为，"”8的滑块（可视为

质点）从斜面上的A点由静止释放，A点与B端的竖直高度差为力；3.2m。已知传送带匀速运行的速度

为rJms,滑块与传送带间的动摩擦因数〃0.2,传送带足够长，重力加速度g-IOm、：。自滑块由A

点释放开始，求：

（1）滑块第一次到达B端时的速度大小；

（2）滑块第二次到达B端的时间；

（3）60、时间内，电动机消耗的电能。

12.如图所示，传送带与水平方向成37＞角，顺时针匀速转动的速度大小为「XOms,传送带长

/,,∣2.2m,光滑水平面上有一块木板，其上表面粗糙，且与传送带底端B以及右侧固定半圆形光滑

轨道槽的最低点C等高，槽的半径R∣.2mO质量，，厂Ikg的物块（可视为质点）从A端由静止释放沿

传送带下滑，在底端B滑上紧靠传送带上表面的静止木板，木板质量为V2kg,木板长度/.425m,

不考虑物块滑上木板时的机械能损失，物块滑到木板最右端时，木板恰好撞上半圆槽，木板瞬间停止

运动，物块进入半圆形光滑轨道槽运动。已知物块与传送带间的动摩擦因数从物块与木板间的

动摩擦因数〃「0”。取重力加速度gTOmC。求：

（1）物块从A运动到B经历的时间t；

（2）物块从A运动到B与传送带摩擦产生的热量Q；

（3）判断物块能否通过半圆槽的最高点D,若能，求出物块经过D点的速度；若不能，求出物块离

开半圆槽的位置。

13.如图所示，水平地面上有一两端开口的圆形管道，管道内部最上端有一活塞，已知管道质量为

3m,活塞质量为m,两者间的最大静摩擦力为妨YU>1）（最大静摩擦力等于滑动摩擦力），不计空气

阻力，重力加速度为g。

（1）当管道受到竖直向上的拉力作用时，活塞与管道间没有相对滑动，求拉力的最大值F。

（2）当管道突然获得竖直向上的初速度。时，要使活塞不脱离管道，求管道的最小长度L。

（3）在上问活塞不脱离管道的条件下，求管道落地时的速度、o

1.C

2.A,B,D

3.A,D

4.C,D

5.C,D

6.A,C,D

7.(1)解：当小球刚好能通过C点时，小球存在最小速度，此时重力提供向心力，有ZftJL

R

解得J=

(2)解：当小球刚好能通过(’点时，弹簧储存的弹性势能具有最小值，小球经弹射器弹出到C点

过程，根据能量守恒定律可得EET3RE2R*'mvπ,π

解得E一4mχR

小球经过B点时对轨道的压力最大，且最大压力为一，火，此时弹簧储存的弹性势能具有最大值，

根据题意有

l

解得I'v6√∕?

小球经弹射器弹出到R点过程，根据能量守恒定律可得E-J：3R∙；叫

联立解得A；...-45«V/?

故为了游戏成功，弹簧储存的弹性势能需要满足4〃N分Er4.5wv∕?

(3)解：当小球经过fi点对轨道的压力最大时，小球经过fi点速度最大，小球到达E点速度最

大，小球从E点射出后的水平射程最大，则小球从B点到E点过程，根据机械能守恒定律可得

l1,.

-mv；j=-mv；+mgA

小球从E点射出后做平抛运动，则有

LI，

h=qgι

联立解得K=JTfI-学+9/

可知X”，3R

8.(1)解:A与B相对静止一起沿斜面运动,则d/CKSn8=&

M2

加速度方向沿斜面向下，A在B板上上滑时，加速度为“”也、巾八誓二X

m2

加速度方向沿斜面向下，A在B板上下滑时，加速度为u/U桁八⑺〃一：K

m2

加速度方向沿斜面向上，AB整体先向下做匀加速运动，加速度为，，-三

位移为,,当b下端碰到2时，由于b板质量不计，碰撞瞬间保持静止，A沿B向下做匀加速直线运

2

动，位移为ʌ,加速度为a'g

22

设A到达挡板2时的速度为/,则V2、

Va-vf2=2a.•—

fF2

解得v,O

l

(解：滑块从挡板滑下到再回来的过程中，由能量守恒定律可得'∕F∏'

2)1OIf2-f[

解得V\

(3)解：A开始运动时，AB一起向下运动，做加速运动，由运动学公式可知rV2u；

解得L=恒

-2

B碰撞挡板2后A继续运动，直到A与挡板2碰撞，A做减速运动可知I.V2“I

解得V

A与挡板2碰撞后原速度返回，AB一起向上运动直到沿B与挡板1碰撞，由运动学公式可知

v^-vj=2u∣

解得以r匡

A继续上升直到速度为0,则I；=2aI：

解得L''

6

此后AB一起向下加速，B碰撞挡板2后，A继续向下运动直到碰撞挡板2时速度为V,由动能定理

可知/Fr√(ʌ*Δ*)si∏3Oc"Wɔm∖

解得1∙-

反弹后B不会在碰到挡板1,之后就以V的初速度上升到最高点在下降，循环做周期性运动，设周期

代入数据可得74、"

o7

9.(1)解：由题可知,对A受力分析ITg>in30+μmκgcos30

对B受力分析可知ntFrtn-T

解得JN

(2)解：①撤去F,对A受力分析，由牛顿第二定律可得27%g、nU)-∕≡4E∖30二叫巴

对B受力分析，由牛顿第二定律可得桁“KT-mllu,,

由题图可得“

解得<<4mX

②由题图可得，A的速度为「、?

9SJ

由能量守恒可知=*A<AA*coβ30∙2ΛA÷-∣MBVB+-≡A(^∙)

由于44

解得VM4ms

10.(1)解：A、C碰撞时根据动量守恒、能量守恒有〃①mj、*mj,:叫ι:♦

22

解得∖∖Ims,vt2ins

(2)解：A、B水平方向动量守恒，分离时A、B水平方向共速，该速度即为分离时A的速度

解得vιIm、

(3)解：由于ɪwAv；+∣mβvj-ɪ(mʌ+ma)v∖=8J>mtgR=3J

表明B存在竖直方向的分速度，令B的速度为vtl则有“、，叫3'mxv.'/n1?hma^R

由速度分解可知+$

可得LV5Iii、

B与A分离后做斜抛运动，最大高度时竖直速度为0,则2,QΛ=V；

解得h0.25m

H.(1)解：A到B过程，根据动能定理有∕∣rx⅛=l∕wv√'

解得ɪ,x2'√∕r

所用时间为％%l⅛

UIΛ.VMΠ>3

ɪ

(2)解：对滑块滑上传送带到达最右端过程中有\上一∣6m

2〃g

∕∣-^L-4S

滑块从最右端到与传送带共速过程中有I-~2

Pg

此后滑块随传送带达到B端时间为A上」3s

所以滑块第二次到达B端的时间//tl,-/,+/*/.d(K

此过程中滑块和传送带之间的相对位移总和为V,∣6-4Uj4-241∏)36m

(3)解：滑块第二次到达B端后再从斜面下滑到底端时间为/.,从底端到达最右端过程中

-ɪ-θ,ss

gsin53?

,=—m=4m

j”,

此时段皮带与滑块的相对位移为ZJLm

再从最右端到与皮带共速过程中有与减速时间和位移相同，共速时刚好达到B端，此时段滑块与皮带

的相对位移为Δ-r^xlt(l-xmw=8-4m4rn

所以从滑块第二次到达B端再从斜面下滑到传送带上后到再回到B端的时间为/,0.5?2-2?2s5s

因此60s时间内从滑块A点释放到第二次到达B端以外，需经历10个相同的过程。60s末滑块到

达底端，速度为r,4nvs

整个过程根据能量守恒有八I,TQ""kΛLAJ八、"八」

解得∏736.1

12.(1)解：设物块从A刚滑上传送带的加速度为q,此时摩擦力方向沿斜面向下，由牛顿第二定

,

律可得WrgMiiV♦/∕lmgco>.Vma

解得a,IOrns

物块滑上传送带至速度与传送带相同所需的时间为Lj-0.8s

flI

此过程物块的位移大小为Λ'；fl3.2m

由于3.2m<12.2m,且∕ngsin37°>/∕lmgcos37

所以此后物块继续做匀加速直线运动，摩擦力方向变为沿斜面向上，由牛顿第二定律可得

mgsin37?-/∕1mgcos377=mα,

解得a2m、：

由运动学公式ι,J♦I

解得G=Is

则总时间为L4乜=1.85

(2)解：从物块滑上传送带至速度与传送带相同的过程中皮带位移V