高考物理机械能常用模型最新模拟题精练专题10动能定理+F--x图像模型(原卷版+解析)

这是一份高考物理机械能常用模型最新模拟题精练专题10动能定理+F--x图像模型(原卷版+解析)，共11页。试卷主要包含了5J，0J，2m；等内容，欢迎下载使用。
一．选择题
1. （2023安徽皖北五校联盟联考）如图所示的水平轨道AD足够长，只有BC部分是粗糙的，其长度为L=1m，其余部分是光滑的，质量为1kg，长度为2L的粗细相同的匀质软绳静止在B点的左侧（绳的右端在B点），软绳与粗糙部分的动摩擦因数为μ=0.8，现用F=2N的水平向右的恒力作用在软绳上，软绳始终保持伸直状态且长度不变，重力加速度为g=10m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则在软绳运动的过程中，下列说法正确的是（）
A．软绳先做匀加速后做匀减速运动
B．软绳的左端能经过B点
C．软绳的最大动能为0.5J
D．软绳克服摩擦力做功4.0J
2. （2022河北唐山三模）一质量为的汽车从时刻由静止开始沿平直公路运动，其所受的合外力F与位移x的关系如图所示。则（ ）
A. 汽车在这段位移内做匀加速直线运动
B. 汽车在位置时的速度大小为
C. 汽车在的位置F的瞬时功率为
D. 所用时间为
3．（2021广西二模）如图甲所示，质量为1kg的木块（视为质点）被水平向左的力F压在竖直墙壁上，木块初始位置离地面高度H=1m，木块与墙面之间的动摩擦因数μ=0.2，木块距离地面的高度h与力F之间的关系如图乙所示，取重力加速度大小g=10m/s2。则木块下滑到地面前的瞬间的速度大小为
A．4m/s B．6m/s C．8m/s D．10m/s
4.（2021安徽重点高中质检）物体在变力F作用下沿水平方向做直线运动，物体质量m＝5kg，F随坐标x的变化情况如图所示。若物体在坐标原点处由静止出发，不计一切摩擦。借鉴教科书中学习直线运动时由v－t图象求位移的方法，结合其他所学知识，根据图示的F－x图象，可求出物体运动到x＝16 m处时，速度大小为
A.4 m/s B.2EQ \R(2) m/s C.3 m/s D.EQ \R(17) m/s
5.（2021福州8县市期中）质量为的物体在水平面上沿直线运动，受阻力大小恒定。经某点开始沿运动方向的水平拉力与运动距离的关系如图所示，物体做匀速直线运动。下列对图示过程的说法正确的是：（ ）
A. 在处物体加速度大小为
B. 拉力对物体做功为
C. 物体克服阻力做功为
D. 合力对物体做功为
6 .质量为10kg的物体，在变力F作用下沿x轴做直线运动，力随位移x的变化情况如图所示．物体在x＝0处速度为1m/s，一切摩擦不计，则物体运动到x＝16m处时，速度大小为（ ）
A．2m/sB．3 m/sC．4 m/sD．m/s
7.（2021湖南三湘名校联盟第二次联考）如图甲所示，光滑水平面上有一物块，在水平力作用下由静止开始运动，物块的加速度a随位移变化的图像如图乙所示，则当x=4m时物块的速度为
A．4m/s
B．6m/s
C．4m/s
D．8m/s
二．计算题
1．（20分）（2023四川泸州名校共同体联考）如图甲所示，在倾角α=30°的光滑斜面上，放着质量分为mA=5kg和mB=1kg的A、B两物块轻弹簧一端与物块B相连，另一端与固定挡板相连，整个系统处于静止状态。从t=0时刻开始，对A施加一沿斜面向上的力F使物块A沿斜面向上做匀加速运动，若力F随时间变化的规律如图乙所示（g取10m/s2），求∶
（1）A运动的加速度大小；
（2）弹簧的劲度系数；
（3）从A开始运动到A、B刚分离过程中力F做的功。
2．（2021甘肃名校质检）如图甲所示，在水平地面上放置一个质量为m=4kg的物体，让其在随位移均匀减小的水平推力作用下运动，推力F随位移x变化的图象如图乙所示，已知物体与地面之间的动摩擦因数为μ=0.5， ，求：
（1）出发时物体运动的加速度大小；
（2）物体能够运动的最大位移。
3．（2020江苏无锡期末）如图甲所示，静止在水平地面上一个质量为m=4kg的物体，其在随位移均匀减小的水平推力作用下运动，推力F随位移x变化的图象如图乙所示。已知物体与地面之间的动摩擦因数为μ=0.5，g=10m/s2．求：
（1）运动过程中物体的最大加速度大小为多少；
（2）距出发点多远时物体的速度达到最大；
（3）物体最终停在何处？
高考物理《机械能》常用模型最新模拟题精练
专题10 动能定理+ F—x图像模型
一．选择题
1. （2023安徽皖北五校联盟联考）如图所示的水平轨道AD足够长，只有BC部分是粗糙的，其长度为L=1m，其余部分是光滑的，质量为1kg，长度为2L的粗细相同的匀质软绳静止在B点的左侧（绳的右端在B点），软绳与粗糙部分的动摩擦因数为μ=0.8，现用F=2N的水平向右的恒力作用在软绳上，软绳始终保持伸直状态且长度不变，重力加速度为g=10m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则在软绳运动的过程中，下列说法正确的是（）
A．软绳先做匀加速后做匀减速运动
B．软绳的左端能经过B点
C．软绳的最大动能为0.5J
D．软绳克服摩擦力做功4.0J
【参考答案】C【名师解析】当软绳全部滑上粗糙面部分时，所受摩擦力f==4N＞F=2N，所以软绳的运动一定是先加速后减速，由于摩擦力是变化的，所以不是匀减速，A错误；
设绳子B端向右运动位移为x ，当 x＜L时，绳子所受摩擦力为f=，为变力 ，当x=L时，绳子所受摩擦力最大 f==4N，当x＞L时，绳子所受摩擦力逐渐减小，绳子所受摩擦力f随位移 x变化如图所示。
又绳子所受摩擦力f随位移 x变化 图像与坐标轴围成的面积表示物体克服摩擦力做的功 ，当x=0.5m时， 所受摩擦力等于拉力，软绳速度最大，对绳子由动能定理得Fx1-=Ekm，解得Ekm =0.5J，C正确；设软绳运动位移为x时速度减少到零，对绳子由动能定理得Fx-=0，解得x=1m，即软绳运动1m后速度为零，B错误；软绳克服摩擦力做功Wf==2J，D错误。
【关键点拨】画出绳子所受摩擦力随位移 变化图，图像与坐标轴围成的面积表示物体克服摩擦力做的功。软绳先做加速运动后做减速运动。
2. （2022河北唐山三模）一质量为的汽车从时刻由静止开始沿平直公路运动，其所受的合外力F与位移x的关系如图所示。则（ ）
A. 汽车在这段位移内做匀加速直线运动
B. 汽车在位置时的速度大小为
C. 汽车在的位置F的瞬时功率为
D. 所用时间为
【参考答案】D
【名师解析】
汽车在这段位移内所受合外力逐渐增大，汽车做加速度增大的加速直线运动，故A错误；
F-x图像与坐标轴所围的面积表示F的功，所以F在这段位移内对汽车所作的功为
设汽车在位置时速度大小为v1，根据动能定理有
解得，故B错误；
设汽车在的位置的速度大小为v2，根据动能定理有
解得
汽车在的位置F的瞬时功率为，故C错误；
设所用时间为t，根据动量定理有
解得，故D正确。
3．（2021广西二模）如图甲所示，质量为1kg的木块（视为质点）被水平向左的力F压在竖直墙壁上，木块初始位置离地面高度H=1m，木块与墙面之间的动摩擦因数μ=0.2，木块距离地面的高度h与力F之间的关系如图乙所示，取重力加速度大小g=10m/s2。则木块下滑到地面前的瞬间的速度大小为
A．4m/s B．6m/s C．8m/s D．10m/s
【参考答案】C
【名师解析】根据题述，木块初始位置离地面高度H=4m，由图乙可知对应的压力F=20N，所受的滑动摩擦力Ff=μF=4N。仿照图乙可画出滑动摩擦力Ff随高度h变化的图像如图。根据滑动摩擦力Ff随高度h变化的图像面积表示滑动摩擦力做功可知，从木块从初始位置开始下滑到滑到地面瞬间的过程中，滑动摩擦力做功Wf=8.0J，由动能定理，mgH- Wf=mv2，解得v=8m/s，选项C正确。
4.（2021安徽重点高中质检）物体在变力F作用下沿水平方向做直线运动，物体质量m＝5kg，F随坐标x的变化情况如图所示。若物体在坐标原点处由静止出发，不计一切摩擦。借鉴教科书中学习直线运动时由v－t图象求位移的方法，结合其他所学知识，根据图示的F－x图象，可求出物体运动到x＝16 m处时，速度大小为
A.4 m/s B.2EQ \R(2) m/s C.3 m/s D.EQ \R(17) m/s
【参考答案】A
【名师解析】根据合外力F随坐标x的变化图像面积表示合外力的功，利用动能定理可知物体运动到x＝16 m处时，物体动能Ek=40J，由Ek=mv2，解得物体运动到x＝16 m处时，速度大小为v=4 m/s，选项A正确。
5.（2021福州8县市期中）质量为的物体在水平面上沿直线运动，受阻力大小恒定。经某点开始沿运动方向的水平拉力与运动距离的关系如图所示，物体做匀速直线运动。下列对图示过程的说法正确的是：（ ）
A. 在处物体加速度大小为
B. 拉力对物体做功为
C. 物体克服阻力做功为
D. 合力对物体做功为
【参考答案】BC
【名师解析】根据题述物体做匀速直线运动，可知物体所受摩擦力f=4N，在处物体所受拉力F=7N，由牛顿第二定律，F-f=ma，解得物体加速度大小为a=1.5m/s2，选项A错误；根据水平拉力与运动距离的关系图像等于力F做功，可得拉力对物体做功为WF=40J，选项B正确；物体克服阻力做功为Wf=fx=28J，选项C正确；合力对物体做功为，W合= WF-Wf=40J-28J=12J，选项D错误。
6 .质量为10kg的物体，在变力F作用下沿x轴做直线运动，力随位移x的变化情况如图所示．物体在x＝0处速度为1m/s，一切摩擦不计，则物体运动到x＝16m处时，速度大小为（ ）
A．2m/sB．3 m/sC．4 m/sD．m/s
【参考答案】B
【名师解析】根据力随位移x的变化图像与横轴所围面积表示力F做功，可知W=40J，由动能定理可得，W=mv2-mv02，解得v0=3m/s，选项B正确。
在0﹣4m位移内F恒定，物体做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得：a＝＝1m/s2，根据2ax＝得：v4＝3m/s
对物体在4﹣16m内运动过程运用动能定理得；
＝s4﹣8+0﹣s12﹣16
从图中可知＝，s4﹣8＝s12﹣16＝4m，所以4﹣16m内力F做功之和为0，
得：v16＝v4＝3m/s，选项B正确。
【方法归纳】在0﹣4m位移内F恒定，物体做匀加速直线运动，可以根据匀变速直线运动位移速度公式求出x＝4m处时的速度，在4m﹣8m位移内，力在逐渐减小，是变力，在8m﹣12m位移内力等于零，在12m﹣16m位移内，力F反方向逐渐增大，根据做功公式可知：力F在4﹣16m内做功之和为零，可对这一阶段运用动能定理得到x＝16m处时速度等于x＝4m处时的速度．
7.（2021湖南三湘名校联盟第二次联考）如图甲所示，光滑水平面上有一物块，在水平力作用下由静止开始运动，物块的加速度a随位移变化的图像如图乙所示，则当x=4m时物块的速度为
A．4m/s
B．6m/s
C．4m/s
D．8m/s
【参考答案】.B
【命题意图】本题考查对加速度随位移变化图像的理解、动能定理及其相关知识点。
【解题思路】由动能定理，Fx=mv2，F=ma，变化为ax=v2，由此可知，加速度随位移变化图像的面积表示v2，即×（2+5）×2+（5+6）×2= v2，解得v=6m/s，选项B正确。
二．计算题
1．（20分）（2023四川泸州名校共同体联考）如图甲所示，在倾角α=30°的光滑斜面上，放着质量分为mA=5kg和mB=1kg的A、B两物块轻弹簧一端与物块B相连，另一端与固定挡板相连，整个系统处于静止状态。从t=0时刻开始，对A施加一沿斜面向上的力F使物块A沿斜面向上做匀加速运动，若力F随时间变化的规律如图乙所示（g取10m/s2），求∶
（1）A运动的加速度大小；
（2）弹簧的劲度系数；
（3）从A开始运动到A、B刚分离过程中力F做的功。
【名师解析】
．(1)未施加拉力F时，A、B均静止，可得
t=0时刻刚施加F时，对A、B整体，据牛顿第二定律可得
由图象可得此时
由以上两式解得
(2)据题意可知t=0.2s时，A、B开始分离，刚分离时，对B据牛顿第二定律可得
0～0.2s内，对B
又
解得
(3)设A、B运动的位移为x，A、B分离前，有
可得
从A开始运动到A、B分离
解得
此时拉力F的大小为
由此可得从开始运动到A、B刚分离，F随A、B的位移x变化的图象如图所示
由图象可得
2．（2021甘肃名校质检）如图甲所示，在水平地面上放置一个质量为m=4kg的物体，让其在随位移均匀减小的水平推力作用下运动，推力F随位移x变化的图象如图乙所示，已知物体与地面之间的动摩擦因数为μ=0.5， ，求：
（1）出发时物体运动的加速度大小；
（2）物体能够运动的最大位移。
【名师解析】.（14分）
(1)根据牛顿第二定律，，开始F=100N，
故
(2)根据，由图像可知，推力对物体做的功等于图线与x轴包围的面积，于是推力对物体做的功为
由动能定理可得
解得
3．（2020江苏无锡期末）如图甲所示，静止在水平地面上一个质量为m=4kg的物体，其在随位移均匀减小的水平推力作用下运动，推力F随位移x变化的图象如图乙所示。已知物体与地面之间的动摩擦因数为μ=0.5，g=10m/s2．求：
（1）运动过程中物体的最大加速度大小为多少；
（2）距出发点多远时物体的速度达到最大；
（3）物体最终停在何处？
【名师解析】
（1）由牛顿第二定律得Fm-μmg=ma，其中Fm=100N，
解得：a=20m/s2；
（2）由图象得出，推力F随位移x变化的竖直关系为：F=100-25x，
速度最大时，物体的加速度为零，则F=μmg=20N，
解得：x=3.2m；
（3）F与位移x的关系图线围城的面积表示F所做的功，即，
对全程运动动能定理得WF-μmgxm=0，解得：xm=10m；
答：（1）运动过程中物体的最大加速度大小为20m/s2；
（2）距出发点3.2m时物体的速度达到最大；
（3）物体最终停在据出发点10m处；
【关键点拨】（1）当推力F最大时，加速度最大，根据牛顿第二定律求出物体的最大加速度。
（2）当推力大于摩擦力，物体做加速运动，当推力小于摩擦力，物体做减速运动，可知推力等于摩擦力时，速度最大。结合推力与位移的关系式得出速度最大时经历的位移。
（3）F与位移关系图线围成的面积表示F所做的功，对全过程运用动能定理，抓住动能的变化量为零，求出物体在水平面上运动的最大位移。
本题考查了牛顿第二定律和动能定理的综合运用，知道F-x图线围成的面积表示F做功的大小。