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专题05+功与功率+功能关系（练习）-2024年高考物理二轮复习讲练测（新教材新高考）
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这是一份专题05+功与功率+功能关系（练习）-2024年高考物理二轮复习讲练测（新教材新高考），文件包含专题05功与功率功能关系练习原卷版docx、专题05功与功率功能关系练习解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共78页， 欢迎下载使用。
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc154040289" 01 功 功率 机车启动问题 PAGEREF _Tc154040289 \h 2
\l "_Tc154040290" 考向一 变力做功的计算 PAGEREF _Tc154040290 \h 2
\l "_Tc154040291" 考向二 平均功率与瞬时功率 PAGEREF _Tc154040291 \h 4
\l "_Tc154040292" 考向三 机车启动问题 PAGEREF _Tc154040292 \h 6
\l "_Tc154040293" 02 动能定理的理解和应用 PAGEREF _Tc154040293 \h 11
\l "_Tc154040294" 考向一 动能 动能定理的理解及简单应用 PAGEREF _Tc154040294 \h 11
\l "_Tc154040295" 考向二 应用动能定理解决多过程问题 PAGEREF _Tc154040295 \h 19
\l "_Tc154040296" 03 功能关系的理解和应用 PAGEREF _Tc154040296 \h 30
\l "_Tc154040297" 考向一 常见力做功与相应能量的转化 PAGEREF _Tc154040297 \h 30
\l "_Tc154040298" 考向二 功能关系的应用 PAGEREF _Tc154040298 \h 32
01 功 功率 机车启动问题
考向一 变力做功的计算
1．（2023·山西·高考真题）无风时，雨滴受空气阻力的作用在地面附近会以恒定的速率竖直下落。一质量为m的雨滴在地面附近以速率v下落高度h的过程中，克服空气阻力做的功为（重力加速度大小为g）（ ）
A．0B．mghC．D．
2．（2023·重庆·高考真题）机械臂广泛应用于机械装配。若某质量为m的工件（视为质点）被机械臂抓取后，在竖直平面内由静止开始斜向上做加速度大小为a的匀加速直线运动，运动方向与竖直方向夹角为θ，提升高度为h，如图所示。求：
（1）提升高度为h时，工件的速度大小；
（2）在此过程中，工件运动的时间及合力对工件做的功。
3．（2024·河南·校联考模拟预测）(多选)如图所示，倾角为的光滑足够长固定斜面上，一劲度系数为的轻弹簧，一端连在斜面底部的固定挡板上。质量分别为和的物块和叠放在一起，压在弹簧上，处于静止状态。对B施加一沿斜面向上的外力，使B以（为重力加速度）的加速度沿斜面匀加速直线运动，则（ ）
A．两物块分离时的速度大小为
B．两物块分离时的速度大小为
C．物块从开始运动到分离时，弹簧弹力做的功为
D．物块从开始运动到分离时，弹簧弹力做的功为
4．（2023·重庆·统考一模）(多选)如题图甲，辘轳是古代民间提水设施，由辘轳头、支架、井绳、水斗等部分构成。如题图乙为提水设施工作原理简化图，某次需从井中汲取m=2kg的水，辘轳绕绳轮轴半径为r=0.1m，水斗的质量为0.5kg，井足够深且井绳的质量忽略不计。t=0时刻，轮轴由静止开始绕中心轴转动，其角速度随时间变化规律如题图丙所示，g取，则（ ）
A．水斗速度随时间变化规律为v=0.4t
B．井绳拉力瞬时功率随时间变化规律为P=10t
C．0~10s内水斗上升的高度为4m
D．0~10s内井绳拉力所做的功为520J
考向二 平均功率与瞬时功率
5．（2023·辽宁·高考真题）如图（a），从高处M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M点由静止释放，沿不同轨道滑到N点，其速率v与时间t的关系如图（b）所示。由图可知，两物块在离开M点后、到达N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一直不变
D．乙沿Ⅱ下滑且乙的重力功率一直增大
6．（2023·山东·高考真题）《天工开物》中记载了古人借助水力使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R的水轮，以角速度ω匀速转动。水筒在筒车上均匀排布，单位长度上有n个，与水轮间无相对滑动。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H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．B．C．D．nmgωRH
7．（2023·湖南·统考模拟预测）(多选)如图甲所示，一个质量为2kg的物体（可看成质点）在沿斜面方向的拉力作用下，从倾角θ=30°的光滑斜面底端由静止开始沿斜面向上运动。以斜面底端为坐标原点，沿斜面向上为正方向建立x轴，拉力做的功W与物体位置坐标x的关系如图乙所示。取g=10m/s2。物体沿斜面向上运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．物体沿斜面向上运动的最大位移xₘ=22m
B．物体沿斜面向上运动的时间为4.5s
C．在x=5m处，拉力的功率为100W
D．拉力的最大功率为200W
8．（2023·内蒙古呼和浩特·统考模拟预测）(多选)如图所示，A、B是质量相等的两个小球，A球从高度为h的固定光滑斜面顶端静止下滑，B球从半径为h的四分之一固定光滑圆弧顶端静止下滑，重力加速度为g,关于A、B两小球的运动，下列说法正确的是（ ）
A．两小球运动到各自底端时合外力做的功相同
B．两小球到达底端时速率相等
C．两小球运动到各自底端时重力的瞬时功率相等
D．B球运动过程中重力的瞬时功率先增大后减小
9．（2023·黑龙江·校联考模拟预测）(多选)如图甲所示，一个质量为2kg的物体（可看成质点）在沿斜面方向的拉力作用下，从倾角θ=30°的光滑斜面底端由静止开始沿斜面向上运动。以斜面底端为坐标原点，沿斜面向上为正方向建立x轴，拉力做的功W与物体位置坐标x的关系如图乙所示。取g=10m/s2.，物体沿斜面向上运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．拉力的大小为40NB．拉力的大小为20N
C．在x=5m处，拉力的功率为100WD．在x=5m处，拉力的功率为W
考向三 机车启动问题
10．（2023·天津·高考真题）质量为m的列车匀速v行驶，突然以F大小的力制动刹车直到列车停止，过程中恒受到f的空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．减速运动加速度大小B．力F的冲量为mv
C．刹车距离为D．匀速行驶时功率为
11．（2021·重庆·高考真题）（多选）额定功率相同的甲、乙两车在同一水平路面上从静止启动，其发动机的牵引力随时间的变化曲线如图所示。两车分别从和时刻开始以额定功率行驶，从和时刻开始牵引力均视为不变。若两车行驶时所受的阻力大小与重力成正比，且比例系数相同，则（ ）
A．甲车的总重比乙车大B．甲车比乙车先开始运动
C．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同D．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同
12．（2023·山东·高考真题）质量为M的玩具动力小车在水平面上运动时，牵引力F和受到的阻力f均为恒力，如图所示，小车用一根不可伸长的轻绳拉着质量为m的物体由静止开始运动。当小车拖动物体行驶的位移为时，小车达到额定功率，轻绳从物体上脱落。物体继续滑行一段时间后停下，其总位移为。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P0为（ ）
A．B．
C．D．
13．（2022·浙江·高考真题）小明用额定功率为、最大拉力为的提升装置，把静置于地面的质量为的重物竖直提升到高为的平台，先加速再匀速，最后做加速度大小不超过的匀减速运动，到达平台的速度刚好为零，取，则提升重物的最短时间为（ ）
A．13.2sB．14.2sC．15.5sD．17.0s
14．（2024·广东惠州·统考二模）(多选)2023年9月26日，广汕高铁惠州南站首趟动车G6413以额定功率P在平直轨道上加速启动，若该动车的质量为m，受到的阻力f保持不变，其出站过程的速度—时间图像如图所示。则该动车在0~t₀时间内（ ）
A．做变加速直线运动B．牵引力做功
C．最大速度D．平均速度
15．（2023·广西·统考三模）新能源汽车的发展是为了减少对传统燃料的依赖，减少环境污染和减少温室气体的排放。如图所示为我国比亚迪一型号汽车某次测试行驶时的加速度和车速倒数的关系图像。若汽车质量为，它由静止开始沿平直公路行驶，且行驶中阻力恒定，最大车速为，下列说法正确的是（ ）
A．汽车匀加速所需时间为
B．汽车牵引力的额定功率为
C．汽车在车速为时，功率为
D．汽车所受阻力为
16．（2024·辽宁鞍山·统考二模）汽车在上坡路上起步的行为叫做坡起。此行为多发生在城市立交桥和山区公路的上坡路段。一新学员驾驶某手动挡车型在山区遇到一个长直斜坡，因路宽车少，开始由静止练习坡起技术，行车电脑记录了这次坡起的功率——时间图像如图所示，且功率下能达到的最大速度为。下列有关说法正确的是（ ）
A．时间内汽车做匀速运动B．时间内发动机做的功为
C．时间内发动机做的功为D．汽车匀速行驶时所受摩擦及空气的阻力为
17．（2023·四川成都·棠湖中学校考一模）某汽车的质量为2000 kg，以额定输出功率80 kW沿倾角为的足够长的斜坡以大小为54 km/h的初速度向上运动，经过4 s汽车达到稳定状态。汽车在运动过程中所受阻力大小恒为车重的0.2倍，重力加速度大小g取10 m/s2，。该汽车从开始至达到稳定状态的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．汽车做匀减速直线运动
B．汽车做加速度减小的加速直线运动
C．汽车最终以大小为5.3 m/s的速度做匀速直线运动
D．汽车运动的位移大小为32.5 m
18．（2023·河北·校联考模拟预测）物体放置在粗糙的水平面上，若水平外力以恒定的功率单独拉着物体运动时，物体的最大速度为；若水平外力仍以恒定的功率拉着物体和物体共同运动时，如图所示，物体和物体的最大速度为。空气阻力不计，在物体和达到最大速度时作用在物体上的拉力功率为（ ）
A．B．C．D．
19．（2023·贵州·校考模拟预测）质量为的物体，在的水平力作用下，沿光滑水平面从静止开始运动，运动时间为，试求：
（1）内物体的位移；
（2）力在内对物体所做的功；
（3）力在内对物体所做功的平均功率。
20．（2023·河北石家庄·校联考模拟预测）某旅客出行时，观察到t=0时刻和谐号匀加速启动，此时复兴号列车在另一铁轨上以v1=216km/h的速度迎面驶来，此刻两车车头相距x0=60m，t1=8s时两列车恰好相互驶离，此时和谐号恰好达到额定功率，此后和谐号功率保持恒定，t2=68s时和谐号刚好达到最大速度。已知和谐号长度为L1=200m，质量为150t，所受阻力为其重力的，复兴号长度为L2=300m，两列车均沿直轨道行驶，取g=10m/s2。求：
（1）和谐号启动时加速度的大小及其额定功率。
（2）t1~t2时间内和谐号运动的位移大小。
21．（2023·山东青岛·统考模拟预测）已知某汽车的总质量（加测试员）为1500kg，额定功率为48kW，运动过程中所受阻力恒定为1000N。重力加速度取10m/s2。求：
（1）若测试员驾驶该汽车由静止以2m/s2的加速度匀加速运动，求汽车能保持匀加速运动的最长时间和匀加速运动能达到的最大速率；
（2）若测试员驾驶该汽车由静止开始从A地驶向B地，AB两地相距1200m，已知到达B地前汽车已达最大速度。求汽车到达B地的最短时间。
02 动能定理的理解和应用
考向一 动能 动能定理的理解及简单应用
1．（2023·江苏·高考真题）滑块以一定的初速度沿粗糙斜面从底端上滑，到达最高点B后返回到底端。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（ ）
A．受到的合力较小B．经过A点的动能较小
C．在A、B之间的运动时间较短D．在A、B之间克服摩擦力做的功较小
2．（2023·湖南·高考真题）（多选）如图，固定在竖直面内的光滑轨道ABC由直线段AB和圆弧段BC组成，两段相切于B点，AB段与水平面夹角为θ，BC段圆心为O，最高点为C、A与C的高度差等于圆弧轨道的直径2R。小球从A点以初速度v0冲上轨道，能沿轨道运动恰好到达C点，下列说法正确的是（ ）
A．小球从B到C的过程中，对轨道的压力逐渐增大
B．小球从A到C的过程中，重力的功率始终保持不变
C．小球的初速度
D．若小球初速度v0增大，小球有可能从B点脱离轨道
3．（2023·山西·高考真题）（多选）一质量为1kg的物体在水平拉力的作用下，由静止开始在水平地面上沿x轴运动，出发点为x轴零点，拉力做的功W与物体坐标x的关系如图所示。物体与水平地面间的动摩擦因数为0.4，重力加速度大小取10m/s2。下列说法正确的是（ ）
A．在x = 1m时，拉力的功率为6W
B．在x = 4m时，物体的动能为2J
C．从x = 0运动到x = 2m，物体克服摩擦力做的功为8J
D．从x = 0运动到x = 4的过程中，物体的动量最大为2kg∙m/s
4．（2023·江苏·高考真题改编）如图所示，滑雪道AB由坡道和水平道组成，且平滑连接，坡道倾角均为45°。平台BC与缓冲坡CD相连。若滑雪者从P点由静止开始下滑，恰好到达B点。滑雪者现从A点由静止开始下滑，从B点飞出。已知A、P间的距离为d，滑雪者与滑道间的动摩擦因数均为，重力加速度为g，不计空气阻力。
（1）求滑雪者运动到P点的时间t；
5．（2021·全国·高考真题）一篮球质量为，一运动员使其从距地面高度为处由静止自由落下，反弹高度为。若使篮球从距地面的高度由静止下落，并在开始下落的同时向下拍球、球落地后反弹的高度也为。假设运动员拍球时对球的作用力为恒力，作用时间为；该篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值不变。重力加速度大小取，不计空气阻力。求：
（1）运动员拍球过程中对篮球所做的功；
（2）运动员拍球时对篮球的作用力的大小。
6．（2023·四川宜宾·统考一模）(多选)在光滑水平面上建一直角坐标系．一小球以一定的速度从坐标原点O沿轴正方向运动的同时给小球施加一个水平的恒力，其运动的轨迹如图．A点为轨迹上距离轴最远的点，轨迹上的B点在轴上，小球在O点时动能为，在A点的动能为，不计空气的阻力，则下列判断正确的是（ ）
A．小球受到的水平恒力沿轴的正方向
B．小球水平位移x1与x2的比值为
C．小球运动到点时的动能为
D．小球从点运动到点的过程中最小动能为
7．（2023·山西·校联考模拟预测）如图所示，固定的光滑四分之一圆弧轨道与水平地面相切于B点。现将小球1从轨道最高点A水平向左抛出，经时间落到地面，落地时速度大小为；小球2从A点由静止开始沿圆弧轨道下滑，经时间到达B点，速度大小为。两小球均可视为质点，不计空气阻力。则（ ）
A．B．C．D．
8．（2023·四川攀枝花·统考一模）如图所示，一端开口、质量M=2kg的圆筒底部放有一质量m=1kg的球形物体。将圆筒倒置成如图所示的状态，开口端距水平地面的高度h=0.45m，现由静止释放圆筒，若圆筒和水平地面撞击后不反弹，马上竖直静止，且球形物体在圆筒内运动时圆筒对球形物体的摩擦力恒为球形物体重力的3倍，球形物体可视为质点，不计空气阻力，不计圆筒对地面的撞击时间，重力加速度g取，求：
（1）圆筒下端刚落地时圆筒的速度大小v；
（2）圆筒落地撞击地面后，地面对圆筒的支持力大小N；
（3）为保证小球不会撞击地面，圆筒的最小长度L。
9．（2023·云南曲靖·校考模拟预测）在公元1267~1273年闻名于世的“襄阳炮”其实是一种大型抛石机。将石块放在长臂一端的石篮中，在短臂端挂上重物。发射前将长臂端往下拉至地面，然后突然松开，石袋中的石块过最高点时就被抛出。现将其简化为图乙所示。将一质量kg的可视为质点的石块装在长的长臂末端的石篮中，初始时长臂与水平面成30°，松开后，长臂转至竖直位置时石块被水平抛出落在水平地面上。石块落地点与O点的水平距离m。忽略长臂、短臂和石袋的质量，不计空气阻力和所有摩擦，m/s2，求：
（1）石块水平抛出时的初速度；
（2）石块从A到最高点的过程中石篮对石块做功W。
10．（2024·广东江门·统考模拟预测）如图所示是一张常见的团圆餐桌。餐桌上放一半径可绕中心轴转动的圆盘，近似认为餐桌与圆盘在同一水平面内，忽略两者之间的间隙，如图所示。将质量为的物体放置在圆盘边缘，该物体与圆盘的动摩擦因数为，与餐桌的动摩擦因数为，设物体与圆盘及餐桌间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，。
（1）由静止开始缓慢增大圆盘的角速度，求物体从圆盘上刚好甩出时圆盘的角速度和物体速度的大小；
（2）物体从圆盘上刚好甩出时，圆盘对物体的静摩擦力所做的功多大；
（3）为使物体不滑落到地面，餐桌半径R的最小值。
11．（2024·山东·模拟预测）2022年北京冬奥会的跳台滑雪项目将在张家口赛区举行，跳台滑雪是冬奥会中最具观赏性的项目之一，如图所示。假设一名质量的运动员在训练中从长直助滑道AB的A处由静止开始以加速度匀加速滑下，到达助滑道末端B时速度，A与B的竖直高度差，为了改变运动员的运动方向，在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接，其中最低点C处附近是一段以O为圆心的圆弧。助滑道末端B与滑道最低点C的高度差，运动员在B、C间运动时阻力做功，取。
（1）求运动员在AB段下滑时受到阻力的大小；
（2）若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的5倍，则C点所在圆弧的半径R至少应为多大。
12．（2023上·广东广州·高三统考）如图所示，半径为、内壁光滑的半圆轨道竖直放置，与粗糙水平直轨道在端P点平滑连接。质量为m的小球（可视为质点）以初速度由直轨道N点向左运动。已知小球到达轨道最高点M时对轨道的压力大小为重力的2倍，重力加速度为g，不计空气阻力，求：
（1）小球刚过P点的速度大小及对圆轨道压力大小；
（2）小球从N点到P点的过程中克服摩擦阻力所做的功。
考向二 应用动能定理解决多过程问题
13．（2021·全国·高考真题）（多选）一质量为m的物体自倾角为的固定斜面底端沿斜面向上滑动。该物体开始滑动时的动能为，向上滑动一段距离后速度减小为零，此后物体向下滑动，到达斜面底端时动能为。已知，重力加速度大小为g。则（ ）
A．物体向上滑动的距离为
B．物体向下滑动时的加速度大小为
C．物体与斜面间的动摩擦因数等于0.5
D．物体向上滑动所用的时间比向下滑动的时间长
14．（2023·福建·统考高考真题）如图（a），一粗糙、绝缘水平面上有两个质量均为m的小滑块A和B，其电荷量分别为和。A右端固定有轻质光滑绝缘细杆和轻质绝缘弹簧，弹簧处于原长状态。整个空间存在水平向右场强大小为E的匀强电场。A、B与水平面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，其大小均为。时，A以初速度向右运动，B处于静止状态。在时刻，A到达位置S，速度为，此时弹簧未与B相碰；在时刻，A的速度达到最大，此时弹簧的弹力大小为；在细杆与B碰前的瞬间，A的速度为，此时。时间内A的图像如图（b）所示，为图线中速度的最小值，、、均为未知量。运动过程中，A、B处在同一直线上，A、B的电荷量始终保持不变，它们之间的库仑力等效为真空中点电荷间的静电力，静电力常量为k；B与弹簧接触瞬间没有机械能损失，弹簧始终在弹性限度内。
（1）求时间内，合外力对A所做的功；
（2）求时刻A与B之间的距离；
（3）求时间内，匀强电场对A和B做的总功；
（4）若增大A的初速度，使其到达位置S时的速度为，求细杆与B碰撞前瞬间A的速度。
15．（2021·湖南·高考真题）如图，竖直平面内一足够长的光滑倾斜轨道与一长为的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，水平轨道右下方有一段弧形轨道。质量为的小物块A与水平轨道间的动摩擦因数为。以水平轨道末端点为坐标原点建立平面直角坐标系，轴的正方向水平向右，轴的正方向竖直向下，弧形轨道端坐标为，端在轴上。重力加速度为。
（1）若A从倾斜轨道上距轴高度为的位置由静止开始下滑，求经过点时的速度大小；
（2）若A从倾斜轨道上不同位置由静止开始下滑，经过点落在弧形轨道上的动能均相同，求的曲线方程；
（3）将质量为（为常数且）的小物块置于点，A沿倾斜轨道由静止开始下滑，与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短），要使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，求A下滑的初始位置距轴高度的取值范围。
16．（2023上·海南省直辖县级单位·高三校考）如图所示，一半径为的光滑圆弧轨道ABC与倾角为的粗糙斜面CD相切于C点，A、B分别是圆弧轨道的最高点和最低点，圆弧轨道的E点及斜面上的D点与圆弧轨道的圆心在同一水平面上。现从D点由静止释放一个质量为的小滑块（可视为质点，未画出）。已知小滑块与斜面间的动摩擦因数为，不计空气阻力，重力加速度g取。（结果均可用根式表示）
（1）求小滑块运动到轨道最低点B处时，对轨道的压力大小；
（2）求小滑块再次返回到斜面上的最高点与D点的距离；
（3）若要使小滑块能从A点冲出圆弧轨道，则小滑块至少以多大的初速度从D点开始沿斜面向下运动？
17．（2023·河南·校联考模拟预测）某实验小组设计了如图所示的小球运动轨道，若将小球从左侧固定斜面上、离地高度为的位置由静止释放，经过圆弧轨道后，小球飞上右侧平台且与平台不发生碰撞，已知斜面与圆弧轨道相切，圆弧轨道左右两端点等高，圆弧轨道所对圆心角为，半径为，小球质量为，整个轨道处在竖直面内，不计空气阻力及一切摩擦，重力加速度取．求：
（1）小球在圆弧轨道最低点所受到的支持力大小；
（2）平台左侧上边缘到圆弧轨道右端点的水平距离。
18．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，倾斜滑雪道AB与CD的倾角分别为θ1=30°和θ2=45°，水平滑雪道BC长度L=25m，水平滑雪道与斜滑雪道之间均平滑连接。一位质量m=60kg的滑雪者从距水平滑道高h=25m处由静止开始下滑，经过水平滑道后冲上另一斜滑道。已知滑雪者与水平滑道BC和斜滑道CD的动摩擦因数μ=0.2，与斜滑道AB的摩擦忽略不计。重力加速度g=10m/s2（计算结果可用根式表示）
（1）求滑雪者在滑道AB上运动所用的时间；
（2）求滑雪者经过C点时的速度大小；
（3）求滑雪者沿斜滑道CD上滑的最大距离。
19．（2023·辽宁大连·校考模拟预测）如图所示轨道内，足够长的斜面与圆弧面光滑，水平地面各处粗糙程度相同，圆弧半径为R，水平面长度，现将一质量为m的金属滑块从距水平面高处的P点沿斜面由静止释放，运动到斜面底端无能量损失，滑块滑至圆弧最高点Q时对轨道的压力大小恰好等于滑块重力，，求：
（1）金属滑块与水平地面的动摩擦因数μ；
（2）欲使滑块滑至圆弧最高点平抛后不落在斜面上，释放高度的取值范围.
20．（2023下·上海宝山·高三上海交大附中校考）某兴趣小组设计了一个游戏装置，其简化模型如图所示，斜面轨道AB长L=2m，倾角37°，与小球间动摩擦因数=0.5，BC为光滑水平轨道，CDEFG轨道竖直放置，由4个半径R=0.2m的四分之一光滑圆弧轨道组成，D点与F点为竖直连接点，当小球在圆弧轨道上运动时，轨道与小球间存在沿半径方向（指向圆心）、大小为F=4N的特殊引力。上述各部分轨道平滑连接，连接处无能量损失，一质量为m=0.1kg的小球从斜面项端A点以一定的初速度沿斜面滑下，不计空气阻力。
（1）若小球以v=2m/s的初速度从A点滑下时；
①求小球到达斜面底端B点的速度vB；
②求小球刚过D点瞬间对轨道的压力FN；
（2）要使小球能沿轨道运动，且能够到达圆弧轨道最高点E，求小球在A点初速度vA的取值范围。
21．（2023·河南·统考一模）过山车是一项惊险刺激的娱乐项目，如图甲所示。图乙为类似的模型，由三段玻璃细管平滑连接而成：中间为光滑圆形轨道，左侧段是光滑圆弧轨道，右侧段为粗糙直轨道。可视为质点的钢球自点由静止释放，沿斜轨道运动后经过圆轨道最高点B，继续运动到圆轨道最低点后，沿段轨道恰能运动到D点。已知圆形轨道半径为R，段倾角为，钢球质量为，在经过圆轨道最高点时对上管壁的压力大小为，钢球在段运动时受到的摩擦阻力为其重力的倍。求：
（1）钢球释放点距离点的高度差H；
（2）求段长度的表达式。
22．（2023·安徽淮北·统考一模）2022年2月我国成功举办了第24届“冬奥会”，冬奥会让冰雪运动走向大众，让更多人认识冰雪，爱上冰雪，北京冬奥留下的不只是场馆设施等物质遗产，还有影响深远的文化和精神遗产。如图甲所示为2022年北京冬奥会首钢滑雪大跳台，将其简化为如图乙所示模型：段和段是长度均为的倾斜滑道，倾角均为；段是半径的一段圆弧轨道，圆心角为，与段平滑连接；段为结束区。一滑雪爱好者连同装备总质量，从A点由静止出发沿着滑道下滑，从C点水平抛出落到斜面上的点，点到的距离。该爱好者可看作质点，将到的运动简化为平抛运动处理。忽略其运动过程中所受的空气阻力，，重力加速度取。求：
（1）该人运动到点时对滑道的压力大小；
（2）从开始运动到落至点的过程中摩擦阻力做的功。
23．（2023·湖北武汉·高三统考阶段练习）如图所示，足够长的光滑倾斜轨道倾角为，圆形管道半径为R、内壁光滑，倾斜轨道与圆形管道之间平滑连接，相切于B点，C、D分别为圆形管道的最低点和最高点，整个装置固定在竖直平面内。一小球质量为m，小球直径略小于圆形管道内径，圆形管道内径远小于R，重力加速度为g，，。
（1）从倾斜轨道上距离C点多高的位置A由静止释放小球，小球滑下后，在圆形管道内运动通过D点时，管道内壁对小球的作用力恰好为0？
（2）若将圆形管道的上面三分之一部分（PDQ段）取下来，并保证剩余圆弧管道的P、Q两端等高，将小球仍然从第（1）问中的位置A由静止释放，通过计算说明小球还能否从Q处进入管道继续在管道内运动？
（3）若将圆形管道的DQB段取下来，改变小球在倾斜轨道上由静止释放的位置，小球从D点飞出后落到倾斜轨道时的动能也随之改变，求小球从D点飞出后落到倾斜轨道上动能的最小值（只考虑小球落到倾斜轨道上的第一落点）。
03 功能关系的理解和应用
考向一 常见力做功与相应能量的转化
1．（2022·福建·高考真题）福建土楼兼具居住和防御的功能，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的圆形廊道连接。若将质量为的防御物资先从二楼仓库搬到四楼楼梯口M处，再用沿廊道运送到N处，如图（c）所示。重力加速度大小取，则（ ）
A．该物资从二楼地面被运送到四楼M处的过程中，克服重力所做的功为
B．该物资从M处被运送到N处的过程中，克服重力所做的功为
C．从M处沿圆形廊道运动到N处，位移大小为
D．从M处沿圆形廊道运动到N处，平均速率为
2．（2021·浙江·高考真题）中国制造的某一型号泵车如图所示，表中列出了其部分技术参数。已知混凝土密度为，假设泵车的泵送系统以的输送量给高处输送混凝土，则每小时泵送系统对混凝土做的功至少为（ ）
A．B．C．D．
3．（2020下·江苏淮安·高三校联考阶段练习）(多选)将三个木板1、2、3固定在墙角，木板与墙壁和地面构成了三个不同的三角形，如图所示，其中1与2底边相同，2和3高度相同。现将一个可以视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放，并沿斜面下滑到底端，物块与木板之间的动摩擦因数均相同。在这三个过程中，下列说法正确的是（ ）
A．沿着1和2下滑到底端时，物块的速度不同；沿着2和3下滑到底端时，物块的速度相同
B．沿着1下滑到底端时，物块的速度最大
C．物块沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量是最少的
D．物块沿着1和2下滑到底端的过程，产生的热量是一样多的
4．（2022下·天津西青·高一天津市西青区杨柳青第一中学校考阶段练习）(多选)质量为m的物体，在距地面h高处以加速度由静止竖直下落到地面。下列说法中正确的是（ ）
A．物体的重力势能减少mghB．物体的动能增加
C．物体的机械能减少D．重力做功
5．（2023·贵州贵阳·统考模拟预测）如图1所示，在光滑水平地面上，有一轻弹簧与物块连接组成的系统，弹簧的劲度系数为k，物块的质量为m，以x表示物块离开平衡位置的位移，若物块受到如图2所示的水平拉力F0与弹簧弹力-kx作用，由平衡位置O移动至处，下列关于此运动过程的说法正确的是（ ）
A．物块的加速度越来越小，速率越来越小
B．弹簧与物块组成的系统的势能减少0.25J
C．物块的动能增加0.25J
D．拉力F0与弹簧弹力的合力对物块所做的功为0
考向二 功能关系的应用
6．（2021·北京·高考真题）类比是研究问题的常用方法。
（1）情境1：物体从静止开始下落，除受到重力作用外，还受到一个与运动方向相反的空气阻力（k为常量）的作用。其速率v随时间t的变化规律可用方程（①式）描述，其中m为物体质量，G为其重力。求物体下落的最大速率。
（2）情境2：如图1所示，电源电动势为E，线圈自感系数为L，电路中的总电阻为R。闭合开关S，发现电路中电流I随时间t的变化规律与情境1中物体速率v随时间t的变化规律类似。类比①式，写出电流I随时间t变化的方程；并在图2中定性画出I - t图线。
（3）类比情境1和情境2中的能量转化情况，完成下表。
7．（2023·北京通州·潞河中学校考三模）某游乐园的大型“跳楼机”游戏，以惊险刺激深受年轻人的欢迎。某次游戏中，质量m=60kg的小明同学坐在载人平台上，并系好安全带、锁好安全杆。游戏的过程简化为巨型升降机将平台拉升100m高度，然后由静止开始下落，在忽略空气和台架对平台阻力的情况下，该运动可近似看作自由落体运动。下落时，制动系统启动，使平台均匀减速，再下落时刚好停止运动。取，求：
（1）下落的过程中小明运动速度的最大值；
（2）当平台落到离地面15m高的位置时，小明对跳楼机作用力的大小；
（3）在全部下落过程中，跳楼机对小明做的功。
8．（2023·北京丰台·统考二模）物理源自生活，生活中处处有物理。
清洗玻璃杯外表面时，水流与玻璃杯表面的粘滞力会影响水流下落的速度，并使水流沿着玻璃杯的外表面流动，如图所示。已知该水龙头水流的流量为Q（单位时间内流出水的体积），水龙头内径为D。
（1）求水流出水龙头的速度；
（2）现用该水龙头清洗水平放置的圆柱形玻璃杯，柱状水流离开水龙头，下落高度为h，与玻璃杯横截面圆心O处于同一水平面时，开始贴着玻璃杯外表面流动，经过一段时间后达到如图所示的稳定状态。水流经过玻璃杯的最低点A时，垂直于速度方向的横截面可认为是宽度为d的矩形。水流在A点沿水平方向离开玻璃杯，落至水池底部B点，落点B到A点正下方C点的距离为x，AC竖直高度为H（H远大于玻璃杯表面水流厚度）。已知水池底面为水平面，不考虑空气阻力的影响，且认为下落过程水不散开，水的密度为，玻璃杯的外半径为R，重力加速度为g，求：
a.水流在A点还未离开玻璃杯时，竖直方向上单位面积受到的合力大小F；
b.达到稳定状态后，t时间内玻璃杯对水流的作用力所做的功W。
发动机最大输出功率（）
332
最大输送高度（m）
63
整车满载质量（）
最大输送量（）
180
情境1
情境2
物体重力势能的减少量
物体动能的增加量
电阻R上消耗的电能
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc154040289" 01 功 功率 机车启动问题 PAGEREF _Tc154040289 \h 2
\l "_Tc154040290" 考向一 变力做功的计算 PAGEREF _Tc154040290 \h 2
\l "_Tc154040291" 考向二 平均功率与瞬时功率 PAGEREF _Tc154040291 \h 4
\l "_Tc154040292" 考向三 机车启动问题 PAGEREF _Tc154040292 \h 6
\l "_Tc154040293" 02 动能定理的理解和应用 PAGEREF _Tc154040293 \h 11
\l "_Tc154040294" 考向一 动能 动能定理的理解及简单应用 PAGEREF _Tc154040294 \h 11
\l "_Tc154040295" 考向二 应用动能定理解决多过程问题 PAGEREF _Tc154040295 \h 19
\l "_Tc154040296" 03 功能关系的理解和应用 PAGEREF _Tc154040296 \h 30
\l "_Tc154040297" 考向一 常见力做功与相应能量的转化 PAGEREF _Tc154040297 \h 30
\l "_Tc154040298" 考向二 功能关系的应用 PAGEREF _Tc154040298 \h 32
01 功 功率 机车启动问题
考向一 变力做功的计算
1．（2023·山西·高考真题）无风时，雨滴受空气阻力的作用在地面附近会以恒定的速率竖直下落。一质量为m的雨滴在地面附近以速率v下落高度h的过程中，克服空气阻力做的功为（重力加速度大小为g）（ ）
A．0B．mghC．D．
2．（2023·重庆·高考真题）机械臂广泛应用于机械装配。若某质量为m的工件（视为质点）被机械臂抓取后，在竖直平面内由静止开始斜向上做加速度大小为a的匀加速直线运动，运动方向与竖直方向夹角为θ，提升高度为h，如图所示。求：
（1）提升高度为h时，工件的速度大小；
（2）在此过程中，工件运动的时间及合力对工件做的功。
3．（2024·河南·校联考模拟预测）(多选)如图所示，倾角为的光滑足够长固定斜面上，一劲度系数为的轻弹簧，一端连在斜面底部的固定挡板上。质量分别为和的物块和叠放在一起，压在弹簧上，处于静止状态。对B施加一沿斜面向上的外力，使B以（为重力加速度）的加速度沿斜面匀加速直线运动，则（ ）
A．两物块分离时的速度大小为
B．两物块分离时的速度大小为
C．物块从开始运动到分离时，弹簧弹力做的功为
D．物块从开始运动到分离时，弹簧弹力做的功为
4．（2023·重庆·统考一模）(多选)如题图甲，辘轳是古代民间提水设施，由辘轳头、支架、井绳、水斗等部分构成。如题图乙为提水设施工作原理简化图，某次需从井中汲取m=2kg的水，辘轳绕绳轮轴半径为r=0.1m，水斗的质量为0.5kg，井足够深且井绳的质量忽略不计。t=0时刻，轮轴由静止开始绕中心轴转动，其角速度随时间变化规律如题图丙所示，g取，则（ ）
A．水斗速度随时间变化规律为v=0.4t
B．井绳拉力瞬时功率随时间变化规律为P=10t
C．0~10s内水斗上升的高度为4m
D．0~10s内井绳拉力所做的功为520J
考向二 平均功率与瞬时功率
5．（2023·辽宁·高考真题）如图（a），从高处M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M点由静止释放，沿不同轨道滑到N点，其速率v与时间t的关系如图（b）所示。由图可知，两物块在离开M点后、到达N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一直不变
D．乙沿Ⅱ下滑且乙的重力功率一直增大
6．（2023·山东·高考真题）《天工开物》中记载了古人借助水力使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R的水轮，以角速度ω匀速转动。水筒在筒车上均匀排布，单位长度上有n个，与水轮间无相对滑动。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H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．B．C．D．nmgωRH
7．（2023·湖南·统考模拟预测）(多选)如图甲所示，一个质量为2kg的物体（可看成质点）在沿斜面方向的拉力作用下，从倾角θ=30°的光滑斜面底端由静止开始沿斜面向上运动。以斜面底端为坐标原点，沿斜面向上为正方向建立x轴，拉力做的功W与物体位置坐标x的关系如图乙所示。取g=10m/s2。物体沿斜面向上运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．物体沿斜面向上运动的最大位移xₘ=22m
B．物体沿斜面向上运动的时间为4.5s
C．在x=5m处，拉力的功率为100W
D．拉力的最大功率为200W
8．（2023·内蒙古呼和浩特·统考模拟预测）(多选)如图所示，A、B是质量相等的两个小球，A球从高度为h的固定光滑斜面顶端静止下滑，B球从半径为h的四分之一固定光滑圆弧顶端静止下滑，重力加速度为g,关于A、B两小球的运动，下列说法正确的是（ ）
A．两小球运动到各自底端时合外力做的功相同
B．两小球到达底端时速率相等
C．两小球运动到各自底端时重力的瞬时功率相等
D．B球运动过程中重力的瞬时功率先增大后减小
9．（2023·黑龙江·校联考模拟预测）(多选)如图甲所示，一个质量为2kg的物体（可看成质点）在沿斜面方向的拉力作用下，从倾角θ=30°的光滑斜面底端由静止开始沿斜面向上运动。以斜面底端为坐标原点，沿斜面向上为正方向建立x轴，拉力做的功W与物体位置坐标x的关系如图乙所示。取g=10m/s2.，物体沿斜面向上运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．拉力的大小为40NB．拉力的大小为20N
C．在x=5m处，拉力的功率为100WD．在x=5m处，拉力的功率为W
考向三 机车启动问题
10．（2023·天津·高考真题）质量为m的列车匀速v行驶，突然以F大小的力制动刹车直到列车停止，过程中恒受到f的空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．减速运动加速度大小B．力F的冲量为mv
C．刹车距离为D．匀速行驶时功率为
11．（2021·重庆·高考真题）（多选）额定功率相同的甲、乙两车在同一水平路面上从静止启动，其发动机的牵引力随时间的变化曲线如图所示。两车分别从和时刻开始以额定功率行驶，从和时刻开始牵引力均视为不变。若两车行驶时所受的阻力大小与重力成正比，且比例系数相同，则（ ）
A．甲车的总重比乙车大B．甲车比乙车先开始运动
C．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同D．甲车在时刻和乙车在时刻的速率相同
12．（2023·山东·高考真题）质量为M的玩具动力小车在水平面上运动时，牵引力F和受到的阻力f均为恒力，如图所示，小车用一根不可伸长的轻绳拉着质量为m的物体由静止开始运动。当小车拖动物体行驶的位移为时，小车达到额定功率，轻绳从物体上脱落。物体继续滑行一段时间后停下，其总位移为。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P0为（ ）
A．B．
C．D．
13．（2022·浙江·高考真题）小明用额定功率为、最大拉力为的提升装置，把静置于地面的质量为的重物竖直提升到高为的平台，先加速再匀速，最后做加速度大小不超过的匀减速运动，到达平台的速度刚好为零，取，则提升重物的最短时间为（ ）
A．13.2sB．14.2sC．15.5sD．17.0s
14．（2024·广东惠州·统考二模）(多选)2023年9月26日，广汕高铁惠州南站首趟动车G6413以额定功率P在平直轨道上加速启动，若该动车的质量为m，受到的阻力f保持不变，其出站过程的速度—时间图像如图所示。则该动车在0~t₀时间内（ ）
A．做变加速直线运动B．牵引力做功
C．最大速度D．平均速度
15．（2023·广西·统考三模）新能源汽车的发展是为了减少对传统燃料的依赖，减少环境污染和减少温室气体的排放。如图所示为我国比亚迪一型号汽车某次测试行驶时的加速度和车速倒数的关系图像。若汽车质量为，它由静止开始沿平直公路行驶，且行驶中阻力恒定，最大车速为，下列说法正确的是（ ）
A．汽车匀加速所需时间为
B．汽车牵引力的额定功率为
C．汽车在车速为时，功率为
D．汽车所受阻力为
16．（2024·辽宁鞍山·统考二模）汽车在上坡路上起步的行为叫做坡起。此行为多发生在城市立交桥和山区公路的上坡路段。一新学员驾驶某手动挡车型在山区遇到一个长直斜坡，因路宽车少，开始由静止练习坡起技术，行车电脑记录了这次坡起的功率——时间图像如图所示，且功率下能达到的最大速度为。下列有关说法正确的是（ ）
A．时间内汽车做匀速运动B．时间内发动机做的功为
C．时间内发动机做的功为D．汽车匀速行驶时所受摩擦及空气的阻力为
17．（2023·四川成都·棠湖中学校考一模）某汽车的质量为2000 kg，以额定输出功率80 kW沿倾角为的足够长的斜坡以大小为54 km/h的初速度向上运动，经过4 s汽车达到稳定状态。汽车在运动过程中所受阻力大小恒为车重的0.2倍，重力加速度大小g取10 m/s2，。该汽车从开始至达到稳定状态的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．汽车做匀减速直线运动
B．汽车做加速度减小的加速直线运动
C．汽车最终以大小为5.3 m/s的速度做匀速直线运动
D．汽车运动的位移大小为32.5 m
18．（2023·河北·校联考模拟预测）物体放置在粗糙的水平面上，若水平外力以恒定的功率单独拉着物体运动时，物体的最大速度为；若水平外力仍以恒定的功率拉着物体和物体共同运动时，如图所示，物体和物体的最大速度为。空气阻力不计，在物体和达到最大速度时作用在物体上的拉力功率为（ ）
A．B．C．D．
19．（2023·贵州·校考模拟预测）质量为的物体，在的水平力作用下，沿光滑水平面从静止开始运动，运动时间为，试求：
（1）内物体的位移；
（2）力在内对物体所做的功；
（3）力在内对物体所做功的平均功率。
20．（2023·河北石家庄·校联考模拟预测）某旅客出行时，观察到t=0时刻和谐号匀加速启动，此时复兴号列车在另一铁轨上以v1=216km/h的速度迎面驶来，此刻两车车头相距x0=60m，t1=8s时两列车恰好相互驶离，此时和谐号恰好达到额定功率，此后和谐号功率保持恒定，t2=68s时和谐号刚好达到最大速度。已知和谐号长度为L1=200m，质量为150t，所受阻力为其重力的，复兴号长度为L2=300m，两列车均沿直轨道行驶，取g=10m/s2。求：
（1）和谐号启动时加速度的大小及其额定功率。
（2）t1~t2时间内和谐号运动的位移大小。
21．（2023·山东青岛·统考模拟预测）已知某汽车的总质量（加测试员）为1500kg，额定功率为48kW，运动过程中所受阻力恒定为1000N。重力加速度取10m/s2。求：
（1）若测试员驾驶该汽车由静止以2m/s2的加速度匀加速运动，求汽车能保持匀加速运动的最长时间和匀加速运动能达到的最大速率；
（2）若测试员驾驶该汽车由静止开始从A地驶向B地，AB两地相距1200m，已知到达B地前汽车已达最大速度。求汽车到达B地的最短时间。
02 动能定理的理解和应用
考向一 动能 动能定理的理解及简单应用
1．（2023·江苏·高考真题）滑块以一定的初速度沿粗糙斜面从底端上滑，到达最高点B后返回到底端。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（ ）
A．受到的合力较小B．经过A点的动能较小
C．在A、B之间的运动时间较短D．在A、B之间克服摩擦力做的功较小
2．（2023·湖南·高考真题）（多选）如图，固定在竖直面内的光滑轨道ABC由直线段AB和圆弧段BC组成，两段相切于B点，AB段与水平面夹角为θ，BC段圆心为O，最高点为C、A与C的高度差等于圆弧轨道的直径2R。小球从A点以初速度v0冲上轨道，能沿轨道运动恰好到达C点，下列说法正确的是（ ）
A．小球从B到C的过程中，对轨道的压力逐渐增大
B．小球从A到C的过程中，重力的功率始终保持不变
C．小球的初速度
D．若小球初速度v0增大，小球有可能从B点脱离轨道
3．（2023·山西·高考真题）（多选）一质量为1kg的物体在水平拉力的作用下，由静止开始在水平地面上沿x轴运动，出发点为x轴零点，拉力做的功W与物体坐标x的关系如图所示。物体与水平地面间的动摩擦因数为0.4，重力加速度大小取10m/s2。下列说法正确的是（ ）
A．在x = 1m时，拉力的功率为6W
B．在x = 4m时，物体的动能为2J
C．从x = 0运动到x = 2m，物体克服摩擦力做的功为8J
D．从x = 0运动到x = 4的过程中，物体的动量最大为2kg∙m/s
4．（2023·江苏·高考真题改编）如图所示，滑雪道AB由坡道和水平道组成，且平滑连接，坡道倾角均为45°。平台BC与缓冲坡CD相连。若滑雪者从P点由静止开始下滑，恰好到达B点。滑雪者现从A点由静止开始下滑，从B点飞出。已知A、P间的距离为d，滑雪者与滑道间的动摩擦因数均为，重力加速度为g，不计空气阻力。
（1）求滑雪者运动到P点的时间t；
5．（2021·全国·高考真题）一篮球质量为，一运动员使其从距地面高度为处由静止自由落下，反弹高度为。若使篮球从距地面的高度由静止下落，并在开始下落的同时向下拍球、球落地后反弹的高度也为。假设运动员拍球时对球的作用力为恒力，作用时间为；该篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值不变。重力加速度大小取，不计空气阻力。求：
（1）运动员拍球过程中对篮球所做的功；
（2）运动员拍球时对篮球的作用力的大小。
6．（2023·四川宜宾·统考一模）(多选)在光滑水平面上建一直角坐标系．一小球以一定的速度从坐标原点O沿轴正方向运动的同时给小球施加一个水平的恒力，其运动的轨迹如图．A点为轨迹上距离轴最远的点，轨迹上的B点在轴上，小球在O点时动能为，在A点的动能为，不计空气的阻力，则下列判断正确的是（ ）
A．小球受到的水平恒力沿轴的正方向
B．小球水平位移x1与x2的比值为
C．小球运动到点时的动能为
D．小球从点运动到点的过程中最小动能为
7．（2023·山西·校联考模拟预测）如图所示，固定的光滑四分之一圆弧轨道与水平地面相切于B点。现将小球1从轨道最高点A水平向左抛出，经时间落到地面，落地时速度大小为；小球2从A点由静止开始沿圆弧轨道下滑，经时间到达B点，速度大小为。两小球均可视为质点，不计空气阻力。则（ ）
A．B．C．D．
8．（2023·四川攀枝花·统考一模）如图所示，一端开口、质量M=2kg的圆筒底部放有一质量m=1kg的球形物体。将圆筒倒置成如图所示的状态，开口端距水平地面的高度h=0.45m，现由静止释放圆筒，若圆筒和水平地面撞击后不反弹，马上竖直静止，且球形物体在圆筒内运动时圆筒对球形物体的摩擦力恒为球形物体重力的3倍，球形物体可视为质点，不计空气阻力，不计圆筒对地面的撞击时间，重力加速度g取，求：
（1）圆筒下端刚落地时圆筒的速度大小v；
（2）圆筒落地撞击地面后，地面对圆筒的支持力大小N；
（3）为保证小球不会撞击地面，圆筒的最小长度L。
9．（2023·云南曲靖·校考模拟预测）在公元1267~1273年闻名于世的“襄阳炮”其实是一种大型抛石机。将石块放在长臂一端的石篮中，在短臂端挂上重物。发射前将长臂端往下拉至地面，然后突然松开，石袋中的石块过最高点时就被抛出。现将其简化为图乙所示。将一质量kg的可视为质点的石块装在长的长臂末端的石篮中，初始时长臂与水平面成30°，松开后，长臂转至竖直位置时石块被水平抛出落在水平地面上。石块落地点与O点的水平距离m。忽略长臂、短臂和石袋的质量，不计空气阻力和所有摩擦，m/s2，求：
（1）石块水平抛出时的初速度；
（2）石块从A到最高点的过程中石篮对石块做功W。
10．（2024·广东江门·统考模拟预测）如图所示是一张常见的团圆餐桌。餐桌上放一半径可绕中心轴转动的圆盘，近似认为餐桌与圆盘在同一水平面内，忽略两者之间的间隙，如图所示。将质量为的物体放置在圆盘边缘，该物体与圆盘的动摩擦因数为，与餐桌的动摩擦因数为，设物体与圆盘及餐桌间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，。
（1）由静止开始缓慢增大圆盘的角速度，求物体从圆盘上刚好甩出时圆盘的角速度和物体速度的大小；
（2）物体从圆盘上刚好甩出时，圆盘对物体的静摩擦力所做的功多大；
（3）为使物体不滑落到地面，餐桌半径R的最小值。
11．（2024·山东·模拟预测）2022年北京冬奥会的跳台滑雪项目将在张家口赛区举行，跳台滑雪是冬奥会中最具观赏性的项目之一，如图所示。假设一名质量的运动员在训练中从长直助滑道AB的A处由静止开始以加速度匀加速滑下，到达助滑道末端B时速度，A与B的竖直高度差，为了改变运动员的运动方向，在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接，其中最低点C处附近是一段以O为圆心的圆弧。助滑道末端B与滑道最低点C的高度差，运动员在B、C间运动时阻力做功，取。
（1）求运动员在AB段下滑时受到阻力的大小；
（2）若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的5倍，则C点所在圆弧的半径R至少应为多大。
12．（2023上·广东广州·高三统考）如图所示，半径为、内壁光滑的半圆轨道竖直放置，与粗糙水平直轨道在端P点平滑连接。质量为m的小球（可视为质点）以初速度由直轨道N点向左运动。已知小球到达轨道最高点M时对轨道的压力大小为重力的2倍，重力加速度为g，不计空气阻力，求：
（1）小球刚过P点的速度大小及对圆轨道压力大小；
（2）小球从N点到P点的过程中克服摩擦阻力所做的功。
考向二 应用动能定理解决多过程问题
13．（2021·全国·高考真题）（多选）一质量为m的物体自倾角为的固定斜面底端沿斜面向上滑动。该物体开始滑动时的动能为，向上滑动一段距离后速度减小为零，此后物体向下滑动，到达斜面底端时动能为。已知，重力加速度大小为g。则（ ）
A．物体向上滑动的距离为
B．物体向下滑动时的加速度大小为
C．物体与斜面间的动摩擦因数等于0.5
D．物体向上滑动所用的时间比向下滑动的时间长
14．（2023·福建·统考高考真题）如图（a），一粗糙、绝缘水平面上有两个质量均为m的小滑块A和B，其电荷量分别为和。A右端固定有轻质光滑绝缘细杆和轻质绝缘弹簧，弹簧处于原长状态。整个空间存在水平向右场强大小为E的匀强电场。A、B与水平面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，其大小均为。时，A以初速度向右运动，B处于静止状态。在时刻，A到达位置S，速度为，此时弹簧未与B相碰；在时刻，A的速度达到最大，此时弹簧的弹力大小为；在细杆与B碰前的瞬间，A的速度为，此时。时间内A的图像如图（b）所示，为图线中速度的最小值，、、均为未知量。运动过程中，A、B处在同一直线上，A、B的电荷量始终保持不变，它们之间的库仑力等效为真空中点电荷间的静电力，静电力常量为k；B与弹簧接触瞬间没有机械能损失，弹簧始终在弹性限度内。
（1）求时间内，合外力对A所做的功；
（2）求时刻A与B之间的距离；
（3）求时间内，匀强电场对A和B做的总功；
（4）若增大A的初速度，使其到达位置S时的速度为，求细杆与B碰撞前瞬间A的速度。
15．（2021·湖南·高考真题）如图，竖直平面内一足够长的光滑倾斜轨道与一长为的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，水平轨道右下方有一段弧形轨道。质量为的小物块A与水平轨道间的动摩擦因数为。以水平轨道末端点为坐标原点建立平面直角坐标系，轴的正方向水平向右，轴的正方向竖直向下，弧形轨道端坐标为，端在轴上。重力加速度为。
（1）若A从倾斜轨道上距轴高度为的位置由静止开始下滑，求经过点时的速度大小；
（2）若A从倾斜轨道上不同位置由静止开始下滑，经过点落在弧形轨道上的动能均相同，求的曲线方程；
（3）将质量为（为常数且）的小物块置于点，A沿倾斜轨道由静止开始下滑，与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短），要使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，求A下滑的初始位置距轴高度的取值范围。
16．（2023上·海南省直辖县级单位·高三校考）如图所示，一半径为的光滑圆弧轨道ABC与倾角为的粗糙斜面CD相切于C点，A、B分别是圆弧轨道的最高点和最低点，圆弧轨道的E点及斜面上的D点与圆弧轨道的圆心在同一水平面上。现从D点由静止释放一个质量为的小滑块（可视为质点，未画出）。已知小滑块与斜面间的动摩擦因数为，不计空气阻力，重力加速度g取。（结果均可用根式表示）
（1）求小滑块运动到轨道最低点B处时，对轨道的压力大小；
（2）求小滑块再次返回到斜面上的最高点与D点的距离；
（3）若要使小滑块能从A点冲出圆弧轨道，则小滑块至少以多大的初速度从D点开始沿斜面向下运动？
17．（2023·河南·校联考模拟预测）某实验小组设计了如图所示的小球运动轨道，若将小球从左侧固定斜面上、离地高度为的位置由静止释放，经过圆弧轨道后，小球飞上右侧平台且与平台不发生碰撞，已知斜面与圆弧轨道相切，圆弧轨道左右两端点等高，圆弧轨道所对圆心角为，半径为，小球质量为，整个轨道处在竖直面内，不计空气阻力及一切摩擦，重力加速度取．求：
（1）小球在圆弧轨道最低点所受到的支持力大小；
（2）平台左侧上边缘到圆弧轨道右端点的水平距离。
18．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，倾斜滑雪道AB与CD的倾角分别为θ1=30°和θ2=45°，水平滑雪道BC长度L=25m，水平滑雪道与斜滑雪道之间均平滑连接。一位质量m=60kg的滑雪者从距水平滑道高h=25m处由静止开始下滑，经过水平滑道后冲上另一斜滑道。已知滑雪者与水平滑道BC和斜滑道CD的动摩擦因数μ=0.2，与斜滑道AB的摩擦忽略不计。重力加速度g=10m/s2（计算结果可用根式表示）
（1）求滑雪者在滑道AB上运动所用的时间；
（2）求滑雪者经过C点时的速度大小；
（3）求滑雪者沿斜滑道CD上滑的最大距离。
19．（2023·辽宁大连·校考模拟预测）如图所示轨道内，足够长的斜面与圆弧面光滑，水平地面各处粗糙程度相同，圆弧半径为R，水平面长度，现将一质量为m的金属滑块从距水平面高处的P点沿斜面由静止释放，运动到斜面底端无能量损失，滑块滑至圆弧最高点Q时对轨道的压力大小恰好等于滑块重力，，求：
（1）金属滑块与水平地面的动摩擦因数μ；
（2）欲使滑块滑至圆弧最高点平抛后不落在斜面上，释放高度的取值范围.
20．（2023下·上海宝山·高三上海交大附中校考）某兴趣小组设计了一个游戏装置，其简化模型如图所示，斜面轨道AB长L=2m，倾角37°，与小球间动摩擦因数=0.5，BC为光滑水平轨道，CDEFG轨道竖直放置，由4个半径R=0.2m的四分之一光滑圆弧轨道组成，D点与F点为竖直连接点，当小球在圆弧轨道上运动时，轨道与小球间存在沿半径方向（指向圆心）、大小为F=4N的特殊引力。上述各部分轨道平滑连接，连接处无能量损失，一质量为m=0.1kg的小球从斜面项端A点以一定的初速度沿斜面滑下，不计空气阻力。
（1）若小球以v=2m/s的初速度从A点滑下时；
①求小球到达斜面底端B点的速度vB；
②求小球刚过D点瞬间对轨道的压力FN；
（2）要使小球能沿轨道运动，且能够到达圆弧轨道最高点E，求小球在A点初速度vA的取值范围。
21．（2023·河南·统考一模）过山车是一项惊险刺激的娱乐项目，如图甲所示。图乙为类似的模型，由三段玻璃细管平滑连接而成：中间为光滑圆形轨道，左侧段是光滑圆弧轨道，右侧段为粗糙直轨道。可视为质点的钢球自点由静止释放，沿斜轨道运动后经过圆轨道最高点B，继续运动到圆轨道最低点后，沿段轨道恰能运动到D点。已知圆形轨道半径为R，段倾角为，钢球质量为，在经过圆轨道最高点时对上管壁的压力大小为，钢球在段运动时受到的摩擦阻力为其重力的倍。求：
（1）钢球释放点距离点的高度差H；
（2）求段长度的表达式。
22．（2023·安徽淮北·统考一模）2022年2月我国成功举办了第24届“冬奥会”，冬奥会让冰雪运动走向大众，让更多人认识冰雪，爱上冰雪，北京冬奥留下的不只是场馆设施等物质遗产，还有影响深远的文化和精神遗产。如图甲所示为2022年北京冬奥会首钢滑雪大跳台，将其简化为如图乙所示模型：段和段是长度均为的倾斜滑道，倾角均为；段是半径的一段圆弧轨道，圆心角为，与段平滑连接；段为结束区。一滑雪爱好者连同装备总质量，从A点由静止出发沿着滑道下滑，从C点水平抛出落到斜面上的点，点到的距离。该爱好者可看作质点，将到的运动简化为平抛运动处理。忽略其运动过程中所受的空气阻力，，重力加速度取。求：
（1）该人运动到点时对滑道的压力大小；
（2）从开始运动到落至点的过程中摩擦阻力做的功。
23．（2023·湖北武汉·高三统考阶段练习）如图所示，足够长的光滑倾斜轨道倾角为，圆形管道半径为R、内壁光滑，倾斜轨道与圆形管道之间平滑连接，相切于B点，C、D分别为圆形管道的最低点和最高点，整个装置固定在竖直平面内。一小球质量为m，小球直径略小于圆形管道内径，圆形管道内径远小于R，重力加速度为g，，。
（1）从倾斜轨道上距离C点多高的位置A由静止释放小球，小球滑下后，在圆形管道内运动通过D点时，管道内壁对小球的作用力恰好为0？
（2）若将圆形管道的上面三分之一部分（PDQ段）取下来，并保证剩余圆弧管道的P、Q两端等高，将小球仍然从第（1）问中的位置A由静止释放，通过计算说明小球还能否从Q处进入管道继续在管道内运动？
（3）若将圆形管道的DQB段取下来，改变小球在倾斜轨道上由静止释放的位置，小球从D点飞出后落到倾斜轨道时的动能也随之改变，求小球从D点飞出后落到倾斜轨道上动能的最小值（只考虑小球落到倾斜轨道上的第一落点）。
03 功能关系的理解和应用
考向一 常见力做功与相应能量的转化
1．（2022·福建·高考真题）福建土楼兼具居住和防御的功能，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的圆形廊道连接。若将质量为的防御物资先从二楼仓库搬到四楼楼梯口M处，再用沿廊道运送到N处，如图（c）所示。重力加速度大小取，则（ ）
A．该物资从二楼地面被运送到四楼M处的过程中，克服重力所做的功为
B．该物资从M处被运送到N处的过程中，克服重力所做的功为
C．从M处沿圆形廊道运动到N处，位移大小为
D．从M处沿圆形廊道运动到N处，平均速率为
2．（2021·浙江·高考真题）中国制造的某一型号泵车如图所示，表中列出了其部分技术参数。已知混凝土密度为，假设泵车的泵送系统以的输送量给高处输送混凝土，则每小时泵送系统对混凝土做的功至少为（ ）
A．B．C．D．
3．（2020下·江苏淮安·高三校联考阶段练习）(多选)将三个木板1、2、3固定在墙角，木板与墙壁和地面构成了三个不同的三角形，如图所示，其中1与2底边相同，2和3高度相同。现将一个可以视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放，并沿斜面下滑到底端，物块与木板之间的动摩擦因数均相同。在这三个过程中，下列说法正确的是（ ）
A．沿着1和2下滑到底端时，物块的速度不同；沿着2和3下滑到底端时，物块的速度相同
B．沿着1下滑到底端时，物块的速度最大
C．物块沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量是最少的
D．物块沿着1和2下滑到底端的过程，产生的热量是一样多的
4．（2022下·天津西青·高一天津市西青区杨柳青第一中学校考阶段练习）(多选)质量为m的物体，在距地面h高处以加速度由静止竖直下落到地面。下列说法中正确的是（ ）
A．物体的重力势能减少mghB．物体的动能增加
C．物体的机械能减少D．重力做功
5．（2023·贵州贵阳·统考模拟预测）如图1所示，在光滑水平地面上，有一轻弹簧与物块连接组成的系统，弹簧的劲度系数为k，物块的质量为m，以x表示物块离开平衡位置的位移，若物块受到如图2所示的水平拉力F0与弹簧弹力-kx作用，由平衡位置O移动至处，下列关于此运动过程的说法正确的是（ ）
A．物块的加速度越来越小，速率越来越小
B．弹簧与物块组成的系统的势能减少0.25J
C．物块的动能增加0.25J
D．拉力F0与弹簧弹力的合力对物块所做的功为0
考向二 功能关系的应用
6．（2021·北京·高考真题）类比是研究问题的常用方法。
（1）情境1：物体从静止开始下落，除受到重力作用外，还受到一个与运动方向相反的空气阻力（k为常量）的作用。其速率v随时间t的变化规律可用方程（①式）描述，其中m为物体质量，G为其重力。求物体下落的最大速率。
（2）情境2：如图1所示，电源电动势为E，线圈自感系数为L，电路中的总电阻为R。闭合开关S，发现电路中电流I随时间t的变化规律与情境1中物体速率v随时间t的变化规律类似。类比①式，写出电流I随时间t变化的方程；并在图2中定性画出I - t图线。
（3）类比情境1和情境2中的能量转化情况，完成下表。
7．（2023·北京通州·潞河中学校考三模）某游乐园的大型“跳楼机”游戏，以惊险刺激深受年轻人的欢迎。某次游戏中，质量m=60kg的小明同学坐在载人平台上，并系好安全带、锁好安全杆。游戏的过程简化为巨型升降机将平台拉升100m高度，然后由静止开始下落，在忽略空气和台架对平台阻力的情况下，该运动可近似看作自由落体运动。下落时，制动系统启动，使平台均匀减速，再下落时刚好停止运动。取，求：
（1）下落的过程中小明运动速度的最大值；
（2）当平台落到离地面15m高的位置时，小明对跳楼机作用力的大小；
（3）在全部下落过程中，跳楼机对小明做的功。
8．（2023·北京丰台·统考二模）物理源自生活，生活中处处有物理。
清洗玻璃杯外表面时，水流与玻璃杯表面的粘滞力会影响水流下落的速度，并使水流沿着玻璃杯的外表面流动，如图所示。已知该水龙头水流的流量为Q（单位时间内流出水的体积），水龙头内径为D。
（1）求水流出水龙头的速度；
（2）现用该水龙头清洗水平放置的圆柱形玻璃杯，柱状水流离开水龙头，下落高度为h，与玻璃杯横截面圆心O处于同一水平面时，开始贴着玻璃杯外表面流动，经过一段时间后达到如图所示的稳定状态。水流经过玻璃杯的最低点A时，垂直于速度方向的横截面可认为是宽度为d的矩形。水流在A点沿水平方向离开玻璃杯，落至水池底部B点，落点B到A点正下方C点的距离为x，AC竖直高度为H（H远大于玻璃杯表面水流厚度）。已知水池底面为水平面，不考虑空气阻力的影响，且认为下落过程水不散开，水的密度为，玻璃杯的外半径为R，重力加速度为g，求：
a.水流在A点还未离开玻璃杯时，竖直方向上单位面积受到的合力大小F；
b.达到稳定状态后，t时间内玻璃杯对水流的作用力所做的功W。
发动机最大输出功率（）
332
最大输送高度（m）
63
整车满载质量（）
最大输送量（）
180
情境1
情境2
物体重力势能的减少量
物体动能的增加量
电阻R上消耗的电能
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