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（A卷）

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 专题六 机械能及其守恒定律（A卷）1.如图所示，在水平雪面上雪橇受与水平方向成α角的拉力F作用，沿直线匀速前进了s的距离。下列说法正确的是(   )。
 A.拉力做功为 B.地面对雪橇的支持力做正功C.重力对雪橇做负功 D.外力对雪橇做的总功是零2.如图所示，倾角为30°的斜面上，质量为m的物块在恒定拉力作用下沿斜面以加速度（g为重力加速度）向上加速运动距离x的过程中，下列说法正确的是(   )。
 A.重力势能增加 B.动能增加 C.机械能增加 D.拉力做功为3.某探究小组对一辆新能源小车的性能进行研究。他们让这辆小车在水平的直轨道上由静止开始运动，并将小车运动的全过程记录下来，通过处理转化为图像，如图所示（除2~10 s时间段图线为曲线外，其余时间段图线均为直线）。已知小车运动的过程中，2~14 s时间段内小车的功率保持不变，在第14 s末撤去动力而让小车自由滑行，小车的质量为1.0 kg，可认为在整个运动过程中小车所受到的阻力大小不变。以下对小车的描述正确的是(   )
 A.小车所受的阻力大小为3 N B.小车匀速行驶阶段的功率为9 WC.小车在加速运动过程中位移的大小为40 m D.小车在前2 s受到的合力大小大于阻力大小4.北京时间2019年9月29日晚，女排世界杯圆满落下帷幕，中国队最终以11战全胜积32分的成绩成功卫冕。如图所示为中国队某队员站在球网前3 m处正对球网将高为2.5 m处的球水平击出的场景，排球在对方有效区域内触地，已知排球运动员击球时球正要向下掉落。已知每边球场的长和宽均为9 m，球网高2.24 m，排球质量约为0.28 kg，不计空气阻力。设排球运动员击球时对排球做的功为W，排球落地时的机械能为E，则下列各组值中可能正确的是（g取）(   )A.  B. C.  D.5.中国空间站的建设过程是，首先发射核心舱，核心舱入轨并完成相关技术验证后，再发射实验舱与核心舱对接，组合形成空间站，假设实验舱先在近地圆形过渡轨道上运行，某时刻实验舱短暂喷气，离开过渡轨道与运行在较高轨道上的核心舱安全对接，忽略空气阻力，以下说法正确的是(   )A.实验舱应当向前喷出气体 B.喷气前后，实验舱与喷出气体的总动量不变C.喷气前后，实验舱与喷出气体的机械能不变D.实验舱在飞向核心舱过程中，机械能逐渐减小6.用传感器研究质量为2 kg的物体由静止开始做直线运动的规律时，在计算机上得到0~6 s内物体的加速度随时间变化的关系如图所示。下列说法正确的是(   )。
 A.0~6 s内物体先向正方向运动，后向负方向运动B.0~6 s内物体在4 s时的速度最大C.物体在2 s~4 s内速度不变D.0~4 s内合力对物体做的功等于0~6 s内合力做的功7.如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然伸长状态。有一质量为m的小物块，以一定的初速度v从A点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度。在上述过程中(   )
 A.物块克服摩擦力做的功为零 B.物块克服摩擦力做的功为C.弹簧的最大弹性势能为 D.弹簧的最大弹性势能为8.如图所示，用长为L的轻绳把一个铁球悬挂在高的O点处，小铁球以O为圆心在竖直平面内做圆周运动且恰能到达最高点B处，则有(   )。
 A.小铁球在运动过程中轻绳的拉力最大为B.小铁球在运动过程中轻绳的拉力最小为C.若运动中轻绳断开，则小铁球落到地面时的速度大小为D.若小铁球运动到最低点轻绳断开，则小铁球落到地面时的水平位移为9.如图甲所示，在光滑水平面上，轻质弹簧一端固定，物体A以速度向右运动压缩弹簧，测得弹簧的最大压缩量为x.现让弹簧一端连接另一质量为m的物体B，如图乙所示，物体A以的速度向右压缩弹簧，测得弹簧的最大压缩量仍为x，则(   )A.物体A的质量为  B.物体A的质量为C.弹簧压缩量最大时的弹性势能为 D.弹簧压缩量最大时的弹性势能为10.如图所示，一小物块在粗糙程度相同的两个固定斜面上从A经B滑动到C，若不考虑物块在经过B点时机械能的损失，则下列说法中正确的是(   )A.从A到B和从B到C，减少的机械能相等B.从A到B和从B到C，减少的重力势能相等C.从A到B和从B到C，因摩擦而产生的热量相等D.小物块在C点的动能一定最大11.一汽车在水平平直路面上，从静止开始以恒定功率P运动，运动过程中所受阻力大小不变，汽车最终做匀速运动。汽车运动速度的倒数与加速度a的关系如图所示。下列说法正确的是(   )。
 A.汽车运动的最大速度为 B.阻力大小为C.汽车的质量为  D.汽车的质量为12.质量为1 kg的物体静止在水平粗糙的地面上，在一水平外力F的作用下运动，如图1所示。外力F和物体克服摩擦力做的功W与物体位移x的关系如图2所示，重力加速度g取。下列分析正确的是(   )。
 A.物体与地面之间的动摩擦因数为0.2B.物体运动的位移为13 mC.物体在前3 m运动过程中的加速度大小为D.时，物体的速度为13.如图所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块相连，弹簧处于自然长度时物块位于O点（图中未标出）。物块的质量为，物块与桌面间的动摩擦因数为μ，现用水平向右的力将物块从O点拉至A点，拉力做的功为W。撤去拉力后物块由静止向左运动，经O点到达B点时速度为零，重力加速度为g。则上述过程中(   )。

A.物块在A点时弹簧的弹性势能一定大于在B点时的弹性势能B.物块在O点时动能最大C.物块在B点时，弹簧的弹性势能大于D.经O点时，物块的动能小于14.质量为2 kg的物体放在动摩擦因数为的水平地面上，在水平拉力F的作用下由静止开始运动，拉力做的功W和物体的位移s之间的关系如图所示，重力加速度，物体从静止到位移为9 m的过程中，下列说法中正确的是(   )
 A.物体先做匀加速运动，然后做匀减速运动 B.拉力F的平均功率为6.75 WC.摩擦力做的功为 D.拉力F的最大瞬时功率为12 W15.如图所示，横截面为等腰三角形的光滑斜面，倾角，斜面足够长，物块B和C用劲度系数为k的轻弹簧连接，它们的质量均为为一固定挡板，B与质量为的物块A通过不可伸长的轻绳绕过光滑定滑轮相连。现固定A，此时绳子伸直无弹力且与斜面平行，系统处于静止状态，然后由静止释放物块A，则(   )A.物块A释放瞬间，其加速度大小为B.物块C即将离开D时，物块A的加速度大小为C.物块A运动过程中的最大速度为D.物块A从释放到第一次获得最大速度的过程，其位移大小为16.某同学为了研究物体下落过程的特点，设计了如图甲所示的实验，将两本书从高楼楼顶放手让其落下，两本书下落过程中没有翻转和分离，由于受到空气阻力的影响，其图像如图乙所示，倾斜的虚线在P点与图线相切，已知，则(   )A.时A处于超重状态 B.时的加速度大小为C.下落过程中系统的机械能守恒 D.0~2 s内系统的机械能减少量大于99 J17.如图所示，内壁光滑的环形凹槽半径为R，固定在竖直平面内，一根长度为的轻杆，一端固定小球甲，另一端固定小球乙，两球质量均为m。将两小球放入凹槽内，小球乙恰好位于凹槽的最低点，由静止释放后(   )。
 A.整个运动过程，甲球的速率始终等于乙球的速率B.当甲、乙两球到达同一高度时，甲球的速率达到最大值C.甲球在下滑过程，轻杆对甲球先做正功后做负功D.甲球可沿凹槽下滑到槽的最低点18.如图所示，轻质弹簧和一质量为M的带孔的小球套在一光滑竖直固定杆上，弹簧一端固定在地面上，另一端与小球在A处相连（小球被锁定），此时弹簧处于原长。小球通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与一个质量为m的物块相连，由静止释放小球，小球下滑到C处时速度为零，此时弹簧被压缩了h，弹簧一直在弹性限度内，重力加速度为g，则下列说法正确的是(   )
 A.在小球下滑的过程中，小球的速度始终大于物块的速度B.从过程小球和物块重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量C.从过程小球和物块的重力势能和弹簧的弹性势能之和先增大后减小D.小球下滑到C处时，弹簧的弹性势能为19.如图所示，是半径为R的四分之一圆弧轨道，轨道底端B点与一水平轨道相切，水平轨道又在C点与足够长的斜面平滑连接，轨道B处有一挡板（厚度不计），斜面足够长。在圆弧轨道上静止着N个半径为的光滑刚性小球，小球恰好将圆弧轨道铺满，小球从A到B依次标记为1、2、3、…、N号。现将圆弧轨道末端B处的挡板拿走，N个小球由静止开始沿轨道运动，不计摩擦与空气阻力，下列说法正确的是(   )
 A.N个小球在运动过程中始终不会散开B.第1个小球从A到B过程中机械能守恒C.第1个小球到达B点前第N个小球做匀加速运动D.第1个小球到达最低点的速度小于20.2020年新年伊始，人们怀着对新一年的美好祝愿和期盼，在广场的水平地面上竖立了“2020”数字模型，该模型由较细的光滑管道制造而成，每个数字高度相等，数字“2”的上半部分是半径的圆形管道，数字“0”是半径的圆形管道，“2”与“0”之间分别由导轨和连接，最右侧数字“0”管道出口处与四分之一圆轨道连接。从轨道上某处由静止释放质量的小球，若释放点足够高，小球可以顺着轨道连续通过“2020”管道并且可以再次返回“2020”管道。分别为数字“2”和“0”管道的最高点，水平轨道与小球间的动摩擦因数，且长度，其余轨道均光滑，不计空气阻力且小球可以当作质点，。
 （1）若小球恰好能通过“2020”管道，则将小球在轨道上由静止释放处相对地面的高度h为多少？（2）若小球从高处静止释放，求小球第一次经过D点时对管道的压力大小。


        答案以及解析1.答案：D解析：根据功的定义式可知，拉力做的功，A项错误；雪橇受到的重力和支持力与雪橇的位移垂直，做功为零，B、C两项错误；因为雪橇做匀速直线运动，所以其所受合力为零，则外力对雪橇做的总功为零，D项正确。2.答案：C解析：物块上升的高度为，因而增加的重力势能，A项错误；根据动能定理可得增加的动能，B项错误；根据能量守恒定律可得，故增加的机械能，C项正确；由于斜面是否光滑未知，因而不能确定拉力的大小，不能得到拉力做的功，D项错误。3.答案：B解析：本题考查机车启动问题和动能定理的应用。由速度—时间图像得小车匀加速运动时对应的加速度，小车在2 s时的功率等于匀速运动时的功率，因此有，代入数据解得，前2 s小车受到的合力大小，恰好等于阻力大小，选项A、D错误，B正确；2~10 s时间内小车的功率恒定，则由动能定理得，解得，匀加速阶段的位移，那么小车在加速阶段的总位移为，选项C错误。4.答案：C解析：当排球恰好过网时，有，解得，当排球恰不出界时，有，解得，由于排球运动员击球时球正要向下掉落，说明击球时，球的速度几乎为零，则球离开手后的速度，排球运动员击球时对排球做的功，故，排球落地时的机械能，故C正确。5.答案：B解析：实验舱要与较高轨道上的核心舱安全对接，必须加速，因此需向后喷出气体，A错误；喷气过程中，实验舱与喷出气体组成的系统，内力远大于外力，系统动量守恒，故喷气前后，实验舱与喷出气体的总动量不变，B正确；喷气过程中，燃料的内能转化为实验舱与气体的机械能，故喷气前后，实验舱与喷出气体的机械能变化，C错误；实验舱在飞向核心舱的过程中，只有万有引力做功，机械能守恒，D错误.6.答案：D解析：由可知，图像中，图线与坐标轴所围面积表示质点的速度，0~6 s内物体的速度始终为正值，故运动方向一直为正方向，A项错误；时，速度最大，B项错误；2 s~4 s内加速度保持不变且不为零，速度一定变化，C项错误；0~4 s内与0~6 s内图线与坐标轴所围面积相等，故物体4 s末和6 s末速度相同，由动能定理可知，两段时间内合力对物体做功相等，D项正确。7.答案：B解析：本题考查动能定理的应用。整个过程中，物块所受的摩擦力大小为，始终恒定，摩擦力一直做负功，根据功的定义可得物块克服摩擦力做的功为，故A错误，B正确；物块向左运动的过程中，根据动能定理可知，解得弹簧的最大弹性势能，故C、D错误。8.答案：C解析：小铁球以O为圆心在竖直平面内做圆周运动且恰能到达最高点B处，说明小铁球在最高点B处，轻绳的拉力最小为零，则，得，由机械能守恒定律得，在最低点轻绳的拉力最大，由牛顿第二定律得，联立解得轻绳的拉力最大为，A、B两项错误；以地面为重力势能参考平面，小铁球在B点处的总机械能为，无论轻绳在何处断开，小铁球的机械能总是守恒的，因此到达地面时的动能，落到地面时的速度大小，C项正确；小铁球运动到最低点时速度，由，联立解得小铁球落到地面时的水平位移，D项错误。9.答案：D解析：设物体A的质量为，物体A压缩弹簧的最大压缩量为x时，物体A的动能全部转化为弹簧的弹性势能（设为），则有；当物体A以向右运动压缩弹簧时，物体及弹簧组成的系统动量守恒，当共速（设为v）时，弹簧达到最大压缩量，也为x，则有，由功能关系有，联立解得，故A、B、C错误，D正确.10.答案：B解析：设斜面与水平面的夹角为θ，则斜面的长度为，物块受到的摩擦力为，物块下滑的过程中摩擦力做的功为与水平面的夹角比大，可知在物块下滑的过程中，从B到C过程中克服摩擦力做的功多，物块减少的机械能多，A错误；重力势能变化量由初、末位置高度差决定，段的高度和段的高度相同，则减少的重力势能相等，B正确；摩擦力做负功产生热量，可知从B到C过程中克服摩擦力做的功多，产生的热量多，C错误；根据动能定理，由于从B到C过程不知重力做功和摩擦力做功的大小关系，故不知两位置小物块的动能大小关系，D错误.11.答案：AD解析：根据牛顿第二定律可知，则由图像可知，当时速度最大，最大值为，A项正确；由得阻力大小，B项错误；由图像可知，当时，则，则，C项错误，D项正确。12.答案：ACD解析：由对应题图2可知，物体与地面之间的滑动摩擦力，由可得，A项正确；由对应题图2可知，前3 m内，拉力，3 m~9 m内拉力，物体在前3 m内的加速度，C项正确；由动能定理得，可得时，物体的速度，D项正确；物体的最大位移，B项错误。13.答案：AD解析：物块由A到B的过程中有一部分弹性势能用于克服摩擦力做功，A项正确；当物块从A向B运动过程中加速度为零时速度最大，此时，弹簧仍处于伸长状态，B项错误；由动能定理可得，可得物块在O点的动能小于，D项正确；由能量守恒定律可得，物块在B点时，弹簧的弹性势能，C项错误。14.答案：BC解析：本题考查功率的计算。物体运动过程中，摩擦力大小，根据，由题图可知，在0~3 m位移内，拉力大小，物体做加速运动；在3~9 m内，拉力大小，物体做匀速运动，A错误；在0~3 m位移内，根据牛顿第二定律可得，又根据匀变速运动位移与时间关系可得，得，此时物体的速度，在3~9 m位移内，物体做匀速运动，所用时间，拉力F的平均功率，B正确；摩擦力做功，C正确；在位移为3 m时，物体的速度最大，拉力F的瞬时功率最大，，D错误。15.答案：AC解析：本题考查含弹簧的功能关系问题。开始系统静止时，对于物块B有，物块A释放瞬间，物块具有大小相等的加速度，由牛顿第二定律得，解得，选项A正确；当物块C即将离开D时，有，对整体有，解得，选项B错误；物块A加速度为零时，其速度最大，则物块A从释放到第一次获得最大速度的过程，其位移大小为，联立解得，选项D错误；从物块A释放到物块C刚要离开D的过程，初、末态弹簧的弹性势能相等，系统由能量守恒定律得，联立解得，选项C正确。16.答案：BD解析：根据图线切线的斜率表示加速度，知时A的加速度为正，方向竖直向下，则A处于失重状态，故A错误.时的加速度大小为，故B正确.由于空气阻力对做负功，则下落过程中系统的机械能不守恒，故C错误.0~2 s内下落的高度，系统的重力势能减少量，动能增加量，则系统的机械能减少量，故D正确.17.答案：ABD解析：整个运动过程，两球沿杆方向速度相等，即，则有，所以甲球的速率始终等于乙球的速率，A项正确；设甲球与圆心的连线与竖直方向的夹角为θ，则乙球与圆心的连线与竖直方向的夹角为，对于甲、乙组成的系统，由机械能守恒定律，有，得，当时，即甲、乙两球到达同一高度时，甲球的速率达到最大值，B项正确；甲球在下滑过程中，轻杆对甲球的作用力表现为支持力，力的方向与运动方向间的夹角始终为135°，轻杆对甲球一直做负功，C项错误；假设甲球能沿凹槽下滑到槽的最低点，则此时乙球运动到与圆心等高的位置，对于系统，根据机械能守恒定律可得，故假设成立，D项正确。18.答案：ABD解析：本题考查根据连接体的运动分析能量的转化。小球的速度可分解为沿细绳方向的速度和垂直细绳方向的速度，设小球的速度为v，细绳与竖直方向的夹角为θ，可得，而物块的速度，所以，选项A正确；在A处和C处，小球和物块的速度大小均为零，则过程两者动能变化量均为零，根据能量守恒定律得，小球和物块的重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量，即，而，所以，选项B、D正确；在过程中，小球和物块的速度先从零开始增大，后减小至零，故两者的动能先增大后减小，而小球、物块和弹簧组成的系统机械能守恒，所以三者势能之和先减小后增大，选项C错误。19.答案：AD解析：本题考查多物体的多过程问题。在下滑的过程中，水平轨道上的小球要做匀速运动，而圆弧轨道上的小球要做加速运动，则后面的小球对前面的小球有向前的压力作用，所以小球之间始终相互挤压，冲上斜面后，后面的小球把前面的小球往上压，所以小球之间始终相互挤压，故N个小球在运动过程中始终不会散开，故A正确；第1个小球在下落过程中受到挤压，所以有外力对小球做功，小球的机械能不守恒，故B错误；由于小球在下落过程中速度发生变化，同时相互间的挤压力发生变化，所以第1个小球到达B点前第N个小球不可能做匀加速运动，故C错误；对N个小球整体来说，它们呈圆弧分布在段时，重心低于，小球整体的重心下降到最低点的过程中，根据机械能守恒定律得，解得;所以第1个小球到达最低点的速度，故D正确。20.答案：（1）3.5 m（2）20 N，方向竖直向上解析：（1）恰好能过管道最高点即最高点速度为0
阶段由动能定理有
阶段由机械能守恒定律得
联立解得。
（2）从释放到运动至C处，由动能定理得

阶段由机械能守恒定律得

设小球在D处受到的弹力为，在D点有
解得
由牛顿第三定律可知小球在D处对管道的压力大小也为20 N，且方向竖直向上。