2019年高考物理真题同步分类解析专题04 曲线运动功和能(解析版)

2019年高考物理试题分类解析 专题04 曲线运动 功和能1. 2019全国1卷25.（20分）竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B 静止于水平轨道的最左端，如图（a ）所示。

t =0时刻，小物块A 在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B 发生弹性碰撞（碰撞时间极短）；当A 返回到倾斜轨道上的P 点（图中未标出）时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止。

物块A 运动的v -t 图像如图（b ）所示，图中的v 1和t 1均为未知量。

已知A 的质量为m ，初始时A 与B 的高度差为H ，重力加速度大小为g ，不计空气阻力。

（1）求物块B 的质量；（2）在图（b ）所描述的整个运动过程中，求物块A 克服摩擦力所做的功；（3）已知两物块与轨道间的动摩擦因数均相等，在物块B 停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后将A 从P 点释放，一段时间后A 刚好能与B 再次碰上。

求改变前后动摩擦因数的比值。

【答案】（1）根据图（b ），v 1为物块A 在碰撞前瞬间速度的大小，12v 为其碰撞后瞬间速度的大小。

设物块B 的质量为m '，碰撞后瞬间的速度大小为v '，由动量守恒定律和机械能守恒定律有11()2vmv m m v ''=-+①2221111()222vmv m m v ''=-+②22121''21)2(2121v m v m mv +-=联立①②式得3m m '=③【解析】方程组解的过程，移项得''231v m mv = 221''2183v m mv = 下式除以上式得121'v v =，代入以上任一式得3m m '= （2）在图（b ）所描述的运动中，设物块A 与轨道间的滑动摩擦力大小为f ，下滑过程中所走过的路程为s 1，返回过程中所走过的路程为s 2，P 点的高度为h ，整个过程中克服摩擦力所做的功为W ，由动能定理有211102mgH fs mv -=-④ 2121()0()22vfs mgh m -+=--⑤从图（b ）所给的v -t 图线可得11112s v t =⑥ 11111(1.4)22v s t t =⋅⋅-⑦ 由几何关系21shs H =⑧物块A 在整个过程中克服摩擦力所做的功为12W fs fs =+⑨ 联立④⑤⑥⑦⑧⑨式可得215W mgH =⑩ （3）设倾斜轨道倾角为θ，物块与轨道间的动摩擦因数在改变前为μ，有cos sin H h W mg μθθ+=⑪设物块B 在水平轨道上能够滑行的距离为s '，由动能定理有2102m gs m v μ''''-=-⑫设改变后的动摩擦因数为μ'，由动能定理有cos 0sin hmgh mg mgs μθμθ'''-⋅-=⑬联立①③④⑤⑥⑦⑧⑩○11○12○13式可得11=9μμ'⑭ 2. 全国2卷18．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/s 2。

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 J【答案】AD【解析】从地面至h =4 m,J E 80p =∆ ,又mgh E P =∆，得kg kg m 241080=⨯=，A 正确。

从地面至h =4 m ，J E 20-=∆总，J E P 80=∆，因为P k E E E ∆+∆=∆总，所以J E 100k -=∆,即减少100J ，D 正确。

h =0时，J E k 100=,所以物体的速率为s m m E v k /10210022=⨯==，B 错误； h =2 m 时，物体的动能E k =E 总-E P =85-40=45 J ，C 错误。

所以答案为AD.3.全国2卷19．如图（a ），在跳台滑雪比赛中，运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离。

某运动员先后两次从同一跳台起跳，每次都从离开跳台开始计时，用v 表示他在竖直方向的速度，其v-t 图像如图（b ）所示，t 1和t 2是他落在倾斜雪道上的时刻。

则（ ）A ．第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的小B ．第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大C ．第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的大D ．竖直方向速度大小为v 1时，第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大 【答案】BD【解析】根据“面积法”求位移，从图可以看出第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的大，A 错误；平均加速度tva =_，12v v <，但12t t >，所以_12_a a <，C 错误；根据“斜率法”求加速度，从图可以看出，竖直方向速度大小为v 1时，加速度12a a <，根据牛顿定律mfg a -=，所以12f f >，D 正确；因为第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的大，并且αtan y=x（α为斜面倾角），所以第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大，B 正确。

所以选BD.4. 全国3卷17．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E k 随h 的变化如图所示。

重力加速度取10 m/s 2。

该物体的质量为（ ）A ．2 kgB ．1.5 kgC ．1 kgD ．0.5 kg【答案】C【解析】设上升时加速度为a 1，下落时加速度为a 2，外力为f ，则a 1=g+f/m ，a 2=g-f/m 根据动能定理，上升过程J J J E h ma k 3672361-=-=∆=- 下落过程，J J J E h ma k 24244822=-=∆=- 代入数据，解得kg m 1=。

5. 全国3卷25.（20分）静止在水平地面上的两小物块A 、B ，质量分别为m A =l.0 kg ，m B =4.0 kg ；两者之间有一被压缩的微型弹簧，A 与其右侧的竖直墙壁距离l =1.0m ，如图所示。

某时刻，将压缩的微型弹簧释放，使A 、B 瞬间分离，两物块获得的动能之和为E k =10.0 J 。

释放后，A 沿着与墙壁垂直的方向向右运动。

A 、B 与地面之间的动摩擦因数均为u =0.20。

重力加速度取g =10 m/s²。

A 、B 运动过程中所涉及的碰撞均为弹性碰撞且碰撞时间极短。

（1）求弹簧释放后瞬间A 、B 速度的大小；（2）物块A 、B 中的哪一个先停止？该物块刚停止时A 与B 之间的距离是多少？ （3）A 和B 都停止后，A 与B 之间的距离是多少？【解析】（1）设弹簧释放瞬间A 和B 的速度大小分别为v A 、v B ，以向右为正，由动量守恒定律和题给条件有 0=m A v A -m B v B ①22k 1122A AB B E m v m v =+ ②联立①②式并代入题给数据得 v A =4.0 m/s ，v B =1.0 m/s（2）A 、B 两物块与地面间的动摩擦因数相等，因而两者滑动时加速度大小相等，设为a 。

假设A 和B 发生碰撞前，已经有一个物块停止，此物块应为弹簧释放后速度较小的B 。

设从弹簧释放到B 停止所需时间为t ，B 向左运动的路程为s B 。

，则有B B m a m g μ= ④a=ug=2m/s2212B B s v t at =- ⑤s B =1⨯0.5-2⨯0.52/2=0.250B v at -= ⑥t=v B /a=0.5s在时间t 内，A 可能与墙发生弹性碰撞，碰撞后A 将向左运动，碰撞并不改变A 的速度大小，所以无论此碰撞是否发生，A 在时间t 内的路程S A 都可表示为 s A =v A t –212at ⑦s A =4⨯0.5-2⨯0.52/2=1.75m 联立③④⑤⑥⑦式并代入题给数据得 s A =1.75 m ，s B =0.25 m ⑧这表明在时间t 内A 已与墙壁发生碰撞，但没有与B 发生碰撞，此时A 位于出发点右边0.25 m 处。

B 位于出发点左边0.25 m 处，两物块之间的距离s 为 s =0.25 m+0.25 m=0.50 m ⑨（3）t 时刻后A 将继续向左运动，假设它能与静止的B 碰撞，碰撞时速度的大小为v A ′，由动能定理有()2211222A A A A AB m v m v m g l s μ'-=-+⑩或v A’=)22(2B A s L a v +-=25.222-42÷⨯=7m/s联立③⑧⑩式并代入题给数据得/s A v '=○11 故A 与B 将发生碰撞。

设碰撞后A 、B 的速度分别为v A ′′和v B ′′，由动量守恒定律与机械能守恒定律有()A A A AB Bm v m v m v '''''-=+○12 222111222A A A AB B m v m v m v '''''=+○13 联立○11○12○13式并代入题给数据得:2''85A v +0821''47=-A v/s,/s A B v v ''''==○14这表明碰撞后A 将向右运动，B 继续向左运动。

设碰撞后A 向右运动距离为s A ′时停止，B 向左运动距离为s B ′时停止，由运动学公式222,2A A B B as v as v ''''''==○15 由④○14○15式及题给数据得0.63m,0.28m A B s s ''==○16 s A ′小于碰撞处到墙壁的距离。

由上式可得两物块停止后的距离0.91m A B s s s '''=+=○17 6.天津卷10.（16分）完全由我国自行设计、建造的国产新型航空母舰已完成多次海试，并取得成功。

航母上的舰载机采用滑跃式起飞，故甲板是由水平甲板和上翘甲板两部分构成，如图1所示。

为了便于研究舰载机的起飞过程，假设上翘甲板BC 是与水平甲板AB 相切的一段圆弧，示意如图2，AB 长1150m L =，BC 水平投影263m L =，图中C 点切线方向与水平方向的夹角12θ=︒（sin120.21︒≈）。