2023年高考物理与强基计划核心知识点复习与真题精选 机械能

机械能一、真题精选（高考必备）1．（2020·全国·高考真题）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、Ⅰ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0.5C．物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2D．当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J2．（2019·全国·高考真题）从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能E k与重力势能E p之和．取地面为重力势能零点，该物体的E总和E p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 kgB．h=0时，物体的速率为20 m/sC．h=2 m时，物体的动能E k=40 JD．从地面至h=4 m，物体的动能减少100 J3．（2017·浙江·高考真题）如图所示，无人机在空中匀速上升时，不断增加的能量是（）A．动能B．动能、重力势能C．重力势能、机械能D．动能、重力势能、机械能4．（2019·全国·高考真题）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3m以内时，物体上升、下落过程中动能E k随h的变化如图所示．重力加速度取10m/s2．该物体的质量为A．2kg B．1.5kg C．1kg D．0.5kg5．（2017·天津·高考真题）“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮，是天津市的地标之一。

摩天轮悬挂透明座舱，乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动。

下列叙述正确的是（）A．摩天轮转动过程中，乘客的机械能保持不变B．在最高点，乘客重力大于座椅对他的支持力C．摩天轮转动一周的过程中，乘客重力的冲量为零D．摩天轮转动过程中，乘客重力的瞬时功率保持不变二、强基训练（高手成长基地）1．（2021·黑龙江·哈尔滨德强学校高三期中）一物体静止在水平地面上，在竖直向上拉力F作用下开始向上运动，如图甲所示，在物体向上运动过程中，其机械能E与位移x的关系图象如图乙所示，已知曲线上A点的切线斜率最大，不计空气阻力，则下列说法错误的是（）A．在x1处物体所受拉力最大B．0～x1过程中合外力增大C．在x1～x2过程中，物体的加速度一直减小D．在x1～x2过程中，物体的动能先增大后减小2．（2022·全国·高三专题练习）我国建成了多个智能化无人码头，是工业及信息化技术用于提升生产效率的重要应用。

基于AI控制的智能龙门吊能兼顾速度、能耗和安全性，如图所示，假设电机能控制吊绳的拉力按F=F0+kv（F0与k为未知常量）变化，将一体积较大的重物从静止开始竖直吊起，重物受到的空气阻力与速度成正比，则关于重物的加速度a、速度v、电机功率P以及重物的机械能E随时间变化的图象可能是（）A ．B ．C ．D ．3．（2022·广东·高三专题练习）在距地面高H 处由静止释放一小球，小球向下运动过程中受到的阻力不能忽略，以地面为重力势能的零势能面，物体的机械E 能随小球到地面的高度h 的变化关系图像如图所示，图中纵坐标b 、c 为已知数据，重力加速度为g 。

根据图像判断下列说法正确的是（ ） A ．小球的质量等于cgHB ．当2Hh时，小球的动能等于重力势能b C ．小球运动的加速度等于b g cD ．运动过程中小球受到的阻力大小恒为c H4．（2021·重庆八中高三阶段练习）如图所示，一半径为R 的光滑半圆形细轨道，其圆心为O ，竖直固定在地面上。

轨道正上方离地高为h 处固定一水平光滑长直细杆，杆与轨道在同一竖直平面内，杆上P 点处固定一定滑轮，P 点位于O 点正上方。

A 、B 是质量均为m 的小环，A 套在杆上，B 套在轨道上，一条不可伸长的轻绳通过定滑轮连接两环。

两环均可看做质点，且不计滑轮大小与摩擦。

现对A 环施加一水平向右的力F ，使B 环从地面由静止开始沿轨道运动。

则（ ）A ．若缓慢拉动A 环，B 环缓慢上升至D 点的过程中，B 环所受轨道的支持力不变 B ．若F 为恒力，B 环最终将静止在D 点C ．若F 为恒力，B 环被拉到与A 环速度大小相等时，sin R OPB h∠= D ．若拉力恒为F ，B 环被拉到D 点时B 环机械能的增量为()22E Fh R h R ∆=+-+5．（2021·山东·高三专题练习）如图所示，劲度系数为k 的弹簧下悬挂一个质量为m 的重物，处于静止状态。

手托重物使之缓慢上移，直到弹簧恢复原长，然后放手使重物从静止开始下落，重物下落过程中的最大速度为v ，不计空气阻力。

下列说法正确的是（ ）A ．重物从静止下落到最低点的过程中，重物重力势能的减少量为222m g kB ．重物从静止下落到速度最大的过程中，重物机械能的减少量为22212m g mv k -C ．弹簧弹性势能最大时重物的加速度大小为gD ．手对重物做的功大于22m g k6．（2021·全国·高三专题练习）如图甲所示，倾角为37°的传送带以恒定速度运行。

现将质量为1kg 的小物体以一定的初速度平行射到传送带上，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示。

取沿传送带向上为正方向，g =10m/s 2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。

则（ ）A ．物体与传送带间的动摩擦因数为 0.875B ．0~8s 内物体位移的大小为18mC ．0~8s 内的物体机械能的增量为90JD ．0~8s 内的物体与传送带由于摩擦力产生的热量为126J 7．（2019·浙江·高三阶段练习）摄制组在某大楼边拍摄武打片，要求特技演员从地面飞到屋顶。

如图所示，若特技演员质量m =50kg ，导演在某房顶离地H =12m 处架设了轮轴(轮与轴有相同的角速度)，轮和轴的直径之比为3：2(人和车均视为质点，且轮轴直径远小于H)，若轨道车从图中A匀速前进到B，速度v=10m/s，绳BO与水平方向的夹角为53°，则由于绕在轮上细钢丝的拉动，使演员由地面从静止开始向上运动。

在车从A运动到B的过程中(g取10m/s2，sin53°=0.8)A．演员上升的高度为3mB．演员最大速度为9m/sC．以地面为重力势能的零点，演员最大机械能为2400JD．钢丝在这一过程中对演员做功为4275J8．（2021·湖南·高三阶段练习）如图，长度为L的直杆AB的一端固定在水平细杆MN下方，AB与MN位于同一竖直面内，且与MN间夹角为θ。

一质量为m的带孔小球C套在AB上，与AB间滑动摩擦系数0.2μ=。

小球始终受到沿MN方向、大小恒为3mg的风力作用。

自A端静止释放小球。

（以MN所在水平面为重力零势能面，153tan79.843+︒≈，153tan77.263-︒≈）度1a及离开直杆时的机械能（1）在60θ=︒的情况下，求小球沿杆AB运动的加速1E；（2）为使小球离开直杆时的机械能最大，求杆AB与MN间的夹角2θ及相应小球离开直杆时的机械能maxE；（3）分析说明当杆AB与MN间的夹角3θ为多少时，C离开AB时的速率最大。

9．（2021·全国·高三专题练习）在物理学中，研究微观物理问题可以借鉴宏观的物理模型，可使问题变得更加形象生动。

弹簧的弹力和弹性势能变化与分子间的作用力以及分子势能变化情况有相似之处，因此在学习分子力和分子势能的过程中，我们可以将两者类比，以便于理解。

(1)质量相等的两个小球用劲度系数为k，原长为l0的轻弹簧相连，并置于光滑水平面上。

现给其中一个小球沿着弹簧轴线方向的初速度，整个系统将运动起来，已知在此后的运动过程中弹簧的弹性势能大小E p与弹簧的长度l的关系如图甲所示。

①请说明曲线斜率的含义；②已知弹簧最小长度为l1，求弹簧的最大长度l2为多大？(2)研究分子势能是研究物体内能的重要内容。

已知某物体中两个分子之间的势能E p与两者之间距离r的关系曲线如图乙所示。

①由图中可知，两分子间距离为r0时，分子势能最小，请说出r=r0时两分子间相互作用力的大小，并定性说明曲线斜率绝对值的大小及正负的物理意义；②假设两个质量相同的分子只在分子力作用下绕两者连线的中点做匀速圆周运动，当两者相距为r1时，分子的加速度最大，此时两者之间的分子势能为E p1，系统的动能与分子势能之和为E。

请在如图乙所示的E p—r曲线图像中的r轴上标出r1坐标的大致位置，并求出此时两分子之间的分子作用力大小。

10．（2020·全国·高三专题练习）如图所示，半径为R的四分之三圆周轨道固定在竖直平面内，O为圆轨道的圆心，D为圆轨道的最高点，圆轨道内壁光滑，圆轨道右侧的水平面BC与圆心等高．质量为m的小球从离B点高度为h处（332R h R≤≤）的A点由静止开始下落，从B点进入圆轨道，重力加速度为g）．（1）小球能否到达D点？试通过计算说明；（2）求小球在最高点对轨道的压力范围；（3）通过计算说明小球从D点飞出后能否落在水平面BC上，若能，求落点与B点水平距离d的范围．三、参考答案及解析（一）真题部分1．AB【解析】A ．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 ．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，机械能的减少量等于克服摩擦力做的功μmg ·cos θ·s ＝20J求得μ＝0.5，B 正确；C ．由牛顿第二定律mg sin θ－μmg cos θ＝ma 求得a ＝2m/s 2，C 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．AD【解析】A ．Ep -h 图像知其斜率为G ，故G =80J4m=20N ，解得m =2kg ，故A 正确 B ．h =0时，Ep =0，Ek =E 机-Ep =100J -0=100J ，故212mv =100J ，解得：v =10m/s ，故B 错误；C ．h =2m 时，Ep =40J ，Ek = E 机-Ep =90J -40J=50J ，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 3．C【解析】无人机在匀速上升过程中，它的质量不变，速度不变，则动能不变；同时高度增加，其重力势能增加；因机械能等于动能与势能的总和，所以无人机的机械能增加。