(2011-2020)十年高考物理真题分类汇编07 机械能（解析版)

十年高考分类汇编专题07机械能 （2011-2020） 目录 题型一、动能定理与摩擦力做功问题的综合应用 1 题型二、动能定理与与弹簧类问题的综合应用 8 题型三、动能定理与圆周、平抛运动等结合的综合类问题 14 题型四、动能定理与牛二定律运动学相结合的综合考查 24 题型五、动能定理机械能守恒定律与运动的合成与分解的综合考查 29 题型六、机车启动类综合考问题 30 题型一、动能定理与摩擦力做功问题的综合应用 1.（2020全国1）一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10 m/s2。则（　　） A. 物块下滑过程中机械能不守恒 B. 物块与斜面间的动摩擦因数为0.5 C. 物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2 D 当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J 【考点】动能定理、功能关系、牛二定律 【答案】AB 【解析】A选项下滑5m的过程中，重力势能减少30J，动能增加10J，减小的重力势能并不等与增加的动能，所以机械能不守恒，A正确； B选项斜面高3m、长5m，则斜面倾角为θ＝37°。令斜面底端为零势面，则物块在斜面顶端时的重力势能 mgh＝30J 可得质量m＝1kg 下滑5m过程中，由功能原理，机械能减少量等于克服摩擦力做的功：μmg·cosθ·s＝20J 求得μ＝0.5B正确； C．由牛顿第二定律mgsinθ－μmgcosθ＝ma 求得a＝2m/s2C错误 D．物块下滑2.0m时，重力势能减少12J，动能增加4J，所以机械能损失了8J，D选项错误。故选AB。 2.（2020江苏）.如图所示，一小物块由静止开始沿斜面向下滑动，最后停在水平地面上。斜面和地面平滑连接，且物块与斜面、物块与地面间的动摩擦因数均为常数。该过程中，物块的动能与水平位移x关系的图象是（　　） A. B. C. D. 【考点】动能定理、图像识别 【答案】A 【解析】由题意可知设斜面倾角为θ，动摩擦因数为μ，则物块在斜面上下滑水平距离x时根据动能定理有 整理可得 即在斜面上运动时动能与x成线性关系；当小物块在水平面运动时有 即在水平面运动时动能与x也成线性关系；综上分析可知A正确。 故选A。故选C。 3.（2019全国3）从地面竖直向上抛出一物体，物体在运动过程中除受到重力外，还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度h在3 m以内时，物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。该物体的质量为；（ ） A．2 kg B．1.5 kg C．1 kg D．0.5 kg 【考点】图像的识别、动能定理 【答案】C 【解析】分别选择上升过程与下落过程对物体应用动能定理处理； 上升过程，由动能定理，，得，即F+mg=12N； 下落过程，，即N，联立两公式，得到m=1kg、F=2N。 4.（2018·全国2）如图，某同学用绳子拉动木箱，使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度，木箱获得的动能一定（ ） A. 小于拉力所做的功 B. 等于拉力所做的功 C. 等于克服摩擦力所做的功 D. 大于克服摩擦力所做的功 【答案】A 【解析】试题分析：受力分析，找到能影响动能变化的是那几个物理量，然后观测这几个物理量的变化即可。木箱受力如图所示： 木箱在移动的过程中有两个力做功，拉力做正功，摩擦力做负功， 根据动能定理可知即： ，所以动能小于拉力做的功，故A正确；无法比较动能与摩擦力做功的大小，CD错误。 故选A 5.（2016全国2）两实心小球甲和乙由同一种材质制成，甲球质量大于乙球质量。两球在空气中由静止下落，假设它们运动时受到的阻力与球的半径成正比，与球的速率无关。若它们下落相同的距离，则（ ） A.甲球用的时间比乙球长 B.甲球末速度的大小大于乙球末速度的大小 C.甲球加速度的大小小于乙球加速度的大小 D.甲球克服阻力做的功大于乙球克服阻力做的功 【答案】BD 【解析】两球的质量，由牛二定律得：，可得：，由知甲球运动的时间较短，故AC 错误；由机械能守恒的，得；故B 对， 的阻力对甲球做功较大；故D 对； 4.（2015浙江）如图所示，用一块长的木板在墙和桌面间架设斜面，桌面高H=0.8m，长。斜面与水平桌面的倾角可在0~60°间调节后固定。将质量m=0.2kg的小物块从斜面顶端静止释放，物块与斜面间的动摩擦因数，物块与桌面间的动摩擦因数，忽略物块在斜面与桌面交接处的能量损失。（重力加速度取；最大静摩擦力等于滑动摩擦力） （1）求角增大到多少时，物块能从斜面开始下滑；（用正切值表示） （2）当增大到37°时，物块恰能停在桌面边缘，求物块与桌面间的动摩擦因数 （已知sin37°=0.6，cos37°=0.8） （3）继续增大角，发现=53°时物块落地点与墙面的距离最大，求此最大距离 【考点】牛二定律、动能定理 【答案】（1）（2）（3） 【解析】： （1）为使小物块下滑 求得； （2） 物体克服摩擦力做功： 由动能定理得：代入数据得： （3） 由动能定理得：代入数据；； ， 5.（2018全国1）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%。 【考点】功能关系、动能定理 【答案】（1）（1）4.0×108 J 2.4×1012 J （2）9.7×108 J 【解析】：（1）飞机着地瞬间的机械能为式中，m、v0分别是飞船的质量和着地瞬间的速率。代入参数得： 设地面附近的加速度大小为g，飞船进入大气层的机械能为；；代入相关参数得： （2）飞船在h为600米处的机械能为；由功能关系得：代入县官参数得： 6.(2014全国2） 一物体静止在粗糙水平地面上，现用一大小为F1的水平拉力拉动物体，经过一段时间后其速度变为v.若将水平拉力的大小改为F2，物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v.对于上述两个过程，用WF1、WF2分别表示拉力F1、F2所做的功，Wf1、Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功，则(　　) A．WF2＞4WF1，Wf2＞2Wf1 B．WF2＞4WF1，Wf2＝2Wf1 C．WF2＜4WF1，Wf2＝2Wf1 D．WF2＜4WF1，Wf2＜2Wf1 【考点】运动分析、动能定理 【答案】：C 【解析】： 因物体均做匀变速直线运动，由运动学公式得前后两个过程的平均速度是2倍关系，那么位移x＝t也是2倍关系，若Wf1＝fx，则Wf2＝f·2x故Wf2＝2Wf1；由动能定理WF1－fx＝mv2和WF2－f·2x＝m(2v)2得WF2＝4WF1－2fx<4WF1，C正确． 7.（2015天津）某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意如图．皮带在电动机的带动下保持V=1 m／s的恒定速度向右运动．现将一质量为m=2 kg的邮件轻放在皮带上．邮件和皮带间的动摩擦因数μ= 0．5。设皮带足够长．取g=10m／s2，在邮件与皮带发生相对滑动的过程中，求 (1)邮件滑动的时间t ； (2)邮件对地的位移大小x ； (3)邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功W。 【考点】运动分析、牛二定律、动能定理 【答案】（1）0.2s (2) 0.1m (3) -2 J 【解析】（1）设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为F，则 F = μmg ······ 由牛顿第二定律求出邮件的加速度a = F/m =μg =5m/s ······ 由匀变速直线运动规律v = at ，代入数据得： t = v/a = 0.2s ······ （2）邮件与皮带发生相对滑动的过程中，对邮件应用动能定理，有 Fx = mv2 – 0 ······ 由式并代入数据得： x = 0.1m ······ （3）邮件与皮带发生相对滑动过程中，设皮带相对地面的位移为s ，则 S = vt ······ 摩擦力对皮带做的功W = -Fs ······ 由式并代入数据得：W = -2 J······· 8.（2019全国2）从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和。取地面为重力势能零点，该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。由图中数据可得（ ） A．物体的质量为2 kg B．h=0时，物体的速率为20 m/s C．h=2 m时，物体的动能Ek=40 J D．从地面至h=4 m，物体的动能减少100 J 【答案】AD 【解析】本题重在考查重力势能以及机械能与高度h的关系；本题中物体在上升的过程中机械能不守恒，这一点一定要注意； A．Ep-h图像知其斜率为G，故G= =20N，解得m=2kg，故A正确 B．h=0时，Ep=0，Ek=E机-Ep=100J-0=100J，故=100J，解得：v=10m/s，故B错误； C．h=2m时，Ep=40J，Ek= E机-Ep=85J-40J=45J，故C错误 D．h=0时，Ek=E机-Ep=100J-0=100J，h=4m时，Ek’=E机-Ep=80J-80J=0J，故Ek- Ek’=100J，故D正确 题型二、动能定理与与弹簧类问题的综合应用 9.（2019江苏）如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态．小物块的质量为m，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.弹簧的最大弹力为μmg B.物块克服摩擦力做的功为2μmgs C.弹簧的最大弹性势能为μmgs D.物块在A点的初速度为 【考点】动能定理 【答案】B C 【解析】：小物块压缩弹簧最短时被弹簧反弹，说明，故A错误；选择全过程对小物块应用动能定理，小物块的路程为，所以全过程中克服摩擦力做的功为： ，故B正确；小物块从弹簧压缩最短处到A点由能量守恒得：，故C正确；小物块从A点返回A点由动能定理得：，解得：，故D错误。 10.（2018·江苏卷）如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小物块，O点为弹簧在原长时物块的位置．物块由A点静止释放，沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最远到达B点．在从A到B的过程中，物块（ ） A. 加速度先减小后增大 B. 经过O点时的速度最大 C. 所受弹簧弹力始终做正功 D. 所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功 【答案】AD 【解析】本题考查力与运动的关系和功能关系，意在