2023年高考物理二轮复习高频考点专项练习：专题六 机械能及其守恒定律（B卷）

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 专题六 机械能及其守恒定律（B卷）1.一同学将地面上一质量的足球沿与水平方向成角踢出，足球与脚分开时的速度大小为10 m/s，不计空气阻力，足球可看作质点，重力加速度.则该同学踢球时对足球做的功为(   )A.200 J  B.100 J  C.20 J  D.10 J2.汽车在平直的公路上以额定功率行驶，行驶一段距离后关闭发动机，最后停下来。从某时刻开始计时，汽车动能与位移x的关系图像如图所示。已知汽车的质量为，汽车运动过程中所受地面的阻力恒定，空气的阻力不计。则下列说法正确的是(   )A.汽车受到地面的阻力大小为200 NB.汽车的额定功率为C.图中对应的汽车加速运动时间为16.25 sD.图中对应的汽车加速过程牵引力做功为3.如图甲所示，竖直光滑杆固定不动，套在杆上的轻弹簧下端固定，将套在杆上的滑块向下压缩弹簧至离地高度处，滑块与弹簧不拴接。现由静止释放滑块，通过传感器测量滑块的速度和离地高度h，并作出图像，如图乙所示，其中时对应图像的最高点，高度h从0.2 m上升到0.35 m范围内图线为直线，其余为曲线，取，由图像可知(   )
 A.滑块的质量为0.18 kg B.弹簧的劲度系数为100 N/mC.滑块运动的最大加速度为 D.弹簧的弹性势能最大值为0.7 J4.如图甲所示，一小木块以某一初速度冲上倾角为且足够长的固定斜面。若以斜面底端为位移初始点，乙图为小木块在斜面上运动的动能随位移x变化关系图像。忽略空气阻力的影响，重力加速度，则下列判断正确的是(   )
 A.小木块从斜面底端冲到最高点的过程中，损失的机械能为40 JB.小木块从斜面底端出发再回到底端的过程中，摩擦力做功为20 JC.小木块的质量为1 kgD.小木块与斜面间的动摩擦因数为0.25.长为L的细线一端系一质量为m的小球，另一端固定在O点，现让小球在竖直平面内绕O点做圆周运动，分别为小球运动过程中的最高点与最低点，如图所示。某时刻小球运动到A位置时，细线对小球的作用力，此后当小球运动到最低点B位置时，细线对小球的作用力，则小球从A运动到B的过程中（已知g为重力加速度，小球从A至B的过程所受空气阻力大小恒定），下列说法中正确的是(   )
 A.小球在最高点A位置时速度大小为B.从A运动到B的过程中，小球所受的合外力方向总是指向圆心C.从A运动到B的过程中，小球机械能减少D.从A运动到B的过程中，小球克服空气阻力做的功为6.图1为历史上著名的襄阳炮，其实质就是一种大型抛石机。将其工作原理简化为图2，横杆的质量不计，将一质量，可视为质点的石块，装在横杆长臂与转轴O点相距的末端口袋中，在转轴短臂右端固定一重物M，发射之前先利用外力使石块静止在地面上的A点，静止时长臂与水平面的夹角，解除外力后石块被发射，当长臂转到竖直位置时立即停止运动，石块被水平抛出，落在水平地面上，石块落地位置与O点的水平距离，空气阻力不计，g取。则(   )。
 A.石块水平抛出时的初速度为B.石块水平抛出时的初速度为20 m/sC.从A点到最高点的过程中，长臂对石块做的功为2050 JD.从A点到最高点的过程中，长臂对石块做的功为2500 J7.如图所示，小物块套在固定竖直杆上，用轻绳连接后跨过小定滑轮与小球相连，开始时物块与定滑轮等高.已知小球质量是物块质量的2倍，杆与滑轮间的距离为d，重力加速度为g，轻绳及杆足够长，不计一切摩擦.现将物块由静止释放，在物块向下运动的过程中，下列说法正确的是(   )A.刚释放时物块的加速度大小为B.小球重力的功率一直增大C.物块下降的最大距离为D.物块速度最大时，轻绳的拉力一定等于物块的重力8.如图所示，在竖直面内固定两个光滑圆环轨道，小球A所在的圆环轨道半径小于小球B所在的圆环轨道半径，小球A的质量大于小球B的质量，两小球均由水平直径的端点沿圆环轨道静止释放，当两球分别到达轨道的最低点时，则(   )。
 A.小球A的动量一定大于小球B的动量B.小球A的动能一定大于小球B的动能C.圆环对小球A的支持力大于圆环对小球B的支持力D.小球A的向心加速度一定小于小球B的向心加速度9.如图所示，长为8 m的水平传送带以的速度顺时针匀速转动，现将一质量的小物块无初速地放在传送带左端.经过一段时间小物块运动到传送带的右端.已知小物块与传送带之间的动摩擦因数.下列判断正确的是(   )A.此过程小物块始终做匀加速直线运动 B.此过程中传送带多做了4 J的功C.此过程中因摩擦产生的热量为4 J D.此过程摩擦力对小物块做功4 J10.如图所示，质量为m的圆环套在与水平面成角的固定的光滑细杆上，圆环用一轻绳通过一光滑定滑轮挂一质量也为m的木块，初始时圆环与滑轮在同一水平高度上，这时定滑轮与圆环相距0.5 m.现由静止释放圆环，圆环及滑轮均可视为质点，轻绳足够长.已知重力加速度.则下列说法正确的是(   )A.圆环下滑0.6 m时速度为零 B.圆环与木块的动能始终相等C.圆环的机械能守恒  D.圆环下滑0.3 m时速度为11.放在粗糙水平地面上的物体受到水平拉力的作用，在0~6 s内其速度与时间的图像和该拉力的功率与时间的图像如图甲、乙所示.下列说法正确的是(   )A.0~6 s内物体的位移大小为30 mB.0~6 s内拉力做的功为70 JC.合外力在0~6 s内做的功与0~2 s内做的功相等D.滑动摩擦力的大小为5 N12.图甲所示是打桩机的简易模型。质量为的物块在恒定拉力F作用下从与铁钉接触处由静止开始运动，上升一段高度后撤去F，到达最高点后自由下落，撞击铁钉后两者一起向下运动，若以初始状态物块与铁钉接触处为零势能点，物块上升过程中，其机械能与上升高度h的关系图像如图乙所示。物块撞击铁钉前不计所有摩擦和空气阻力，已知铁钉的质量为0.2 kg，。则(   )
 A.物块在F作用下向上运动的加速度大小为B.物块上升过程的最大速度大小为C.物块上升到0.25 m高度处拉力F的瞬时功率为12 WD.铁钉被撞击后瞬间速度大小为13.复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果.一列质量为m的动车，初速度为，以恒定功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变.动车在时间t内(   )A.做匀加速直线运动  B.加速度逐渐减小C.牵引力的功率 D.牵引力做功14.在倾角为θ的固定光滑斜面上有两个用轻弹簧相连的物块，它们的质量分别为和，弹簧的劲度系数为为一固定挡板，系统处于静止状态.现用一平行于斜面向上的拉力F拉物块A，使它以加速度a沿斜面向上做匀加速运动直到物块B刚要离开挡板C，在此过程中(   )A.拉力的大小一直增大B.物块B刚要离开挡板C时，拉力C.拉力做功的功率先增大后减小D.物块A的机械能先减小后增大15.如图，质量为m的小球（视为质点）用长为l的轻绳固定在天花板上，现用水平向右的恒力F作用在小球上，使小球从最低点由静止开始向右运动。若，重力加速度大小为g，小球向右运动过程中，则(   )。
 A.细线与竖直方向的最大夹角为 B.克服重力做功的最大值为C.恒力F的功率先增大后减小 D.小球的最大动能为16.如图1所示，轻弹簧两端连接质量相等的物块，将它们放置在倾角为θ的光滑斜面上，物块B被垂直斜面的挡板挡住，系统处于静止状态。如图2所示，现用沿斜面的拉力F拉物块A，使物块A从静止开始沿斜面匀加速运动，直到物块B恰好离开挡板，物块A的位移为。拉力F与物块A在上述过程中的位移x的关系如图3所示。在物块A的位移增大到的过程，则(   )。
 A.挡板对物块B的弹力越来越小B.，弹簧恰好恢复原长C.0~，拉力F做的功等于物块A机械能的增量D.0~，拉力F做的功大于物块A动能的增量17.如图所示，倾角为θ的光滑斜面固定在水平面上，质量分别为和的物体A和B叠放在一起，它们一起沿斜面下滑，已知重力加速度为g，则在物体A和B沿斜面下滑的过程中，下列说法正确的是(   )。
 A.物体B对物体A的摩擦力大小为B.物体B对物体A的支持力大于物体A的重力C.物体B的机械能守恒D.物体A克服支持力做的功等于摩擦力对物体A做的功18.如图所示，用两根金属丝弯成一光滑半圆形轨道，竖直固定在地面上，其圆心为O，半径为R，轨道正上方离地h处固定一水平长直光滑杆，杆与轨道在同一竖直面内，杆上P点处固定光滑定滑轮，P点位于O点正上方，是质量均为m的小环，A套在杆上，B套在轨道上，一条不可伸长的细绳绕过定滑轮连接两环，两环均可看成质点，且不计滑轮大小与质量，现在A环上施加一个水平向右的恒力F，使B环从地面由静止沿轨道上升，则(   )A.力F做的功等于两环机械能的增加量 B.在B环上升过程中，A环和B环的机械能守恒C.当B环到达最高点时，其动能为零 D.当B环与A环动能相等时，19.如图所示，倾角为30°、高为L的固定斜面底端与水平面平滑相连，质量分别为的两个小球用一根长为L的轻绳连接，A球置于斜面顶端．现由静止释放两球，B球与弧形挡板碰撞过程时间极短无机械能损失，且碰后只能沿斜面下滑，两球最终均滑到水平面上．已知重力加速度为g，不计一切摩擦，则(   )A.小球A下滑过程中，小球系统的重力势能减小B.A球刚滑至水平面时的速度大小为C.小球B升高时，重力对小球A做功的功率大于重力对小球B做功的功率D.小球B从刚开始上升到刚进入斜面过程中，绳的拉力对小球B做功为20.如图所示，鼓形轮的半径为R，可绕固定的光滑水平轴O转动.在轮上沿相互垂直的直径方向固定四根直杆，杆上分别固定有质量为m的小球，球与O的距离均为.在轮上绕有长绳，绳上悬挂着质量为M的重物.重物由静止下落，带动鼓形轮转动.重物落地后鼓形轮匀速转动，转动的角速度为ω.绳与轮之间无相对滑动，忽略鼓形轮、直杆和长绳的质量，不计空气阻力，重力加速度为g.求：（1）重物落地后，小球线速度的大小v；（2）重物落地后一小球转到水平位置A，此时该球受到杆的作用力的大小F；（3）重物下落的高度h.


       答案以及解析1.答案：C解析：在踢球的过程中对球应用动能定理有，解得，故C正确，ABD错误.2.答案：C解析：根据动能定理得，解得，故选项A错误；设汽车匀速运动的速度为v，则有，匀速运动时牵引力与阻力大小相等，则汽车的额定功率为，联立解得，故选项B错误；对于加速运动过程，根据动能定理得，代入数据得，故选项C正确；由上式还可得图中对应的汽车加速过程牵引力做的功，选项D错误。3.答案：B解析：本题考查能量守恒定律。滑块从0.2 m上升到0.35 m过程中，，图线斜率的绝对值为，则，选项A错误；由题意可知滑块与弹簧在弹簧处于原长时分离，弹簧的原长为0.2 m，时滑块速度最大，此时，解得，选项B正确；在处滑块的加速度最大，根据牛顿第二定律有，其中，解得最大加速度为，选项C错误；根据能量守恒可知，当滑块从静止释放到上升至最大高度时，增加的重力势能即为弹簧的最大弹性势能，所以，选项D错误。4.答案：C解析：本题考查结合能量图像分析能量关系并求解相关物理量。小木块在运动过程中受到重力、摩擦力以及支持力作用，支持力不做功，摩擦力做负功，所以小木块的机械能减少，而上滑和下滑过程中小木块的机械能的减少量相等，根据题图乙可知，上滑和下滑两个过程机械能的减少量各为10 J，所以小木块从斜面底端出发再回到底端的过程中，摩擦力做功为，故A、B错误；小木块上滑过程，根据动能定理有，，联立解得，故C正确，D错误。5.答案：D解析：本题考查圆周运动中的能量分析。小球在最高点A位置时，由牛顿第二定律可得，解得，故A错误；小球从A运动到B的过程中，小球做变速圆周运动，合外力除改变速度方向外还改变速度大小，因此合外力的方向一定不指向圆心，故B错误；小球在最低点B位置时由牛顿第二定律得，解得，小球从A运动到B的过程中，由动能定理得，解得，所以此过程中，小球克服空气阻力做的功为，小球的机械能减少，故C错误，D正确。6.答案：C解析：转轴O距离地面的高度为，长臂转到竖直位置时抛出点距离水平地面高度，由平抛运动规律，联立解得，A、B两项错误；由功能关系，从A点到最高点的过程中，长臂对石块做的功，C项正确，D项错误。7.答案：C解析：刚开始释放物块时，物块在水平方向受力平衡，在竖直方向只受重力，根据牛顿第二定律可知其加速度大小为g，故A错误;刚释放时物块的速度为零，小球重力的功率为零，物块下降到最低点时小球的速度为零，小球重力的功率又为零，所以在物块向下运动过程中，小球重力的功率不是一直增大，故B错误;设物块下降的最大距离为s，物块的质量为m，根据系统机械能守恒，有，解得，故C正确;物块所受的合力为零时速度最大，此时轻绳拉力沿竖直向上的分力等于物块的重力，所以轻绳的拉力一定大于物块的重力，故D错误.8.答案：C解析：小球从释放到最低点的过程中，只有重力做功，由机械能守恒定律可知，小球到达最低点时，，A球所在轨道半径小，但A球质量大，无法比较两者的动量大小，A项错误；由于A球的质量大于B球的质量，由可知，不能确定两球动能的大小关系，B项错误；在最低点，根据牛顿第二定律可知，，求得，因A球的质量大于B球的质量，故，C项正确；由可知，两球在最低点的向心加速度相等，D项错误。9.答案：B解析：小物块刚放在传送带上时，对小物块受力分析，由牛顿第二定律可得，，则小物块的加速度，小物块加速到与传送带速度相等的位移，所以小物块先做匀加速直线运动后做匀速运动，A错误；小物块加速的时间，加速时小物块与传送带间的相对位移，此过程中因摩擦产生的热量，此过程摩擦力对小物块做功，C、D错误；根据能量守恒可知，传送带多做的功，B正确.10.答案：D解析：当圆环下降0.6 m时，由几何关系知，木块高度不变，圆环高度下降了，由运动的合成与分解得，由系统机械能守恒有，由此可知，A错误；圆环与木块组成的系统机械能守恒，C错误；设轻绳与细杆的夹角为θ，由运动的合成与分解得，当圆环下滑0.3 m时，根据几何关系，，木块速度为零，圆环高度下降了，木块高度下降了，由机械能守恒定律得，解得，B错误，D正确.11.答案：ABC解析：0~6 s内物体的位移大小，故A正确.根据，由题图乙可知，在0~2 s内拉力做的功为.2~6 s内拉力做的功，所以0~6 s内拉力做的功为，故B正确.在2~6 s内，物体做匀速运动，合力做功为零，则合外力在0~6 s内做的功与0~2 s内做的功相等，故C正确.在2~6 s内，，物体做匀速运动，摩擦力，得，故D错误.12.答案：AC解析：本题考查根据能量变化图像分析运动情况。对物块来说，除重力之外拉力做的功等于机械能的变化量，即，所以，根据牛顿第二定律可得，故A正确；由题图乙可知，物块上升1.0 m高度时速度最大，根据速度—位移关系可得，故B错误；物块上升到0.25 m高度处时速度大小为，拉力F的瞬时功率为，故C正确；设物块撞击铁钉前的速度为，全过程根据动能定理可得，代入数据解得，物块与铁钉碰撞过程中内力远大于外力，根据动量守恒定律可得，代入数据解得，故D错误。13.答案：BC解析：本题考查机车启动问题.由题意可知动车以恒定功率运动，由于，可知随着速度的增大，牵引力在减小，由牛顿第二定律可得动车的加速度，可知随着速度的增大，动车做加速度逐渐减小的变加速直线运动，故A错误，B正确;当时，即动车所受的牵引力等于阻力时，动车做匀速直线运动，此时动车的速度达到最大，有，故C正确;由动能定理可知，动车所受的合外力做功等于动车动能的增加量，合外力做功包括牵引力和阻力对动车所做的功，即牵引力做功，故D错误.14.答案：AB解析：当物块B刚要离开挡板C时，有，对A，有，解得拉力，B正确;设A开始运动到弹簧恢复原长前，弹簧的形变量为x，对于A，有减小，F增大，设弹簧恢复原长后，弹簧的形变量为，对于A，有，增大，F增大，故拉力F一直增大，由于物块A做匀加速运动，速度一直增大，由，知拉力做功的功率一直增大，A正确，C错误;物块A以加速度a沿斜面向上做匀加速运动，速度增大，动能增大，上升高度增加，势能增大，所以杋械能増大，D错误.15.答案：BCD解析：恒力F与重力的等效重力为，由此可知细线与竖直方向的最大夹角为90°，A项错误；当细线与竖直方向最大夹角为90°时，克服重力做功的最大值为，B项正确；小球在最低点的速度为零，到达最高点的速度也为零，因而恒力F的功率先增大后减小，C项正确；根据对称性可知，细线与竖直方向夹角为45°时，小球动能最大，根据动能定理有，D项正确。16.答案：ABD解析：弹簧由压缩到伸长，因而挡板对物块B的弹力越来越小，A项正确。初始状态弹簧的压缩量等于物块B即将离开挡板时弹簧的伸长量，因而，弹簧恰好恢复原长，B项正确。0~，拉力F和弹簧弹力对物块A做的功等于物块A机械能的增量，C项错误；0~，对于物块A而言，弹簧弹力做功为零，拉力F做正功，重力做负功，根据动能定理可知，拉力F做功大于物块A动能增量，D项正确。17.答案：CD解析：对组成的整体进行分析，整体具有沿斜面向下的加速度a，将a正交分解为竖直方向分量和水平分量，如图所示，对整体，由牛顿第二定律得，得，对A，由牛顿第二定律得，竖直方向上有，水平方向上有，则支持力，摩擦力，方向水平向右，A、B两项错误；物体A克服支持力做的功，摩擦力对物体A做的功，故B对A做的总功为零，A对B做的总功也为零，故只有重力对B做功，B的机械能守恒。C、D两项正确。
 18.答案：AD解析：力F做正功，两环的机械能增加，由功能关系可知，力F做的功等于两环机械能的增加量，故A正确；由于力F做正功，组成的系统机械能增加，故B错误；当B环到达最高点时，A环的速度为零，动能为零，但B环有水平方向的速度，动能不为零，故C错误；当线与圆轨道相切时，有，两环动能相等，根据数学知识有，故D正确.19.答案：ABC解析：小球A下滑过程中，小球组成的系统机械能守恒，由于A沿斜面的下滑分力大于小球B的重力，因此B在上升过程中，整个系统做加速运动，动能增加，因此整个系统重力势能一定减小，A正确；从静止释放到A刚滑至水平面过程，根据机械能守恒定律得，整理得，B正确；设小球B升高时，小球的速度大小为，则重力对A做功的功率为，重力对B做功的功率大小为，可知，C正确；在B上升的过程中，对小球A进行受力分析，根据牛顿第二定律，可得，对B进行受力分析，根据牛顿第二定律得，两式联立得，绳子拉力大小为，小球B从刚开始上升到开始进入斜面过程中，绳的拉力对小球B做功为，D错误.20.答案：（1）（2）（3）
解析：本题考查圆周运动与机械能守恒定律的综合.
（1）由线速度得小球线速度的大小.
（2）小球做匀速圆周运动时所受的向心力，
设F与水平方向的夹角为α，则，
解得.
（3）落地前瞬间，重物的速度，由机械能守恒定律得
，
解得.