2025届高考物理一轮复习专题重组卷第一部分单元六机械能守恒定律含解析

PAGE14-单元六机械能守恒定律考点1.功和功率(Ⅱ)；2.动能和动能定理(Ⅱ)；3.重力做功与重力势能(Ⅱ)；4.功能关系、机械能守恒定律及其应用(Ⅱ)学问点1.做功正、负的推断及功的计算；2.平均功率、瞬时功率的理解及应用；3.动能定理、机械能守恒定律的应用；4.功能关系；5.图象问题第Ⅰ卷(选择题，共48分)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)1．(2024·吉林省吉林市高三上学期期末联考)如图所示，在皮带传送装置中，皮带把物体P匀速带至高处，在此过程中，下列说法不正确的是()A．摩擦力对物体做正功B．摩擦力对物体做负功C．支持力对物体不做功D．合外力对物体做功为零答案B解析物体P匀速向上运动的过程中，摩擦力的方向沿传送带向上，与运动的方向相同，所以摩擦力做正功，A正确，B错误；支持力的方向与物体运动的方向垂直，则支持力对物体不做功，C正确；物体匀速上升，动能变更量为零，依据动能定理可知，合力对物体做功为零，D正确。2．(2024·浙江宁波高三上学期期末十校联考)设在平直马路上以一般速度行驶的自行车，所受阻力约为车、人总重的0.02倍，则骑车人的功率最接近于()A．10－1kW B．10－3kWC．1kW D．10kW答案A解析设人和车的总质量为80kg，总重力即为800N，则受到的阻力大小为16N，假设骑自行车的速度为10m/s，则匀速行驶时，骑车人的功率为P＝Fv＝fv＝16×10W＝160W，最接近于0.1kW，A正确。3.(2024·河北张家口高三上学期期末)如图所示，运动员跳伞将经验加速下降和减速下降两个过程，在这两个过程中，下列说法正确的是()A．运动员先处于超重状态后处于失重状态B．空气浮力对系统始终做负功C．加速下降时，重力做的功大于系统重力势能的减小量D．随意相等的时间内系统重力势能的减小量相等答案B解析运动员先加速向下运动，处于失重状态，后减速向下运动，处于超重状态，A错误；空气浮力与运动方向总相反，故空气浮力对系统始终做负功，B正确；加速下降时，重力做的功等于系统重力势能的减小量，C错误；因为是变速运动，所以随意相等的时间内，系统下降的高度不相等，则系统重力势能的减小量不相等，D错误。4．(2024·山东烟台高三上学期期末)如图所示，把两个相同的小球从离地面相同高度处，以相同大小的初速度v分别沿竖直向上和竖直向下方向抛出，不计空气阻力。则下列说法中不正确的是()A．两小球落地时速度相同B．两小球落地时，重力的瞬时功率相同C．从小球抛出到落地，重力对两小球做的功相等D．从小球抛出到落地，重力对两小球做功的平均功率相等答案D解析由机械能守恒定律得，两小球落地时的速度大小相等，方向相同，A正确；由于两小球落地时速度相同，故重力的瞬时功率相同，B正确；由重力做功公式W＝mgh得，从起先运动至落地，重力对两小球做的功相等，C正确；从抛出至落地，重力对两小球做的功相等，但是两小球运动的时间不同，故重力对两小球做功的平均功率不相等，D错误。5．(2024·安徽芜湖高三上学期期末)用长为L的细线系着一个质量为m的小球(可以看做质点)，以细线端点O为圆心，在竖直平面内做圆周运动。P点和Q点分别为轨迹的最低点和最高点，不考虑空气阻力，小球经过P点和Q点时所受细线拉力的差值为()A．2mgB．4mgC．6mgD．8mg答案C解析依据牛顿其次定律，在Q点，有F1＋mg＝meq\f(v\o\al(2,1),L)，在P点，有F2－mg＝meq\f(v\o\al(2,2),L)，从最高点到最低点过程，依据机械能守恒定律，有mg·(2L)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，联立三式，解得小球经过P点和Q点时所受细线拉力的差值为F2－F1＝6mg，C正确。6．(2024·黑龙江齐齐哈尔五校联谊高三上学期期末联考)如图所示，固定在竖直平面内的eq\f(1,4)圆弧轨道与水平轨道相切于最低点B，质量为m的小物块从圆弧轨道的顶端A由静止滑下，经过B点后沿水平轨道运动，并停在到B点距离等于圆弧轨道半径的C点。圆弧轨道粗糙，物块与水平轨道间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g。物块到达B点前瞬间对轨道的压力大小为()A．2μmg B．3mgC．(1＋2μ)mg D．(1＋μ)mg答案C解析设圆弧轨道的半径为r，物块从B到C的过程，由动能定理得－μmgr＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，在B点，由牛顿其次定律得N－mg＝meq\f(v\o\al(2,B),r)，联立解得N＝(1＋2μ)mg，由牛顿第三定律可知，物块到达B点前瞬间对轨道的压力大小为N′＝N＝(1＋2μ)mg，C正确。7.(2024·广东揭阳高三上学期期末)某位工人师傅用如图所示的装置，将重物从地面沿竖直方向拉到楼上，在此过程中，工人师傅沿地面以速度v向右匀速直线运动，当质量为m的重物G上上升度为h时轻绳与水平方向成α角，(重力加速度大小为g，滑轮的质量和摩擦均不计)在此过程中，下列说法正确的是()A．人的速度比重物的速度小B．轻绳对重物的拉力大于重物的重力C．重物做匀速直线运动D．绳的拉力对重物做的功为mgh＋eq\f(1,2)mv2答案B解析将人的速度沿绳子方向和垂直于绳子方向分解，沿绳子方向的速度等于重物G的速度，依据平行四边形定则，绳子与水平方向的夹角为θ时，vG＝vcosθ，故v>vG，A错误；人在向右匀速运动的过程中，绳子与水平方向的夹角θ减小，所以重物的速度增大，重物做加速上升运动，由牛顿其次定律可知绳子的拉力大于重物的重力，B正确，C错误；当重物G上上升度为h时，重物的速度vG＝vcosα，重物由地面上上升度h的过程中，依据动能定理可知W－mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,G)，解得W＝mgh＋eq\f(1,2)m(vcosα)2，D错误。8．(2024·江苏高考)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。物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度。在上述过程中()A．弹簧的最大弹力为μmgB．物块克服摩擦力做的功为2μmgsC．弹簧的最大弹性势能为μmgsD．物块在A点的初速度为eq\r(2μgs)答案BC解析物块向左运动压缩弹簧，弹簧最短时，弹簧弹力最大，此时物块具有向右的加速度，弹簧弹力大于摩擦力，即F>μmg，A错误；依据功的公式，物块克服摩擦力做的功W＝μmgs＋μmgs＝2μmgs，B正确；从物块将弹簧压缩到最短至物块运动到A点静止的过程中，依据能量守恒，弹簧的弹性势能通过摩擦力做功转化为内能，故Epm＝μmgs，C正确；依据能量守恒，在整个过程中，物体的初动能通过摩擦力做功转化为内能，即eq\f(1,2)mv2＝2μmgs，所以v＝2eq\r(μgs)，D错误。9．(2024·福建福州高三下质量检测)如图所示，固定光滑斜面AC长为L，B为斜面中点。小物块在恒定拉力F作用下，从最低点A由静止起先沿斜面对上运动，到B点时撤去拉力F，小物块能接着上滑至最高点C，整个过程运动时间为t0。下列四图分别描述该过程中小物块的速度v随时间t、加速度a随时间t、动能Ek随位移x、机械能E随位移x的变更规律，可能正确的是()答案AC解析合力对小物块先做正功再做负功，依据动能定理F合x＝ΔEk知，动能随x先匀称增加，然后匀称减小，物块先做匀加速直线运动，后做匀减速直线运动，匀加速直线运动的位移和匀减速直线运动的位移大小相等，若到达C点时速度不为零，则匀减速直线运动的平均速度大于匀加速直线运动的平均速度，匀减速直线运动的时间小于匀加速直线运动的时间，A、C正确；小物块先向上匀加速后向上匀减速运动，速度方向不变，在中间位置加速度变更方向，只有当匀加速的加速度与匀减速的加速度大小相等时，中间位置时刻即为中间时刻，B错误；依据除重力以外其他力做的功等于机械能的增量可知，前eq\f(L,2)恒力F做正功，机械能随x匀称增加，后eq\f(L,2)只有重力做功，机械能守恒，D错误。10．(2024·江西赣州高三上学期期末)放在粗糙水平地面上的物体受到水平拉力的作用，在0～6s内其速度与时间图象和该拉力的功率与时间的图象如图所示。下列说法正确的是()A．0～6s内物体的位移大小为12mB．0～6s内拉力做功为70JC．物体的质量为10kgD．滑动摩擦力的大小为5N答案BCD解析0～6s内物体的位移大小等于v­t图象中图线与时间轴所包围的面积，即x＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)×2×2＋4×2))m＝10m，A错误；0～2s内拉力做的功W1＝eq\x\to(P)·t1＝eq\f(0＋30,2)×2J＝30J,2～6s内拉力做的功W2＝Pt2＝10×4J＝40J，所以0～6s内拉力做的总功W＝W1＋W2＝70J，B正确；在2～6s内，v＝2m/s，P＝10W，物体做匀速直线运动，F＝f，则滑动摩擦力f＝F＝eq\f(P,v)＝eq\f(10,2)N＝5N，当P1＝30W时，v＝2m/s，得到牵引力F1＝eq\f(P1,v)＝eq\f(30,2)N＝15N，在0～2s内，物体做匀加速直线运动，加速度a＝eq\f(Δv,Δt)＝1m/s2，由牛顿其次定律可得：F1－f＝ma，可知：m＝10kg，C、D正确。11.(2024·湖北四地七校高三上学期期末联考)如图所示，固定的光滑竖直杆上套一个滑块A，与滑块A连接的细绳绕过光滑的轻质定滑轮连接滑块B，细绳不行伸长，滑块B放在粗糙的固定斜面上，连接滑块B的细绳和斜面平行，滑块A从细绳水平位置由静止释放(不计轮轴处的摩擦)，到滑块A下降到速度最大(A未落地，B未上升至滑轮处)的过程中()A．滑块A和滑块B的加速度大小始终相等B．滑块A减小的机械能等于滑块B增加的机械能C．滑块A的速度最大时，滑块A的速度大于B的速度D．细绳上的张力对滑块A做的功等于滑块A机械能的变更量答案CD解析两滑块与绳构成绳连接体，沿绳方向的加速度大小相等，则A沿绳的分加速度等于B的加速度，A错误；绳连接体上的一对拉力做功不损失机械能，但B受到的斜面摩擦力对B做负功，由能量守恒可知滑块A减小的机械能等于滑块B增加的机械能和摩擦生热之和，B错误；滑块A的速度最大时，将滑块A的速度分解，如图所示，绳连接体沿绳方向的速度大小相等，则A沿绳的分速度等于B的运动速度，明显滑块A的速度大于B的速度，C正确；对A受力分析可知，除重力外，只有细绳的张力对滑块A做功，由功能关系可知，细绳上的张力对滑块A做的功等于滑块A机械能的变更量，D正确。12.(2024·四川自贡高三一诊)如图所示，在倾角θ＝37°固定斜面体的底端旁边固定一挡板，一质量不计的弹簧下端固定在挡板上，弹簧自然伸长时其上端位于斜面体上的O点处。质量分别为mA＝4.0kg、mB＝1.0kg的物块A和B用一质量不计的细绳连接，跨过固定在斜面体顶端的光滑定滑轮，起先时物块A位于斜面体上的M处，物块B悬空。现将物块A和B由静止释放，物块A沿斜面下滑，当物块A将弹簧压缩到N点时，物块A、B的速度减为零。已知MO＝1.0m，ON＝0.5m，物块A与斜面体之间的动摩擦因数为μ＝0.25，重力加速度取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，整个过程细绳始终没有松弛。则下列说法正确的是()A．物块A在与弹簧接触前的加速度大小为1.2m/s2B．物块A在与弹簧接触前的加速度大小为1.5m/s2C．物块A位于N点时，弹簧所储存的弹性势能为9JD．物块A位于N点时，弹簧所储存的弹性势能为21J答案AC解析设物块A在与弹簧接触前细绳的张力大小为T，对物块A，由牛顿其次定律可得：mAgsinθ－T－μmAgcosθ＝mAa，同理对物块B有：T－mBg＝mBa，解得a＝1.2m/s2，A正确，B错误；由能量守恒可知，物块A位于N点时，弹簧所储存的弹性势能为Ep＝mAgsinθ·eq\x\to(MN)－mBg·eq\x\to(MN)－μmAgcosθ·eq\x\to(MN)，解得Ep＝9J，C正确，D错误。第Ⅱ卷(非选择题，共62分)二、试验题(本题共2小题，共14分)13．(2024·云南保山高三上学期期末)(6分)用如图所示的试验装置验证机械能守恒定律。重物P(含遮光片)从光电门1的上侧由静止释放，P竖直向下运动，分别测出遮光片经过光电门1和光电门2的时间Δt1和Δt2，另测得遮光片的宽度为d，两光电门之间的距离为h，已知重力加速度为g。(1)试验中还须要测量的物理量有______________(填写物理量名称及表示符号)。(2)写出验证机械能守恒定律的等式为__________________(用以上测得的物理量符号表示)，通过代入数据计算发觉，等式两端并不严格相等，引起此结果的缘由可能是________________________________________________。答案(1)重物P的质量m(2)mgh＝eq\f(1,2)meq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2))重物在下落过程中受到了空气阻力的作用解析(1)验证重物P的机械能守恒，即验证重物P的势能削减量与动能增加量是否相等，则须要知道的物理量有：重物P的质量m、当地重力加速度g、光电门1、2之间的高度差h、重物P经过两光电门1、2时的速度v1和v2，除重物质量m以外的物理量由题中已知条件均可得到，所以还须要测量重物P的质量m。(2)重物P下降h，它的重力势能的削减量：ΔEp＝mghP经过光电门1的速度：v1＝eq\f(d,Δt1)经过光电门2的速度：v2＝eq\f(d,Δt2)P动能的增加量：ΔEk＝eq\f(1,2)m(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))＝eq\f(1,2)meq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2))则须要验证的等式为：mgh＝eq\f(1,2)meq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))2))；由于重物在下落过程中受到了空气阻力的作用，使重物的重力势能的削减量大于动能的增加量。14．(2024·江苏通州、海门、启东高三上学期期末三县联考)(8分)如图所示，在“探究小车所受外力做功与动能变更的关系”的试验中，有甲、乙两种方案：(1)试验操作过程中可能用到如下步骤，两套装置必需同时用到的试验步骤是________。A．平衡摩擦力B．测量小车的质量C．通过纸带计算速度时，选用等间距部分D．重复试验时，小车从靠近打点计时器的同一位置释放(2)某同学利用图乙的装置，按正确步骤进行试验，绘制W∝ΔEk的图象时，________(填“须要”或“不须要”)测量W的详细数值。(3)某同学利用图甲的装置平衡摩擦力后进行试验，小车质量为M、钩码的总质量为m(m≪M)，打出的纸带如图丙所示，计算出打点计时器打B、E点时小车的速度分别为vB、vE，重力加速度为g，探究B到E过程小车所受外力做功与动能变更的关系，若外力做功与小车动能变更相等，则数学表达式为______________________(用M、m、g、s、vB、vE表示)。(4)某小组利用图甲的装置进行试验，试验结果显示，合外力做的功总是略小于小车动能的变更，请分析出现这种状况的可能缘由是______________________。答案(1)AB(2)不须要(3)mgs＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,E)－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,B)(4)平衡摩擦力过度或倾角过大解析(1)两套装置中都应保持细线的拉力即为小车所受的合外力，所以都应平衡摩擦力，A正确；由于要探究小车的合外力做功与小车动能变更的关系，所以应测量小车的质量，B正确；图甲中小车做匀加速直线运动，图乙中小车先加速后匀速，所以通过纸带计算速度时，只有乙方案要选用等间距部分，C错误；重复试验时，小车并不肯定要从同一位置释放，D错误。(2)图乙的装置中小车的合力即为橡皮筋的弹力，只须要探究橡皮筋的条数加倍时小车的动能是否加倍即可，并不须要测量W的详细数值。(3)由于钩码的总质量远远小于小车的质量，所以小车所受合力近似等于钩码的总重力，小车从打B点到打E点的过程中，外力做的功为mgs，小车动能的变更量为ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,E)－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,B)，若外力做功与小车动能变更相等，则数学表达式为mgs＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,E)－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,B)。(4)合外力做的功总是略小于小车动能的变更，说明除了拉力对小车做功外还有其他力对小车做功，可能是因为小车的重力沿斜面对下的分力大于阻力，即平衡摩擦力过度或倾角过大。三、计算论述题(本题共4小题，共48分。解答时写出必要的文字说明和重要的演算步骤，只写出答案的不得分。有数值计算的题，答案中必需明确写出数值的单位)15．(2024·安徽合肥高三上一诊)(10分)如图所示，质量M＝50kg的运动员在进行体能训练时，腰部系着一不行伸长的轻绳，绳另一端连接质量m＝11kg的轮胎。当运动员由静止起先沿水平跑道匀加速奔跑时，绳的拉力大小为70N，绳与跑道的夹角为37°，5s末绳突然断裂。轮胎与跑道间的动摩擦因数μ＝0.5，空气阻力不计，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2。求：(1)运动员的加速度大小；(2)3s末运动员克服绳拉力做功的功率；(3)整个过程中轮胎克服摩擦力做的功。答案(1)2m/s2(2)336W(3)1400J解析(1)运动员拉着轮胎匀加速奔跑时，运动员的加速度等于轮胎的加速度。对轮胎，由牛顿其次定律得：Tcos37°－Ff＝ma，FN＋Tsin37°＝mg又因为：Ff＝μFN，解得：a＝2m/s2。(2)3s末运动员的速度为v＝at1＝6m/s3s末运动员克服绳子拉力做功的功率P＝Tvcos37°＝336W。(3)在加速过程中，轮胎的位移为x＝eq\f(1,2)at2＝25m全过程对轮胎由动能定理得：WT－Wf＝0则：Wf＝WT＝Txcos37°＝1400J。16．(2024·四省名校高三其次次联考)(12分)如图所示，在竖直平面内有一粗糙斜面轨道AB与光滑圆弧轨道BC在B点平滑连接(滑块经过B点时速度大小不变)，斜面轨道长L＝2.5m，斜面倾角θ＝37°，O点是圆弧轨道圆心，OB竖直，圆弧轨道半径R＝1m，圆心角θ＝37°，C点距水平地面的高度h＝0.512m，整个轨道是固定的。一质量m＝1kg的滑块在A点由静止释放，最终落到水平地面上。滑块可视为质点，滑块与斜面轨道之间的动摩擦因数μ＝0.25，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，不计空气阻力，求：(1)滑块经过圆弧轨道最低点B时，对圆弧轨道的压力大小；(2)滑块离开C点后在空中运动的时间t。答案(1)30N(2)0.64s解析(1)对滑块从A到B的过程，由动能定理：mgLsin37°－μmgLcos37°＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)解得vB＝2eq\滑块经过圆弧轨道的B点时，由牛顿其次定律：F－mg＝meq\f(v\o\al(2,B),R)由牛顿第三定律可得：滑块经过B点时对圆弧轨道的压力大小F′＝F解得F′＝30N。(2)对滑块从B到C的过程，由动能定理：－mgR(1－cos37°)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)解得vC＝4m/s滑块离开C点后在竖直方向上做竖直上抛运动，以竖直向下为正方向，则有：h＝－vCsin37°t＋eq\f(1,2)gt2，解得t＝0.64s。17．(2024·长春试验中学高三上学期期末)(12分)如图甲所示，倾斜的传送带以恒定的速率逆时针运行。在t＝0时刻，将质量为1.0kg的物块(可视为质点)无初速度地放在传送带的最上端A点，经过1.0s，物块从最下端的B点离开传送带。取沿传送带向下为速度的正方向，则物块的对地速度随时间变更的图象如图乙所示(g＝10m/s2)。求：(1)物块与传送带间的动摩擦因数；(2)物块从A到B的过程中，传送带对物块做的功。答案(1)eq\f(\r(3),5)(2)－3.75J解析(1)由v­t图象可知，物块