考点9 功和能—五年（2020—2024年）高考物理真题专项分类汇编(含答案)

这是一份考点9 功和能—五年（2020—2024年）高考物理真题专项分类汇编(含答案)，共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，计算题等内容，欢迎下载使用。


一、单选题
1．一个音乐喷泉喷头出水口的横截面积为，喷水速度约为10m/s，水的密度为，则该喷头喷水的功率约为( )
A.10WB.20WC.100WD.200W
2．某同学参加户外拓展活动，遵照安全规范，坐在滑板上，从高为h的粗糙斜坡顶端由静止下滑，至底端时速度为v.已知人与滑板的总质量为m，可视为质点.重力加速度大小为g，不计空气阻力.则此过程中人与滑板克服摩擦力做的功为( )
A.B.C.D.
3．两节动车的额定功率分别为和，在某平直铁轨上能达到的最大速度分别为和。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( )
A.B.C.D.
4．《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.
5．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v、动能和机械能E随运动时间t的变化关系中，正确的是( )
A.B.
C.D.
二、多选题
6．如图所示，在光滑水平面上静止放置一质量为M、长为L的木块，质量为m的子弹水平射入木块。设子弹在木块内运动过程中受到的阻力不变，其大小f与射入初速度大小成正比，即（k为已知常量）。改变子弹的初速度大小，若木块获得的速度最大，则( )
A.子弹的初速度大小为
B.子弹在木块中运动的时间为
C.木块和子弹损失的总动能为
D.木块在加速过程中运动的距离为
7．人们用滑道从高处向低处运送货物。如图所示，可看作质点的货物从圆弧滑道顶端P点静止释放，沿滑道运动到圆弧末端Q点时速度大小为6 m/s。已知货物质量为20 kg，滑道高度h为4 m，且过Q点的切线水平，重力加速度取。关于货物从P点运动到Q点的过程，下列说法正确的有( )
A.重力做的功为360 J
B.克服阻力做的功为440 J
C.经过Q点时向心加速度大小为
D.经过Q点时对轨道的压力大小为380 N
8．某实验小组测得在竖直方向飞行的无人机飞行高度y随时间t的变化曲线如图所示，为曲线上的点，段可视为两段直线，其方程分别为和。无人机及其载物的总质量为2 kg，取竖直向上为正方向。则( )
A.EF段无人机的速度大小为4 m/s
B.FM段无人机内的装载物处于失重状态
C.FN段无人机和装载物总动量变化量大小为4 kg·m/s
D.MN段无人机机械能守恒
9．一物块在倾角为45°的固定斜面上受到方向与斜面平行、大小与摩擦力相等的拉力作用，由静止开始沿斜面向下做匀变速直线运动，物块与斜面间的动摩擦因数处处相同。若拉力沿斜面向下时，物块滑到底端的过程中重力和摩擦力对物块做功随时间的变化分别如图曲线①、②所示，则( )
A.物块与斜面间的动摩擦因数为
B.当拉力沿斜面向上，重力做功为9 J时，物块动能为3 J
C.当拉力分别沿斜面向上和向下时，物块的加速度大小之比为1:3
D.当拉力分别沿斜面向上和向下时，物块滑到底端时的动量大小之比为
三、计算题
10．如图所示，水平传送带以5 m/s的速度顺时针匀速转动，传送带左右两端的距离为3.6 m。传送带右端的正上方有一悬点O，用长为0.3 m、不可伸长的轻绳悬挂一质量为0.2 kg的小球，小球与传送带上表面平齐但不接触。在O点右侧的P点固定一钉子，P点与O点等高。将质量为0.10 kg的小物块无初速轻放在传送带左端，小物块运动到右端与小球正碰，碰撞时间极短，碰后瞬间小物块的速度大小为1 m/s、方向水平向左。小球碰后绕O点做圆周运动，当轻绳被钉子挡住后，小球继续绕P点向上运动。已知小物块与传送带间的动摩擦因数为0.5，重力加速度大小。
（1）求小物块与小球碰撞前瞬间，小物块的速度大小。
（2）求小物块与小球碰撞过程中，两者构成的系统损失的总动能。
（3）若小球运动到P点正上方，绳子不松弛，求P点到O点的最小距离。
11．如图所示，有一固定的光滑圆弧轨道A，半径，一质量为的小滑块B从轨道顶端滑下，在其冲上长木板C左端时，给木板一个与小滑块相同的初速度，已知，间动摩擦因数，C与地面间的动摩擦因数，C右端有一个挡板，C长为L。已知g取。
（1）B滑到A的底端时对A的压力是多大？
（2）若B未与C右端挡板碰撞，当B与地面保持相对静止时，间因摩擦产生的热量是多少？
（3）在时，B与C右端挡板发生碰撞，且碰后粘在一起，求B从滑上C到最终停止所用的时间。
12．如图甲所示，质量为M的轨道静止在光滑水平面上，轨道水平部分的上表面粗糙，竖直半圆形部分的表面光滑，两部分在P点平滑连接，Q为轨道的最高点。质量为m的小物块静置在轨道水平部分上，与水平轨道间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。已知轨道半圆形部分的半径，重力加速度大小。
（1）若轨道固定，小物块以一定的初速度沿轨道运动到Q点时，受到轨道的弹力大小等于，求小物块在Q点的速度大小v；
（2）若轨道不固定，给轨道施加水平向左的推力F，小物块处在轨道水平部分时，轨道加速度a与F对应关系如图乙所示。
（ⅰ）求μ和m；
（ⅱ）初始时，小物块静置在轨道最左端，给轨道施加水平向左的推力，当小物块到P点时撤去F，小物块从Q点离开轨道时相对地面的速度大小为7 m/s。求轨道水平部分的长度L。
13．如图所示，一实验小车静止在光滑水平面上，其上表面有粗糙水平轨道与光滑四分之一圆弧轨道。圆弧轨道与水平轨道相切于圆弧轨道最低点，一物块静止于小车最左端，一小球用不可伸长的轻质细线悬挂于O点正下方，并轻靠在物块右侧。现将细线拉直到水平位置时，静止释放小球，小球运动到最低点时与物块发生弹性碰撞。已知细线长。小球质量。物块、小车质量均为。小车上的水平轨道长。圆弧轨道半径。小球、物块均可视为质点。不计空气阻力，重力加速度g取.
（1）求小球运动到最低点与物块碰撞前所受拉力的大小；
（2）求小球与物块碰撞后的瞬间，物块速度的大小；
（3）为使物块能进入圆弧轨道，且在上升阶段不脱离小车，求物块与水平轨道间的动摩擦因数μ的取值范围。
14．一游戏装置竖直截面如图所示，该装置由固定在水平地面上倾角的直轨道AB、螺旋圆形轨道BCDE、倾角的直轨道EF、水平直轨道FG组成，除FG段外各段轨道均光滑，且各处平滑连接。螺旋圆形轨道与轨道相切于B（E）处。凹槽GHIJ底面HI水平光滑，上面放有一无动力摆渡车，并紧靠在竖直侧壁GH处，摆渡车上表面与直轨道FG、平台JK位于同一水平面。已知螺旋圆形轨道半径点高度为长度长度，摆渡车长度、质量。将一质量也为m的滑块从倾斜轨道AB上高度处静止释放，滑块在FG段运动时的阻力为其重力的。（摆波车位到竖直侧壁IJ立即静止，滑块视为质点，不计空气阻力，，，重力加速度g取）
（1）求滑块过C点的速度大小和轨道对滑块的作用力大小；
（2）摆渡车碰到IJ前，滑块恰好不脱离摆渡车，求滑块与摆渡车之间的动摩擦因数μ；
（3）在（2）的条件下，求滑块从G到J所用的时间t。
参考答案
1．答案：C
解析：设时间内从喷头流出的水的质量为
喷头喷水的功率等于时间内喷出的水的动能增加量，即
联立解得
故选C。
2．答案：D
解析：人在下滑的过程中，由动能定理可得
可得此过程中人与滑板克服摩擦力做的功为
故选D。
3．答案：D
解析：设额定功率为的动车受到的阻力大小为，额定功率为的动车受到的阻力大小为，则有，当将它们编成动车组后，每节动车运行时受到的阻力与编组前相等，有，解得该动车组在铁轨上能达到的最大速度为，D正确.
4．答案：B
解析：以n个水筒为研究对象，水筒在筒车上均匀排布，单位长度上有n个，则筒车对长度l内的水筒中流入稻田的水做的总功，做这些功所用时间，做功的功率为，B正确.
5．答案：D
解析：由题意可知，铅球被水平推出后做平抛运动，加速度a即为重力加速度，故a不变，A错误；设铅球初速度大小为，由平抛运动规律以及速度的合成可知，v与t的关系为，不是一次函数关系，B错误；由动能可知，与t是二次函数关系，C错误；铅球在空中运动时只受重力，机械能守恒，D正确.
6．答案：AD
解析：子弹在木块内运动的过程中，子弹与木块组成的系统所受合外力为0，所以该系统动量守恒，若子弹没有射出木块，则由动量守恒定律有，解得木块获得的速度大小为，又子弹的初速度越大，其打入木块越深，则当子弹恰不射出木块时，木块获得的速度最大，此时有，解得；若子弹能够射出木块，则有，子弹在木块内运动的过程，对子弹和木块分别由牛顿第二定律有，根据位移关系有，对木块有，联立解得，又越大，t越小，则越小，即随着的增大，木块获得的速度不断减小。综上，若木块获得的速度最大，则子弹的初速度大小，A正确；子弹在木块内运动的过程，对子弹由动量定理有，解得子弹在木块中运动的时间，B错误；由能量守恒定律可知，木块和子弹损失的总动能，C错误；木块在加速过程中做匀加速运动，由运动学规律有，解得木块在加速过程中运动的距离，D正确。
7．答案：BCD
解析：重力做的功，A错
动能定理：，B对
在Q点
8．答案：AB
解析：由于位移-时间图线的斜率表示速度，则根据EF段的方程可知，EF段无人机的速度大小为4 m/s，A正确；由题图可知FM段的速度先向上减小后向下增大，则加速度方向始终向下，故该段无人机内的装载物处于失重状态，B正确；根据MN段的方程可知，无人机的速度为-2 m/s，则无人机及其装载物在FM段的动量变化量的大小为，C错误；MN段无人机匀速下降，动能不变，重力势能减小，则机械能减小，D错误。
9．答案：BC
解析：
10．答案：（1）5 m/s
（2）0.3 J
（3）0.2 m
解析：（1）设小物块的质量为m，传送带左右两端的距离为L，小物块与传送带间的动摩擦因数为μ，小物块在传送带上加速时的加速度大小为a，由牛顿第二定律有
设小物块到达传送带最右端时的速度大小为，假设小物块在传送带上一直加速，由运动学公式有
联立并代入数据得
由于，故假设不成立，小物块到达传送带右端前已经与传送带共速，故小物块与小球碰撞前瞬间的速度大小为
（2）设小球的质量为M，碰撞后小物块与小球的速度大小分别为、，碰撞过程中两者构成的系统损失的总动能为，对小物块与小球碰撞过程，由动量守恒定律得
小物块与小球碰撞过程中，系统损失的总动能为
联立并代入数据得
（3）经分析知，小球到达P点正上方绳子拉力刚好为零时，小球绕P点运动的半径最大，P点到O点距离最小，设这种情况下小球运动到P点正上方的速度大小为，P点到O点的距离为x，绳子的长度为l，小球运动到P点正上方时，结合牛顿第二定律和向心加速度公式有
对小球的整个上升过程，由动能定理得
联立并代入数据得
11．答案：（1）30 N
（2）1.6 J
（3）
解析：（1）小滑块B从轨道顶端下滑到轨道底部的过程，由动能定理有
小滑块B在A的底端时，有
解得
由牛顿第三定律可知B对A的压力大小也为30 N
（2）当B滑上C瞬间，的速度相等
假设两者之间无相对滑动，对整体有
解得
而B减速的最大加速度
故假设不成立，间会有相对滑动
则B的加速度向左，大小为
C受B向右的摩擦力和地面向左的摩擦力
其加速度满足
解得
B向右运动的距离
C向右运动的距离
间因摩擦产生的热量
解得
（3）假设B还未与C右端挡板发生碰撞，C就停下，设C从开始运动到停下用时为，有
得
此时的位移分别是
则，此时
由于，所以假设成立，一定是C停下之后，B才与C右端挡板发生碰撞
设再经时间B与C右端挡板发生碰撞，有
解得（另一解不符合题意，舍去）
碰撞前瞬间B的速度大小为
碰撞过程由动量守恒定律可得
碰撞后速度大小为
之后二者一起减速，有，经后停下
则有
解得
故总时间
12．答案：（1）4 m/s
（2）（ⅰ）0.2；1 kg
（ⅱ）4.5 m
解析：（1）对小物块在Q点，由圆周运动知识有
解得
（2）（ⅰ）根据题图乙分析可知，当外力时，轨道与小物块一起向左加速运动，对整体由牛顿第二定律有
变形得
结合题图乙可知
当外力时，轨道与小物块有相对滑动，对轨道由牛顿第二定律有
变形得
结合题图乙可知，
联立解得，，
（ⅱ）根据题图乙可知，当时，轨道的加速度为，小物块的加速度为，方向均水平向左
设经时间，小物块运动至轨道上的P点，由运动学规律可得此时轨道的速度
小物块在P点时的速度
小物块从P点运动至Q点的过程，小物块与轨道组成的系统机械能守恒，系统水平方向上动量守恒，取水平向左为速度正方向，则有
联立并代入数据解得（另一解不符合题意，舍去）
根据运动学规律有
解得
13．答案：（1）（2）（3）
解析：（1）对小球摆动到最低点的过程中，由动能定理
解得
在最低点，对小球由牛顿第二定律
解得小球运动到最低点与物块碰撞前所受拉力的大小为
（2）小球与物块碰撞过程中，由动量守恒定律和机械能守恒定律
解得小球与物块碰撞后的瞬间，物块速度的大小为
（3）若物块恰好运动到圆弧轨道的最低点，此时两者共速，则对物块与小车整体由水平方向动量守恒
由能量守恒定律
解得
若物块恰好运动到与圆弧圆心等高的位置，此时两者共速，则对物块与小车整体由水平方向动量守恒
由能量守恒定律
解得
综上所述物块与水平轨道间的动摩擦因数μ的取值范围为
14．答案：（1）4 m/s；22 N
（2）0.3
（3）2.5 s
解析：（1）C点离地高度为
滑块从静止释放到C点过程，根据动能定理可得
解得
在最高点C时，根据牛顿第二定律可得
解得
（2）从静止释放到G点，由动能定理可得
由题可知，滑块到达摆渡车右端时刚好与摆渡车共速，速度大小设为v，从滑块滑上摆渡车到共速过程中，滑块的加速度大小为，摆渡车加速度大小为
设滑块从滑上摆渡车到共速的时间为
对滑块有，对摆渡车有，即
由功能关系可得
综合解得
（3）由（2）可知
共速后滑块与摆渡车继续向右匀速运动的时间