卷子答案网-一个不只有答案的网站广东省惠州市高考物理2021-2022模拟题知识点分类汇编-03功和能、动量
一、单选题
1．（2021·广东惠州·统考模拟预测）如图所示，机械臂主要结构包括上臂、支柱和电机。上臂由同种材料制成且粗细均匀。已知上臂长2m，重20kg，机械臂将30kg的A物体（可看作质点）从如图所示位置（机械臂与竖直方向的夹角为）缓慢提高2m，g=10m/s2，则电机消耗电能约为（ ）
A．600J B．800J C．1000J D．1200J
2．（2021·广东惠州·统考模拟预测）在一次校运会中，某足球运动员用力F将质量为m的足球由静止踢出，飞出速度为，足球沿水平地面滚动了S米后停止．那么，下列关于功和能的分析中，正确的是( )
A．运动员踢球过程中，足球没有位移，人对足球的作用力没有做功
B．运动员踢球过程中，运动员对足球做功为
C．足球滚动过程中，地面阻力对足球做-FS
D．足球滚动过程中，足球的动能消失了
3．（2021·广东惠州·统考模拟预测）如图所示，某同学正在练习颠球。某一次足球从静止自由下落80cm后被重新顶起，离开头部后竖直上升的最大高度仍为80cm。已知足球与头部的作用时间为0.1s，足球的质量为0.4kg，重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力，足球可视为质点，下列说法正确的是（ ）
A．足球刚接触头和刚离开头时的速度相同
B．从足球与头部接触到刚离开时足球的动量变化为零
C．足球从最高点下落至重新回到最高点的过程中重力的冲量为零
D．足球与头部作用过程中，头部对足球的平均作用力为足球重力的9倍
二、多选题
4．（2021·广东惠州·统考模拟预测）2020年11日，我国在海南文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功将“嫦娥五号”探测器送入预定轨道。嫦娥五号在进入环月圆轨道前要进行两次“刹车”。如图所示，第一次“刹车”是在P点让其进入环月大椭圆轨道，第二次是在P点让其进入环月轨道。下列说法正确的是（ ）
A．探测器在不同轨道上经过P点时所受万有引力相同
B．探测器在环月大椭圆轨道运动时的线速度大小不变
C．探测器在环月轨道上运行周期比在大椭圆轨道上运行周期小
D．探测器在环月轨道上运动的机械能比在大椭圆轨道上运动的大
5．（2021·广东惠州·统考模拟预测）一运动员穿着飞翔装备从飞机上跳出后的一段运动过程可近似认为是匀加速直线运动，如图所示，运动员以初速度v0从飞机上跳出，方向与水平方向成，运动员的加速度大小为。已知运动员（包含装备）的质量为m，则在运动员下落高度为h的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．此过程运动员机械能不守恒
B．运动员重力势能的减少量为mgh
C．运动员动能的增加量为mgh
D．运动员的机械能减少了
6．（2022·广东惠州·统考一模）如图，2022年北京冬奥会上自由式滑雪U型池半圆半径为，质量为的运动员从距池边高为处自由下落，由左侧上边缘点进入池中，到达最低点的速度大小为，从右侧点飞出后上升的最大高度为，重力加速度为，下列说法正确的是（ ）
A．此过程中，运动员克服摩擦力和空气阻力的功为
B．运动员第一次滑到点时，对轨道的压力大小为
C．运动员第一次滑到点时，重力的瞬时功率为
D．若，则运动员又恰好能从右侧返回轨道左侧边缘点
7．（2022·广东惠州·统考二模）如图所示，可视为质点的a、b两球的质量均为，a球从倾角为的光滑固定斜面顶端无初速度下滑，b球同时从斜面顶端以速度水平抛出，以下说法正确的是（ ）
A．落地前，a、b两球都做匀变速运动
B．落地前的瞬间，a球的速率小于b球的速率
C．落地前的运动过程中，二者加速度始终相同
D．a、b两球同时落地
三、实验题
8．（2021·广东惠州·统考模拟预测）某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系．
(1)如图（a），将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下表，有数据算得劲度系数___．取
砝码质量 50 100 150
弹簧长度 8.63 7.64 6.62
(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图（b）所示；调整导轨，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小___．
(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为___．
(4)重复(3)中的操作，得到与的关系如图（c）．有图可知，与成___关系，由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的___成正比．
四、解答题
9．（2021·广东惠州·统考模拟预测）图甲为某种简易轨道赛车的轨道图，图乙为拼接直轨道的直板。图丙为部分轨道的简化示意图。其中OA、BC段为直轨道，由多个长为L=0.5m的直板拼接而成：AB为半圆形水平弯道，它能承受最大的侧向压力为FN=20N；圆轨道1为竖直平面内的圆轨道，半径为R1=0.4m。已知该赛车的额定功率为P0=50W。设赛车在水平轨道O点至C点间运动过程中所受阻力大小恒为f=5N，方向与速度相反。不计竖直圆轨道对赛车的阻力，赛车的质量为m=0.2kg，g取10m/s2。求：
（1）若要赛车以额定功率匀速安全地通过水平弯道AB，则弯道AB的半径不能小于多少；
（2）若赛车以额定功率匀速安全转弯后，到B点后关闭动力，要使赛车能安全通过竖直轨道，则BC间最多可拼接几块直板。
10．（2021·广东惠州·统考模拟预测）如图所示，光滑的圆弧轨道AB竖直固定放置，半径R=1.8m，在其右侧光滑的水平面上，紧靠着一平板小车，与圆弧轨道右侧相距为d=16m处的水平面上固定一竖直挡板。小车的上表面与圆弧轨道末端的切线在同一水平面上，上表面长为L=8m，小车质量M=2kg。现有一质量为m=1kg的可视为质点小滑块，从A点静止释放，通过圆弧轨道最低点B运动到平板小车上，已知滑块与小车上表面之间的动摩擦因数μ=0.2，取重力加速度大小g=10m/s2，求：
（1）滑块运动到圆弧轨道最低B时，滑块所受到的支持力大小；
（2）滑块滑到小车上表面后，经过多长时间小车与挡板相碰；
（3）若小车与挡板碰撞前后速度大小不变，碰撞时间，则碰撞过程中挡板对小车的平均作用力大小为多少。
11．（2021·广东惠州·统考模拟预测）一个可视作质点的小物块自A点水平抛出，恰好落于斜面顶端处，并且速度方向与斜面平行．物块沿斜面下滑与固定于斜面底端处且垂直于斜面的挡板发生弹性碰撞后反向弹回，第一次恰好能返回到点．已知点间距，两点水平高度差，间的长度为，，忽略空气阻力，，，求：
（1）物块自A点抛出时的初速度；
（2）物体与斜面间的动摩擦因数。
12．（2021·广东惠州·统考模拟预测）极限运动是一种深受年轻人喜爱的运动，如图甲是极限运动中滑板、轮滑等运动常用的比赛场地U形池，现有某U形池场地示意图如图乙所示，该场地由两段可视为光滑的圆弧形滑道AB和CD以及粗糙程度相同的水平滑道BC构成，图中，某次滑板比赛中质量为（含滑板）的运动员从A点由静止出发，通过AB、BC滑道，冲向CD滑道，到达圆弧CD滑道的最高位置D时速度恰好为零（运动员和滑板整体近似看做质点，空气阻力不计，g取）.
(1)求该运动员在圆弧形滑道AB上下滑至B点时对圆弧形滑道的压力.
(2)该运动员为了第一次经过D处后有时间做空中表演，求他在A点下滑的初速度大小；
(3)在(2)问的初始条件下，运动员在滑道上来回运动，最终将停在何处？
13．（2022·广东惠州·统考一模）如图所示，在倾角为30°的光滑足够长的斜面上建立x轴，单位为米（m），在和处有质量分别为2M和M小球A和B，在x轴正半轴某处垂直于斜面放置一弹性薄挡板，现将两小球同时由静止释放，小球与薄挡板之间、小球与小球之间的碰撞均为弹性正碰，碰撞时间极短，g取10 m/s2，求：
（1）小球A第一次到达原点O处的速度大小和运动时间；
（2）小球A第一次与挡板碰撞后，返回到原点O处时，恰好与小球B迎面发生第一次碰撞，则挡板的位置坐标；
（3） 两小球在原点O处发生第一次碰撞后，立即移动挡板至处，当小球A再次与移动后的挡板相碰后，撤去挡板，使得A与B在x正半轴发生第二次碰撞，求的取值范围。
14．（2022·广东惠州·统考二模）如图所示，质量的滑板B静止放在光滑水平面上，滑板右端固定一根轻质弹簧，弹簧的自由端C到滑板左端的距离，可视为质点的小木块A质量，原来静止于滑板的左端，滑板与木块A之间的动摩擦因数。当滑板B受水平向左恒力作用时间t后，撤去F，这时木块A恰好到达弹簧自由端C处，此后运动过程中弹簧的最大压缩量为。g取，求：
（1）木块A刚滑动时，木块A和滑板B的加速度大小；
（2）木块A压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能；
（3）整个运动过程中系统产生的热量。
参考答案：
1．B
【详解】对物体A做功
对机械臂做功
电机消耗电能约为
故B正确。
故选B。
2．B
【详解】AB、踢球过程中，人对足球的作用力做正功，足球的动能增加，根据动能定理可得运动员对足球做功为 ，故A错误，B正确；
CD、足球滚动过程中，地面阻力对足球做负功，根据动能定理可得运动员对足球做功为 ，足球的动能转化为内能，而不是消失了，故CD错误；
故选B．
3．D
【详解】A．设足球自由下落h=80cm时的速度为v，由速度 位移公式可得，足球到达头部的速度大小为
方向竖直向下，足球离开头部后竖直上抛80cm，由对称性可知，离开头部的速度大小为4m/s，方向竖直向上，故足球刚接触头和刚离开头时的速度不同，A错误；
B．以向上为正方向，从足球与头部接触到刚离开时足球的动量变化为
B错误；
C．足球从最高点下落至重新回到最高点的过程中重力的冲量为
由于重力的作用时间t不为零，故冲量I不为零，C错误；
D．对足球与头部触过程，以向上为正方向，由动量定理有
其中
解得
即头部对足球的平均作用力是重力的9倍，D正确。
故选D。
4．AC
【详解】A．根据万有引力表达式得
可知探测器在不同轨道上经过P点时所受万有引力相同，故A正确；
B．探测器在环月大椭圆轨道运动时的线速度大小是变化的，近月运行时速度大，远月运行时速度小，故B错误；
C．因为探测器在环月轨道上运行的轨道半径比在大椭圆轨道上运行的轨道半长轴小，根据开普勒第三定律
可知，探测器在环月轨道上运行周期比在大椭圆轨道上运行周期小，故C正确；
D．探测器从大椭圆轨道进入环月轨道，做近心运动，故需点火减速，即发动机做负功，机械能减小，故在环月轨道上运动的机械能比在大椭圆轨道上运动的小，故D错误。
故选AC。
5．ABD
【详解】B．运动员下落的高度是h，则重力做功
所以运动员重力势能的减少量为mgh；故B正确；
C．运动员下落的高度是h，则飞行的距离
运动员受到的合外力
根据动能定理可知动能的增加等于合外力做的功，即
故C错误；
AD．运动员的机械能减少了
故此过程运动员的机械能不守恒，故AD正确。
故选ABD。
6．AB
【详解】A．此过程中，由动能定理
运动员克服摩擦力和空气阻力的功为
A正确；
B．运动员第一次滑到点时，由牛顿第二定律
由牛顿第三定律，对轨道的压力大小为
B正确；
C．运动员第一次滑到点时，重力的瞬时功率为
C错误；
D．若，设运动员又恰好能从右侧返回轨道左侧边缘点，则
可得全程克服摩擦力和空气阻力的功为
而实际由于存在摩擦力和空气阻力，返回过程中，同位置速度将变小，摩擦力变小，所以
即运动员回到A点速度不为零，D错误。
故选AB。
7．AB
【详解】AC．落地前，以a球为对象，根据牛顿第二定律可得a球的加速度为
以b球为对象，b球做平抛运动，加速度为
可知落地前，a、b两球都做匀变速运动，b球加速度大于a球加速度，A正确，C错误；
B．假设斜面高度为，对a球根据动能定理可得
解得
对b球根据动能定理可得
解得
可知落地前的瞬间，a球的速率小于b球的速率，B正确；
D．对a球根据运动学公式可得
解得
对b球根据运动学公式可得
解得
可知b球先落地，D错误；
故选AB。
8． 50 相等 滑块的动能 正比 压缩量的平方
【详解】(1)[1]表格中，当时，弹簧长度为，当时，弹簧长度为，当时，弹簧长度为，根据胡克定律，设弹簧的劲度系数为，原长为，则列式
联立解得。
(2)[2]通过光电门来测量瞬时速度，从而获得释放压缩的弹簧的滑块速度，为使弹性势能完全转化为动能，则导轨必须水平，因此通过两个光电门的速度大小须相等。
(3)[3]用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量；当释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能；
(4)[4][5]根据与的关系图可知，图线经过原点，且是斜倾直线，则与成正比，由动能表达式，动能与速度的大小平方成正比，而速度的大小与弹簧的压缩量成正比，因此弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量的平方成正比。
9．（1）1m；（2）3
【详解】（1）赛车以额定功率匀速运动满足
得
在AB段，水平侧向力恰好提供小车做圆周运动的向心力时，半径R0最小，根据牛顿第二定律可得
解得
故弯道AB的半径不能小于1m。
（2）小球能通过圆轨道1最高点，有
则有
从B到圆轨道1最高点，根据动能定理可得
解得
则
故BC间最多可拼接3块直板。
10．（1）30N；（2）5s；（3）82N
【详解】（1）根据动能定理有
则
在运动到圆弧轨道最低B时，有
解得
故滑块运动到圆弧轨道最低B时，滑块所受到的支持力大小为30N。
（2）小滑块的加速度大小为
小车的加速度大小
设经过时间t1后，滑块与小车能共速，此时小滑块的速度有
小车的速度有
且有
联立后代入数值解得
，
此时小滑块的位移为
小车的位移为
滑块在小车上滑动的距离满足
小车的位移满足
故在小车与挡板相碰前，滑块与小车能共速，且滑块未滑离小车，二者共速后滑块与小车一起向右匀速运动，经过时间t2，小车与挡板相碰，有
滑块滑到小车上表面后，经过时间t小车与挡板相碰，则
故滑块滑到小车上表面后，经过5s小车与挡板相碰。
（3）小车与挡板碰撞过程中，对小车，取水平向右为正方向，此过程需考虑摩擦力作用，由动量定理得
解得
故碰撞过程中挡板对小车的平均作用力大小为82N。
11．（1）4m/s；（2）0.5
【详解】（1）由
解得
则
（2）C点时竖直速度
可得
解得
对应用动能定理
又
解得
12．(1) 1800N，方向垂直向下；(2)10m/s；(3)运动员最终停在离B点2.5m处。
【详解】(1)运动员从A到B的过程中由动能定理得
…①
在最低点由向心力公式得
…②
联立①②得
FN=1800N
又由牛顿第三定律可得，对滑道B点的压力大小为1800N，方向垂直向下；
（2）根据运动员到D点时的速度恰好为零，由动能定理得
mgR1-Wf-mgR2=0…③
代入数据得：BC段克服摩擦力做的功
Wf=600J
运动员在空中做竖直上抛运动，上抛的初速度
…④
代入数据得
vD1=10m/s
运动员从A到D由动能定理得
…⑤
代入数据得
vA0=10m/s
(3)运动员下落后会在轨道上来回运动，直到最终静止在BC上；
分析运动的全过程由能量守恒定律得
⑥
代入数据得：运动员在BC段的总路程为
s=47.5m
又由在BC上来回运动的次数
得运动员最终停在离B点2.5m处。
13．（1），；（2）；（3）
【详解】（1）小球AB在斜面运动过程中的加速度大小都为
由得
由可得
（2）由得球B到达O点所需时间
球A从O点到板得时间
所以
（3）由运动对称性可知球A到反弹回到O点时得速度
球B到达O点的速度
以沿斜面向下为正，两球在碰撞过程由动量守恒和能量守恒可得
解得
，
可知碰撞后A球沿斜面向下运动，B球沿斜面向上运动。当B球碰撞后再次到达O点时所用时间为
此时若A 球也恰好到达O点则
解得
当很大时，B球碰撞后再次过O点时A球的速度为
即很大时，在A球未与板碰撞反弹之前，AB球不会发生碰撞。当A球与板碰撞反弹后必然与B球发生第二次碰撞。所以
14．（1）2m/s2，3m/s2；（2）0.3J；（3）1.4J
【详解】（1）木块A和滑板B均向左做匀加速直线运动，对A受力分析，根据牛顿第二定律有
可得木块A刚滑动时，木块A的加速度为
对B受力分析，根据牛顿第二定律有
可得木块A刚滑动时，滑板B的加速度为
（2）根据题意有
即
代入数据得
则撤去F时，木块A的速度为
滑板B的速度为
当木块A和滑板B的速度相同时，弹簧压缩量最大，具有最大弹性势能。根据动量守恒定律有
由能量的守恒和转化得
代入数据求得最大弹性势能为
（3）二者同速之后，设木块相对滑板向左运动离开弹簧后系统又能达到共同速度，相对木板向左滑动距离为s，有
解得
由能量守恒有
得
由于且，则假设成立。故整个过程系统产生的热量为
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
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