专题06 机械能-十年（2012-2021）高考物理真题分项汇编（山东专版）

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2021年，单独命题，单科
2020年，单独命题，单科
2019年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2018年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2017年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2016年，全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷，理综物理
2015年，单独命题，理综物理
2014年，单独命题，理综物理
2013年，单独命题，理综物理
2012年，单独命题，理综物理
二、2012-2021年高考物理试题全解全析：
1、（2012·山东卷·T16）将地面上静止的货物竖直向上吊起，货物由地面运动至最高点的过程中，v﹣t图象如图所示．以下判断正确的是（ ）
A．前3s内货物处于超重状态
B．最后2s内货物只受重力作用
C．前3s内与最后2s内货物的平均速度相同
D．第3s末至第5s末的过程中，货物的机械能守恒
【考点】匀变速直线运动的图象；牛顿运动定律的应用﹣超重和失重；机械能守恒定律．菁
【分析】根据v﹣t图象可知道物体的运动过程和性质，也可求出对应的加速度，前3s内货物向上做匀加速直线运动，加速度的方向是向上．
匀变速直线运动平均速度，只有重力或弹力做功时机械能守恒．
【解析】A、前3s内货物向上做匀加速直线运动，加速度的方向是向上，所以处于超重状态，故A正确；
B、最后2s内货物的加速度a＝＜g，所以还受到绳子的拉力，故B错误；
C、前3s内的平均速度，最后2s内货物的平均速度，所以前3s内与最后2s内货物的平均速度相同，故C正确；
D、第3s末至第5s末的过程中，货物匀速运动，绳子的拉力等于重力，绳子的拉力做正功，机械能不守恒，故D错误。
故选：AC。
【点评】该题考查了匀变速直线运动的速度时间图象、平均速度公式、机械能守恒条件等知识点．本题的关键在于能够通过速度时间图象对物体进行运动过程分析和受力分析，难度适中．
2、（2012·山东卷·T22）如图所示，一工件置于水平地面上，其AB段为一半径R＝1.0m的光滑圆弧轨道，BC段为一长度L＝0.5m的粗糙水平轨道，二者相切于B点，整个轨道位于同一竖直平面内，P点为圆弧轨道上的一个确定点．一可视为质点的物块，其质量m＝0.2kg，与BC间的动摩擦因数μ1＝0.4．工件质量M＝0.8kg，与地面间的动摩擦因数μ2＝0.1．（取g＝10m/s2）
（1）若工件固定，将物块由P点无初速度释放，滑至C点时恰好静止，求P、C两点间的高度差h．
（2）若将一水平恒力F作用于工件，使物块在P点与工件保持相对静止，一起向左做匀加速直线运动．
①求F的大小．
②当速度v＝5m/s时，使工件立刻停止运动（即不考虑减速的时间和位移），物块飞离圆弧轨道落至BC段，求物块的落点与B点间的距离．
【考点】牛顿第二定律；平抛运动；动能定理．
【分析】（1）物块从P点下滑经B点至C点的整个过程，根据动能定理求解
（2）对物体、工件和物体整体分析，根据牛顿第二定律求解
（3）根据平抛运动的规律和几何关系求解．
【解析】解（1）物块从P点下滑经B点至C点的整个过程，根据动能定理得：
mgh﹣μ1mgL＝0
代入数据得：
h＝0.2m…①
（2）①设物块的加速度大小为a，P点与圆心的连线与竖直方向间的夹角为θ，由几何关系可得
csθ＝…②
根据牛顿第二定律，对物体有
mgtanθ＝ma…③
对工件和物体整体有
F﹣μ2（M+m）g＝（M+m）a…④
联立①②③④式，代入数据得
F＝8.5N…⑤
②设物体平抛运动的时间为t，水平位移为x1，物块落点与B间的距离为 x2，由运动学公式可得
h＝…⑥
x1＝vt…⑦
x2＝x1﹣Rsinθ…⑧
联立①②⑥⑦⑧式，代入数据得
x2＝0.4m
答：（1）P、C两点间的高度差是0.2m；
（2）F的大小是8.5N；
（3）物块的落点与B点间的距离是0.4m．
【点评】该题考查了动能定理、牛顿第二定律、平抛运动的规律多个知识点，关键要对物体进行受力和过程分析．
3、（2013•山东）如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮。质量分别为M、m（M＞m）的滑块，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中（ ）
A．两滑块组成系统的机械能守恒
B．重力对M做的功等于M动能的增加
C．轻绳对m做的功等于m机械能的增加
D．两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功
【考点】功能关系；机械能守恒定律．
【分析】机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功，发生的能量转化为重力势能和弹性势能的转化，不产生其他形式的能量。功与能量转化相联系，是能量转化的量度。
【解析】A、由于“粗糙斜面ab”，故两滑块组成系统的机械能不守恒，故A错误；
B、由动能定理得，重力、拉力、摩擦力对M做的总功等于M动能的增加，故B错误；
C、除重力弹力以外的力做功，将导致机械能变化，故C正确；
D、除重力弹力以外的力做功，将导致机械能变化，摩擦力做负功，故造成机械能损失，故D正确；
【答案】CD。
【点评】关键理解透机械能守恒的条件和功能关系，重力做功对应重力势能变化、弹力做功对应弹性势能变化、合力做功对应动能变化、除重力或系统内的弹力做功对应机械能变化。
4、（2015·山东卷·T23）如图甲所示，物块与质量为m的小球通过不可伸长的轻质细绳跨过两等高定滑轮连接，物块置于左侧滑轮正下方的表面水平的压力传感装置上，小球与右侧滑轮的距离为l。开始时物块和小球均静止，将此时传感装置的示数记为初始值，现给小球施加一始终垂直于l段细绳的力，将小球缓慢拉起至细绳与竖直方向成60°角，如图乙所示，此时传感装置的示数为初始值的1.25倍；再将小球由静止释放，当运动至最低位置时，传感装置的示数为初始值的0.6倍，不计滑轮的大小和摩擦，重力加速度的大小为g，求：
（1）物块的质量；
（2）从释放到运动至最低位置的过程中，小球克服空气阻力所做的功。
【考点】共点力的平衡；动能定理．
【分析】（1）分别对开始及夹角为60度时进行受力分析，由共点力平衡列式，联立可求得物块的质量；
（2）对最低点由向心力公式进行分析求解物块的速度，再对全过程由动能定理列式，联立可求得克服阻力做功．
【解析】解：（1）设开始时细绳的拉力大小为T1，传感装置的初始值为F1，物块质量为M，由平衡条件可得：
对小球：T1＝mg
对物块，F1+T1＝Mg
当细绳与竖直方向的夹角为60°时，设细绳的拉力大小为T2，传感装置的示数为F2，根据题意可知，F2＝1.25F1，由平衡条件可得：
对小球：T2＝mgcs60°
对物块：F2+T2＝Mg
联立以上各式，代入数据可得：
M＝3m；
（2）设物块经过最低位置时速度大小为v，从释放到运动至最低位置的过程中，小球克服阻力做功为Wf，由动能定理得：
mgl（1﹣cs60°）﹣Wf＝mv2
在最低位置时，设细绳的拉力大小为T3，传感装置的示数为F3，据题意可知，
F3＝0.6F1，对小球，由牛顿第二定律得：
T3﹣mg＝m
对物块由平衡条件可得：
F3+T3＝Mg
联立以上各式，代入数据解得：
Wf＝0.1mgl．
答：（1）物块的质量为3m；
（2）从释放到运动至最低位置的过程中，小球克服空气阻力所做的功为0.1mgl．
【点评】本题考查动能定理及共点力的平衡条件的应用，要注意正确选择研究对象，做好受力分析及过程分析；进而选择正确的物理规律求解；要注意在学习中要对多个方程联立求解的方法多加训练．
5、（2016·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T25)如图，一轻弹簧原长为2R，其一端固定在倾角为37°的固定直轨道AC的底端A处，另一端位于直轨道上B处，弹簧处于自然状态，直轨道与一半径为的光滑圆弧轨道相切于C点，AC=7R，A、B、C、D均在同一竖直平面内。质量为m的小物块P自C点由静止开始下滑，最低到达E点（未画出），随后P沿轨道被弹回，最高点到达F点，AF=4R，已知P与直轨道间的动摩擦因数，重力加速度大小为g。（取）
（1）求P第一次运动到B点时速度的大小。
（2）求P运动到Ｅ点时弹簧的弹性势能。
（3）改变物块P的质量，将P推至E点，从静止开始释放。已知P自圆弧轨道的最高点D处水平飞出后，恰好通过G点。G点在C点左下方，与C点水平相距、竖直相距R，求P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量。
【答案】（1）；（2）；（3）；
【解析】（1）根据题意知，B、C之间的距离l为l=7R–2R①
设P到达B点时的速度为vB，由动能定理得②
式中θ=37°，联立①②式并由题给条件得③
（2）设BE=x。P到达E点时速度为零，设此时弹簧的弹性势能为Ep。P由B点运动到E点的过程中，由动能定理有④
E、F之间的距离l1为l1=4R–2R+x⑤
P到达E点后反弹，从E点运动到F点的过程中，由动能定理有
Ep–mgl1sin θ–μmgl1cs θ=0⑥
联立③④⑤⑥式并由题给条件得
x=R⑦ ⑧
设改变后P的质量为m1。D点与G点的水平距离x1和竖直距离y1分别为
⑨
⑩
式中，已应用了过C点的圆轨道半径与竖直方向夹角仍为θ的事实。
设P在D点的速度为vD，由D点运动到G点的时间为t。由平抛运动公式有
⑪ x1=vDt⑫
联立⑨⑩⑪⑫式得⑬
设P在C点速度的大小为vC。在P由C运动到D的过程中机械能守恒，有
⑭
P由E点运动到C点的过程中，同理，由动能定理有
⑮
联立⑦⑧⑬⑭⑮式得⑯
6、（2017·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T24)一质量为8.00×104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度1.60×105 m处以7.50×103 m/s的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为100 m/s时下落到地面。取地面为重力势能零点，在飞船下落过程中，重力加速度可视为常量，大小取为9.8 m/s2。（结果保留2位有效数字）
（1）分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；
（2）求飞船从离地面高度600 m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。
【答案】（1）（1）4.0×108 J 2.4×1012 J （2）9.7×108 J
【解析】（1）飞船着地前瞬间的机械能为①
式中，m和v0分别是飞船的质量和着地前瞬间的速率。由①式和题给数据得②
设地面附近的重力加速度大小为g，飞船进入大气层时的机械能为③
式中，vh是飞船在高度1.6×105 m处的速度大小。由③式和题给数据得④
（2）飞船在高度h' =600 m处的机械能为⑤
由功能原理得⑥
式中，W是飞船从高度600 m处至着地瞬间的过程中克服阻力所做的功。由②⑤⑥式和题给数据得
W=9.7×108 J⑦
7、（2018·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷（山东）·T18)如图，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R，bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点。一质量为m的小球。始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动，重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为（ ）
A．2mgR
B．4mgR
C．5mgR
D．6mgR
【答案】C
【解析】小球始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，机械能的增量，机械能的增量等于水平外力在从a点开始运动到其轨迹最高点过程做的功，有动能定理有小球运动到c点的速度为：，解得：，小球运动到c点后斜上抛，根据小球受力情况，可分解为水平方向初速度为零的匀加速，加速度为，竖直方向竖直上抛，小球上升至最高点时，竖直方向速度减少为零，时间为，水平方向的位移为：，综上述小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为
a
b
c
R
8、（2020·山东卷·T11） 如图所示，质量为M的物块A放置在光滑水平桌面上，右侧连接一固定于墙面的水平轻绳，左侧通过一倾斜轻绳跨过光滑定滑轮与一竖直轻弹簧相连。现将质量为m的钩码B挂于弹簧下端，当弹簧处于原长时，将B由静止释放，当B下降到最低点时（未着地），A对水平桌面的压力刚好为零。轻绳不可伸长，弹簧始终在弹性限度内，物块A始终处于静止状态。以下判断正确的是（ ）
A. M