2020-2024年高考物理试题分类训练：功和能

专题06功和能

一、单选题

1.（2024•全国•统考高考真题）小车在水平地面上沿轨道从左向右运动，动能始终增

加。假如用带箭头的线段表示小车在轨道上相应位置处所受合力，下列四幅图可能正确

的是（）

c-D-“

【答案】D

【详解】AB.小车做曲线运动，所受合外力指向曲线的凹侧，故AB错误；

CD.小车沿轨道从左向右运动，动能始终增加，故合外力与运动方向夹角为锐角，C错

误，D正确。

故选Do

2.（2024•全国•统考高考真题）一同学将排球自。点垫起，排球竖直向上运动，随后

下落回到。点。设排球在运动过程中所受空气阻力大小和速度大小成正比。则该排球

（）

A.上升时间等于下落时间B.被垫起后瞬间的速度最大

C.达到最高点时加速度为零D.下落过程中做匀加速运动

【答案】B

【详解】A.上升过程和下降过程的位移大小相同，上升过程的末状态和下降过程的初

状态速度均为零。对排球受力分析，上升过程的重力和阻力方向相同，下降过程中重力

和阻力方向相反，依据牛顿其次定律可知，上升过程中随意位置的加速度比下降过程中

对应位置的加速度大，则上升过程的平均加速度较大。由位移与时间关系可知，上升时

间比下落时间短，A错误；

B.上升过程排球做减速运动，下降过程排球做加速运动。在整个过程中空气阻力始终

做负功，小球机械能始终在减小，下降过程中的最低点的速度小于上升过程的最低点的

速度，故排球被垫起时的速度最大，B正确；

C.达到最高点速度为零，空气阻力为零，此刻排球重力供应加速度不为零，C错误；

D.下落过程中，排球速度在变，所受空气阻力在变，故排球所受的合外力在变更，排

球在下落过程中做变加速运动，D错误。

故选Bo

3.（2024•全国•统考高考真题）一同学将铅球水平推出，不计空气阻力和转动的影响，

铅球在平抛运动过程中（）

A.机械能始终增加B.加速度保持不变

C.速度大小保持不变D.被推出后瞬间动能最大

【答案】B

【详解】A.铅球做平抛运动，仅受重力，故机械能守恒，A错误；

B.铅球的加速度恒为重力加速度保持不变，B正确；

CD.铅球做平抛运动，水平方向速度不变，竖直方向做匀加速直线运动，依据运动的合

成可知铅球速度变大，则动能越来越大，CD错误。

故选Bo

4.（2024•山东•统考高考真题）《天工开物》中记载了古人借助水力运用高转筒车往

稻田里引水的场景。引水过程简化如下：两个半径均为斤的水轮，以角速度。匀速转

动。水筒在筒车上匀整排布，单位长度上有〃个，与水轮间无相对滑动。每个水筒离开

水面时装有质量为0的水，其中的60%被输送到高出水面〃处灌入稻田。当地的重力加

速度为g,则筒车对灌入稻田的水做功的功率为（）

A.2股锻；"B_3nmg;RH3nmg^RHnmgaRH

【答案】B

【详解】由题知，水筒在筒车上匀整排布，单位长度上有A个，且每个水筒离开水面时

装有质量为m的水、其中的60%被输送到高出水面〃处灌入稻田，则水轮转一圈灌入农

田的水的总质量为

m总二2兀RnmX60%=1.2兀Rnm

则水轮转一圈灌入稻田的水克服重力做的功

眸1.2nRnmgH

则筒车对灌入稻田的水做功的功率为

T

联立有

故选Bo

5.（2024•江苏•统考高考真题）滑块以确定的初速度沿粗糙斜面从底端上滑，到达最

高点2?后返回原委端。利用频闪仪分别对上滑和下滑过程进行拍摄，频闪照片示意图如

图所示。与图乙中相比，图甲中滑块（）

甲

A.受到的合力较小B.经过/点的动能较小

C.在4、8之间的运动时间较短D.在48之间克服摩擦力做的功较小

【答案】C

【详解】A.因为频闪照片时间间隔相同，对比图甲和乙可知图甲中滑块加速度大，是

上滑阶段；依据牛顿其次定律可知图甲中滑块收到的合力较大；故A错误；

B.从图甲中的/点到图乙中的4点，先上升后下降，重力做功为0,摩擦力做负功；

依据动能定理可知图甲经过/点的动能较大，故B错误；

C.由于图甲中滑块加速度大，依据

2

v-VQ=2ax

可知图甲在/、8之间的运动时间较短，故C正确；

D.由于无论上滑或下滑均受到滑动摩擦力大小相等，故图甲和图乙在4、6之间克服摩

擦力做的功相等，故D错误；

故选Co

6.（2024•北京•统考高考真题）如图所示，一物体在力厂作用下沿水平桌面做匀加速

直线运动。已知物体质量为加加速度大小为a,物体和桌面之间的动摩擦因数为〃，

重力加速度为g,在物体移动距离为x的过程中（）

77777777777777777777777~

A.摩擦力做功大小与户方向无关B.合力做功大小与厂方向有关

C.6为水平方向时，尸做功为〃“zgxD.尸做功的最小值为“2办

【答案】D

【详解】A.设力尸与水平方向的夹角为Q,则摩擦力为

f=〃(mg-FsinO')

摩擦力的功

Wf=gng-Fsin0)x

即摩擦力的功与厂的方向有关，选项A错误；

B.合力功

W=F^x=ma-x

可知合力功与力尸方向无关，选项B错误；

C.当力尸水平常，则

F=ma+"mg

力厂做功为

WF=Fx=(ma+jLimg)x

选项c错误；

D.因合外力功为侬x大小确定，而合外力的功等于力尸与摩擦力/'做功的代数和，而

当尸sin6=%g时，摩擦力二0,则此时摩擦力做功为零，此时力尸做功最小，最小值为

max,选项D正确。

故选Do

7.(2024•山西•统考高考真题)无风时，雨滴受空气阻力的作用在地面旁边会以恒定

的速率竖直下落。一质量为〃的雨滴在地面旁边以速率-下落高度力的过程中，克服空

气阻力做的功为(重力加速度大小为g)()

11

A.0B.mghC.—mv2~-mghD.-mv~2+mgh

【答案】B

【详解】在地面旁边雨滴做匀速运动，依据动能定理得

mgh-Wf=0

故雨滴克服空气阻力做功为，咫/7o

故选B。

8.(2024•浙江•统考高考真题)铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，下

列关于铅球在空中运动时的加速度大小a、速度大小八动能Ek和机械能£随运动时间

力的变更关系中，正确的是（）

【答案】D

【详解】A.由于不计空气阻力，铅球被水平推出后只受重力作用，加速度等于重力加

速度，不随时间变更，故A错误;

B.铅球被水平推出后做平抛运动，竖直方向有

vy=gt

则抛出后速度大小为

可知速度大小与时间不是一次函数关系，故B错误；

C.铅球抛出后的动能

筑=：根丫2=；根[说+（g0[

可知动能与时间不是一次函数关系，故C错误；

D.铅球水平抛出后由于忽视空气阻力，所以抛出后铅球机械能守恒，故D正确。

故选Do

9.（2024•湖北•统考高考真题）两节动车的额定功率分别为A和鸟，在某平直铁轨上

能达到的最大速度分别为匕和V2。现将它们编成动车组，设每节动车运行时受到的阻力

在编组前后不变，则该动车组在此铁轨上能达到的最大速度为（）

♦匕+―。>♦+-%（一+一）匕4（一+⑷匕险

【答案】D

【详解】由题意可知两节动车分别有

4=加

5=flV2

当将它们编组后有

联立可得

1=（一+:），%

4V2+£匕

故选Do

10.（2024•山东•统考高考真题）质量为〃的玩具动力小车在水平面上运动时，牵引

力厂和受到的阻力F均为恒力，如图所示，小车用一根不行伸长的轻绳拉着质量为小的

物体由静止起先运动。当小车拖动物体行驶的位移为每时，小车达到额定功率，轻绳从

物体上脱落。物体接着滑行一段时间后停下，其总位移为口。物体与地面间的动摩擦因

数不变，不计空气阻力。小车的额定功率弓为（）

2产(尸-/)(邑-5弱2尸GF_/)(S「Sjd

-(M+m)S-MS-

2l(M+m)S2-mSx

「2尸(尸一了)(邑U瓶

C2"-f)(SS)S2

'M(M+m)S2-MS1

(M+m)S2+mSx

【答案】A

【详解】设物体与地面间的动摩擦因数为凡当小车拖动物体行驶的位移为S的过程

中有

F—f—nmg=(卬+励a

/-2asi

Po=Fv

轻绳从物体上脱落后

a2=J^g

v=2a2(Sz-Si)

联立有

2F2(F-f)6-S)S\

A二(M+用电-g

故选Ao

11.（2024•辽宁•统考高考真题）如图（a）,从高处〃点到地面N点有I、II两条光

滑轨道。两相同小物块甲、乙同时从〃点由静止释放，沿不同轨道滑到“点，其速率-

与时间t的关系如图（b）所示。由图可知，两物块在离开〃点后、到达"点前的下滑

过程中（）

A.甲沿I下滑且同一时刻甲的动能比乙的大

B.甲沿II下滑且同一时刻甲的动能比乙的小

C.乙沿I下滑且乙的重力功率始终不变

D.乙沿II下滑且乙的重力功率始终增大

【答案】B

【详解】AB.由图乙可知，甲下滑过程中，甲做匀加速直线运动，则甲沿II下滑，乙做

加速度慢慢减小的加速运动，乙沿I下滑，随意时刻甲的速度都小于乙的速度，可知同

一时刻甲的动能比乙的小，A错误，B正确；

CD.乙沿I下滑，起先时乙速度为0,到N点时乙竖直方向速度为零，依据瞬时功率公

式尸=mgvy可知重力瞬时功领先增大后减小，CD错误。

故选B。

12.（2024•浙江•高考真题）一位游客正在体验蹦极，绑上蹦极专用的橡皮绳后从跳

台纵身而下。游客从跳台下落直到最低点过程中（）

A.弹性势能减小B.重力势能减小

C.机械能保持不变D.绳一绷紧动能就起先减小

【答案】B

【详解】游客从跳台下落，起先阶段橡皮绳未拉直，只受重力作用做匀加速运动，下落

到确定高度时橡皮绳起先绷紧，游客受重力和向上的弹力作用，弹力从零慢慢增大，游

客所受合力先向下减小后向上增大，速度先增大后减小，到最低点时速度减小到零，弹

力达到最大值。

A.橡皮绳绷紧后弹性势能始终增大，A错误；

B.游客高度始终降低，重力始终做正功，重力势能始终减小，B正确；

C.下落阶段橡皮绳对游客做负功，游客机械能削减，转化为弹性势能，C错误；

D.绳刚绷紧起先一段时间内，弹力小于重力，合力向下做正功，游客动能在增加；当

弹力大于重力后，合力向上对游客做负功，游客动能慢慢减小，D错误。

故选Bo

13.（2024•福建•高考真题）福建土楼兼具居住和防卫的功能，承启楼是圆形土楼的

典型代表，如图（a）所示。承启楼外楼共四层，各楼层高度如图（b）所示。同一楼层

内部通过直径约50m的圆形廊道连接。若将质量为100kg的防卫物资先从二楼仓库搬到

四楼楼梯口〃处，再用100s沿廊道运输到“处，如图（c）所示。重力加速度大小取lOm/sZ,

则（）

（b）剖面图

A.该物资从二楼地面被运输到四楼〃处的过程中，克服重力所做的功为5400J

B.该物资从〃处被运输到“处的过程中，克服重力所做的功为78500J

C.从〃处沿圆形廊道运动到从处，位移大小为78.5m

D.从〃处沿圆形廊道运动到N处，平均速率为0.5m/s

【答案】A

【详解】A.该物资从二楼地面被运输到四楼〃处的过程中，克服重力所做的功为

%=mg\h=100xl0x(2.7+2.7)J=5400J

故A正确；

B.该物资从〃处被运输到“处的过程中，由于K%高度差为零，所以克服重力做功为

零，故B错误；

C.从〃处沿圆形廊道运动到及处，位移大小为50m,故C错误；

D.从〃处沿圆形廊道运动到及处，平均速率为

V----=-------—m/s=0.785m/s

tt100

故D错误。

故选A。

14.（2024•北京•高考真题）我国航天员在“天宫课堂”中演示了多种好玩的试验，

提高了青少年科学探究的爱好。某同学设计了如下试验：细绳一端固定，另一端系一小

球，给小球一初速度使其在竖直平面内做圆周运动。无论在“天宫”还是在地面做此试

验（）

O

vo-

A.小球的速度大小均发生变更B.小球的向心加速度大小均发生变更

C.细绳的拉力对小球均不做功D.细绳的拉力大小均发生变更

【答案】C

【详解】AC.在地面上做此试验，忽视空气阻力，小球受到重力和绳子拉力的作用，拉

力始终和小球的速度垂直，不做功，重力会变更小球速度的大小；在“天宫”上，小球

处于完全失重的状态，小球仅在绳子拉力作用下做匀速圆周运动，绳子拉力照旧不做功，

A错误，C正确；

BD.在地面上小球运动的速度大小变更，依据。=匕和尸="，匕（重力不变）可知小球

rr

的向心加速度和拉力的大小发生变更，在“天宫”上小球的向心加速度和拉力的大小不

发生变更，BD错误。

故选Co

15.（2024•江苏•高考真题）如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与物块A连接在

一起，处于压缩状态，A由静止释放后沿斜面对上运动到最大位移时，马上将物块B轻

放在A右侧，A、B由静止起先一起沿斜面对下运动，下滑过程中A、B始终不分别，当

A回到初始位置时速度为零，A、B与斜面间的动摩擦因数相同、弹簧未超过弹性限度，

则（）

A.当上滑到最大位移的一半时，A的加速度方向沿斜面对下

B.A上滑时、弹簧的弹力方向不发生变更

C.下滑时，B对A的压力先减小后增大

D.整个过程中A、B克服摩擦力所做的总功大于B的重力势能减小量

【答案】B

【详解】B.由于A、B在下滑过程中不分别，设在最高点的弹力为凡方向沿斜面对下

为正方向，斜面倾角为9,AB之间的弹力为与，摩擦因素为u,刚下滑时依据牛顿其

次定律对AB有

F+(mA+mB)gsin0-//(mA+mB)gcos0=(mA+m6)a

对B有

m^gsvaO-/uin^gcosO—Ff^=m^a

联立可得

F::FAB

mK+H%mB

由于A对B的弹力4B方向沿斜面对上，故可知在最高点尸的方向沿斜面对上；由于在

最起先弹簧弹力也是沿斜面对上的，弹簧始终处于压缩状态，所以A上滑时、弹簧的弹

力方向始终沿斜面对上，不发生变更，故B正确；

A.设弹簧原长在。点，A刚起先运动时距离。点为石，A运动到最高点时距离。点为

北；下滑过程AB不分别，则弹簧始终处于压缩状态，上滑过程依据能量守恒定律可得

；履：=；kx；+(mgsin0+f^xA-x2)

化简得

为+x2

当位移为最大位移的一半时有

心=(%一%^)一(机gsin0+f)

带入次值可知/第0,即此时加速度为0,故A错误；

C.依据B的分析可知

mA+mBmB

再结合B选项的结论可知下滑过程中户向上且慢慢变大，则下滑过程蜃慢慢变大，依

据牛顿第三定律可知B对A的压力慢慢变大，故C错误；

D.整个过程中弹力做的功为0,A重力做的功为0,当A回到初始位置时速度为零，依

据功能关系可知整个过程中A、B克服摩擦力所做的总功等于B的重力势能减小量，故

D错误。

故选B。

16.（2024•江苏•高考真题）某滑雪赛道如图所示，滑雪运动员从静止起先沿斜面下

滑，经圆弧滑道起跳。将运动员视为质点，不计摩擦力及空气阻力，此过程中，运动员

的动能稣与水平位移x的关系图像正确的是（）

【答案】A

【详解】设斜面倾角为夕，不计摩擦力和空气阻力，由题意可知运动员在沿斜面下滑

过程中依据动能定理有

Ek=mgxland

即

E

—k=mgtanU

x

下滑过程中起先阶段倾角d不变，瓦-X图像为一条直线；经过圆弧轨道过程中d先减

小后增大，即图像斜领先减小后增大。

故选Ao

17.（2024•湖北•统考高考真题）如图所示，质量分别为©和2〃的小物块P和Q,

用轻质弹簧连接后放在水平地面上，P通过一根水平轻绳连接到墙上。P的下表面光滑,

Q与地面间的动摩擦因数为P,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。用水平拉力将Q向右缓

慢拉开一段距离，撤去拉力后，Q恰好能保持静止。弹簧形变始终在弹性限度内，弹簧

的劲度系数为4，重力加速度大小为外若剪断轻绳，P在随后的运动过程中相对于其

初始位置的最大位移大小为（）

--------P-wwwvwQ

勿〃〃〃力〃/〃〃〃〃/〉〃〃）〃〃

…mgkB.2鳖C.空整D.如鳖

kkk

【答案】C

【详解】Q恰好能保持静止时，设弹簧的伸长量为心满足

kx=2jumg

若剪断轻绳后，物块P与弹簧组成的系统机械能守恒，弹簧的最大压缩量也为X,因此

P相对于其初始位置的最大位移大小为

S=2X=3

k

故选Co

18.（2024•浙江•统考高考真题）小明用额定功率为1200W、最大拉力为300N的提

升装置，把静置于地面的质量为20kg的重物竖直提升到高为85.2m的平台，先加速再

匀速，最终做加速度大小不超过5m/s2的匀减速运动，到达平台的速度刚好为零，g取

10m/s2,则提升重物的最短时间为（）

A.13.2sB.14.2sC.15.5sD.17.Os

【答案】C

【详解】为了以最短时间提升重物，一起先先以最大拉力拉重物做匀加速上升，当功率

达到额定功率时，保持功率不变直到重物达到最大速度，接着做匀速运动，最终以最大

加速度做匀减速上升至平台速度刚好为零，重物在第一阶段做匀加速上升过程，依据牛

顿其次定律可得

T-mg300-20x10,_,

4=-------=----------------m/s2=5m/s2

m20

当功率达到额定功率时，设重物的速度为匕，则有

^=1200m/s=4m/s

Tm300

此过程所用时间和上上升度分别为

tx=-=—s=0.8s

ax5

工工m“6m

2q2x5

重物以最大速度匀速时，有

v=^=^=^m/s=6m/s

mTmg200

重物最终以最大加速度做匀减速运动的时间和上上升度分别为

t=—=—s=1.2s

35

v262

h,=——=-----m=3.6m

32am2x5

设重物从结束匀加速运动到起先做匀减速运动所用时间为々，该过程依据动能定理可得

1212

又

4=85.2m-1.6m-3.6m=80m

联立解得

t2=13.5s

故提升重物的最短时间为

tmin=.+.+.=0.8s+13.5s+1.2s=15.5s

C正确，ABD错误；

故选Co

19.（2024•浙江•统考高考真题）风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径

之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为

9m/s时，输出电功率为405kW,风速在5~10m/s范围内，转化效率可视为不变。该

风机叶片旋转一周扫过的面积为A,空气密度为夕，风场风速为v,并保持风正面吹向

叶片。下列说法正确的是（）

A.该风力发电机的输出电功率与风速成正比

B.单位时间流过面积A的流淌空气动能为:"4"

C.若每天平均有1.0xl08kW的风能资源，则每天发电量为2.4xl（）9kW-h

D.若风场每年有5000h风速在6~10m/s范围内，则该发电机年发电量至少为

6.0xl05kW-h

【答案】D

【详解】AB.单位时间流过面积A的流淌空气体积为

%=Av

单位时间流过面积A的流淌空气质量为

加0=0%=PAv

单位时间流过面积A的流淌空气动能为

113

~mov2=万网4

风速在5~10m/s范围内，转化效率可视为不变，可知该风力发电机的输出电功率与风

速的三次方成正比，AB错误；

C.由于风力发电存在转化效率，若每天平均有1.0xl08kW的风能资源，则每天发电量

应满足

E<1.0xl08x24kW-h=2.4xl09kW-h

C错误；

D.若风场每年有5000h风速在6~10m/s的风能资源，当风速取最小值6m/s时，该发

电机年发电量具有最小值，依据题意，风速为9m/s时，输出电功率为405kW,风速在

5~10m/s范围内，转化效率可视为不变，可知风速为6m/s时，输出电功率为

尸=6酿芈kW=120kW

93

则该发电机年发电量至少为

E=Pt=120x5000kW-h=6.0xl05kW-h

D正确；

故选Do

20.（2024•山东•统考高考真题）我国多次成功运用“冷放射”技术放射长征十一号

系列运载火箭。如图所示，放射仓内的高压气体先将火箭竖直向上推出，火箭速度接近

零时再点火飞向太空。从火箭起先运动到点火的过程中（）

火

箭

高

压

r

'气

体

发

射

仓

大

动能最

时，

为零

速度

的加

火箭

A.

能

箭的动

化为火

全部转

的能量

体释放

高压气

B.

增加量

动量的

于火箭

冲量等

推力的

对火箭

压气体

C.高

加量

能的增

火箭动

和等于

做功之

对火箭

气阻力

力和空

体的推

高压气

D.

】A

【答案

和竖直

气阻力

下的空

竖直向

力、

的重

向下

竖直

，受

出来

放射

射仓

从放

火箭

】A.

【详解

的推力

压气体

时候高

向上的

刚起先

小，

断减

小不

力大

，且推

力作用

体的推

高压气

向上的

压

上的高

，当向

运动

加速

小的