广东省佛山市高考物理2021-2022模拟题知识点分类汇编-03功和能
一、单选题
1．（2021·广东佛山·统考一模）对下列四幅图的描述正确的是（ ）
A．图（1）可能是机车以恒定加速度启动达到最大速度过程中，加速度与时间变化的关系图象
B．图（2）可能是匀变速直线运动的速度与时间变化的关系图象
C．图（3）可能是竖直上抛运动的下降阶段位移随时间变化的关系图象
D．图（4）可能是匀速直线运动的位移与时间变化的关系图象
2．（2021·广东佛山·统考一模）下列有关物理史实和事实正确的是（ ）
A．力学单位制的基本单位包括米、牛顿、秒
B．物体做曲线运动时，加速度一定不为零，但可以恒定
C．牛顿通过扭秤实验测出万有引力常量G
D．一对作用力与反作用力不可能都做正功
3．（2021·广东佛山·统考二模）如图所示，机械臂主要结构包括上臂、支柱和电机，上臂、支柱由同种材料制作。已知上臂长2m，重10kg，支柱高2.5m，重20kg，机械臂将15kg的A物体从如图所示位置缓慢提高2m，g=10m/s2，则电机消耗电能约为（ ）
A．300J B．400J C．500J D．600J
4．（2021·广东佛山·统考二模）某水上乐园有两种滑道，一种是直轨滑道，另一种是螺旋滑道，两种滑道的高度及粗糙程度相同，但螺旋滑道的轨道更长，某游客分别沿两种不同的滑道由静止从顶端滑下，在由顶端滑至底端的整个过程中，沿螺旋滑道下滑（ ）
A．重力对游客做的功更多
B．重力对游客做的功更少
C．摩擦力对游客做的功更多
D．摩擦力对游客做的功更少
5．（2021·广东佛山·统考一模）质量为m的小鸟，以速度v沿着与水平成角斜向上的方向匀速飞行，重力加速度为g，则（ ）
A．小鸟处于超重状态
B．空气对小鸟作用力的方向与v的方向相反
C．空气对小鸟作用力的大小为mg
D．重力对小鸟做功功率为-mgv
6．（2022·广东佛山·模拟预测）如图所示圆锥摆，当摆球m在某一水平面上做匀速圆周运动时，下列说法中正确的是( )
A．摆球的重力不做功，绳的拉力做功
B．摆球的重力做功，绳的拉力不做功
C．摆球的重力和绳的拉力都不做功
D．摆球的重力和绳的拉力都做功
二、多选题
7．（2021·广东佛山·统考一模）下列说法正确的是（ ）
A．图甲实验利用“放大法”观察玻璃瓶的微小形变
B．图乙水杯随圆盘一起匀速圆周转动，受重力、支持力、静摩擦力和向心力
C．图丙货物被起重机竖直向上匀速提起过程中，所受合外力不做功，机械能增加
D．图丁自动卸货车始终静止在地面上， 车用在液压机作用下倾角缓慢增大且货物始终没有下滑，该过程中车厢对货物的支持力逐渐变大且做正功
8．（2021·广东佛山·统考二模）塔式起重机常用于修建高层建筑，在起重机将质量为m的重物沿竖直方向吊起的过程中，起重机输出功率P随时间t的变化如图乙所示，t0时刻起重机输出功率达到其额定功率P0，下列说法正确的是（ ）
A．重物的最大速度可达
B．重物做加速度减小的加速运动直到最后匀速运动
C．t0时间内重物增加的机械能为
D．t0时刻，重物的动能达到最大值
三、解答题
9．（2021·广东佛山·统考一模）学习《自由落体运动》后，甲乙两位同学用如图所示的方法测量反应时间。甲同学在靠近乙同学手指正上方捏住一把直尺， 甲同学突然放开直尺，乙同学尽快用手指去夹住它，测得通过手指的直尺部分长度为h0 = 5cm，已知直尺长L = 20cm，质量m=0.05kg，重力加速度g= 10m/s，忽略空气阻力。
(1)求乙同学的反应时间t及该时间内直尺重力的平均功率P；
(2)在(1)前提下，甲同学将直尺提到一定高度，静止释放，乙同学发现直尺下端到达自己的手指时，马上去夹，刚好夹住直尺上端，求释放前直尺上端距离乙同学手指的距离h。
10．（2021·广东佛山·统考二模）长为l的不可伸长的细绳一端固定在O点，一端栓接质量为m的小球，质量均为m的滑块与长木板在光滑地面一起向右运动，滑块与静止的小球发生弹性正碰，小球恰能做完整的圆周运动，最终滑块停在板的中点，已知滑块与滑板之间的动摩擦因数为，求：
（1）碰后瞬间细绳上的拉力大小；
（2）长木板的长度；
（3）若改变滑块与木板的初速度，碰撞后细绳始终保持绷紧且滑块没有滑离长木板，则初速度应该满足什么要求。
11．（2021·广东佛山·统考一模）如图所示，光滑轨道ABC，其中AB段是倾角为的固定斜面，BC段是足够长的水平面，B处有一小段长度可以忽略的光滑圆弧衔接。水平面上距离B点x0处放置着滑块甲，滑块内的竖直平面内嵌有一条两端开口的细管abcde（管壁厚度和管的直径大小可以忽略不计），ab、de段是长度均为L的水平管，bcd段是半径为0.4m的半圆管，管道除de段粗糙外，其余部分均光滑。轨道和管道处于同一竖直平面内。一个质量为m的小球乙（可视为质点）从斜面上高1.8m处无初速释放，后无障碍进入滑块内细管，小球在de段中所受阻力为其重力的0.2倍，重力加速度g取10m/s2，，。
(1)若滑块甲固定，小球从e点以4m/s速度抛出，且垂直击中斜面，求L和x0的大小？
(2)若滑块甲的质量也为m，且可自由滑动，求小球到达d点瞬间所受弹力大小和滑块最终的速度大小？
12．（2022·广东佛山·模拟预测）如图所示，粗糙水平面AB与竖直面内的光滑半圆形轨道在B点平滑相接，一质量m的小滑块（可视为质点）将弹簧压缩至A点后由静止释放，经过B点后恰好能通过最高点C做平抛运动。已知：导轨半径R＝0.4m，小滑块的质量m＝0.1kg，小滑块与轨道AB间的动摩擦因数μ＝0.2，AB的长度L＝20m，重力加速度取10m/s2。求：
（1）小滑块对圆轨道最低处B点的压力大小；
（2）弹簧压缩至A点时弹簧的弹性势能；
（3）若仅改变AB的长度L，其他不变，滑块在半圆轨道运动时不脱离轨道，求出L的可能值。
13．（2022·广东佛山·模拟预测）如图甲所示，质量的物体放置在水平地面上，在水平向右拉力的作用下由静止开始运动，运动到时撤去拉力，拉力大小随位移大小变化的关系如图乙所示。已知物体与地面间的动摩擦因数为，重力加速度取。求：
（1）物体运动到处的速度大小；
（2）物体运动的总位移大小。
参考答案：
1．B
【详解】A．机车以恒定加速度启动，达到额定功率P后功率P不变，随着速度增大，牵引力减小，根据牛顿第二定律知，加速度减小，做加速度减小的加速运动，速度时间图线的切线斜率先不变后逐渐减小，故A错误；
B．匀变速直线运动的速度时间图象是一条直线，故B正确；
C．竖直上抛运动下降过程中位移随时间
呈抛物线关系，不是线性关系，故C错误；
D．匀速直线运动的位移时间图线
x=vt
应该是直线而非曲线，故D错误。
故选B。
2．B
【详解】A．力学单位制的基本单位是米、秒、千克，故A错误；
B．物体做曲线运动时，加速度一定不为零，但可以恒定也可以不恒定，如平抛运动加速度恒定，圆周运动加速度不恒定，故B正确；
C．万有引力常量G是由卡文迪许通过扭秤实验测出的，故C错误；
D．一对作用力与反作用力的做功情况，是没有必然关系的，可以都做正功，故D错误。
故选B。
3．B
【详解】机械臂将A物体从如图所示位置缓慢提高2m，需要克服物体的重力和机械臂的重力重力做功，机械臂的重心上升高度约为1m，则消耗的电能为
故选B。
4．C
【详解】AB．重力做功，与路径无关，只与初末位置的高度差相等，而两种轨道的高度差相同，则重力对游客做功相同，故AB错误；
CD．摩擦力做功，沿螺旋轨道下滑时，做得是曲线运动，因此有指向圆心方向
其中角度为重力和竖直方向的夹角，而滑动摩擦力大小为，因此螺旋运动的摩擦力更大，两种轨道的动摩擦因数相同，而螺旋滑道更长，则摩擦力对游客做的功更多，故C正确，D错误；
故选C。
5．C
【详解】A．小鸟匀速飞行，合力为零，既不超重也不失重。故A错误；
BC．小鸟受重力和空气对小鸟的作用力，由于小鸟匀速飞行，则合力为零，即空气对小鸟的作用力与重力等大反向，大小为。故B错误，C正确；
D．功率公式，要求力与速度共线，所以重力对小鸟做功功率为
故D错误。
故选C。
6．C
【详解】小球受到拉力和重力，根据W=FLcosθ可知，重力与拉力始终与速度垂直，故都不做功，故C正确，A、B、D错误；
故选C．
7．AC
【详解】A．图甲实验能过细管中液面的上升情况来分析瓶子的微小形变，是利用了“放大法”的物理原理，故A正确；
B．向心力是效果力，匀速圆周运动中向心力由合外力提供，物体受到重力、支持力和摩擦力作用，故B错误；
C．货物被起重机竖直向上匀速提起过程中，动能不变，所受合外力不做功，但重力势能增大了，所以机械能增加了，故C正确；
D．根据
FN=mgcosθ
可知，随着斜面倾角增大，支持力逐渐变小，支持力做正功，故D错误。
故选AC。
8．AC
【详解】A．起重机输出功率达到其额定功率P0后，保持额定功率运动，当起重机对重物的拉力等于重力大小时，达到最大速度为
故A正确；
B．0~t0内，功率与时间成正比，所以这段时间重物做匀加速直线运动，之后当功率达到额定功率后做加速度减小的加速运动直到最后匀速运动，故B错误；
C．重物增加的机械能等于起重机对重物做的功
故C正确；
D．t0时刻，速度还没有达到最大值，故重物的动能没有达到最大值，故D错误。
故选AC。
9．(1)0.25W；(2)0.3125m
【详解】(1)根据
可得乙同学的反应时间
直尺重力的功率
(2)当直尺的下端到达乙的手指处时的速度
则当在乙的反应时间内
解得
h=0.3125m
10．（1）6mg；（2）；（3）或
【详解】（1）小球在最高点有
小球碰后从最低点至最高点的过程中有
解得
在最低点对小球有
解得
T=6mg
（2）对滑块与小球碰撞过程有
解得
，，即滑块与小球交换速度；
碰后滑块在板上的运动过程，设板长为s，有
解得
（3）由前面分析可知当滑块初速度时，碰后小球可以做完整的圆周运动，细绳能保持绷紧。若要滑块不滑离长木板，碰撞后对滑块与长木板有
解得
若滑块与长木板的速度比较小，使得碰撞后小球上升的高度没有超过O点，则细绳也一直处于绷紧状态，对小球碰后上升的过程有
解得
由前面分析可知，碰撞时滑块与球交换速度，在此种情况下滑块必定没有滑离长木板；
综上所述，滑块的初速度应该满足的范围是
或
11．（1）L=1m，；（2） FN=0，
【详解】(1)小球从释放到e点，有
或
解得
L=1m
小球击中斜面时，有
小球从抛出到击中斜面的时间为
小球在竖直方向的位移为
小球在水平方向的位移为
由几何关系可得
解得
（写、均可）
(2)小球运动到B点时的速度大小为v0，得
小球从a运动到d过程，对小球与滑块组成的系统，有
小球到达d点前瞬间有
解得
FN=0
解法一：设若小球最终与滑块共速，需要管的水平长度为，有
解得
滑块最终的速度大小为
或假设小球从e点飞出，有
联立以上方程，方程无解。假设不成立，故小球最终与滑块共速；
解法二：设若小球最终与滑块共速，需要管的水平长度为，对小球
对滑块甲
解得
滑块最终的速度大小为
12．（1）6N；（2）5J；（3）或
【详解】（1）小滑块恰好能通过最高点C，有
解得
从B到C根据动能定理有
解得
在B点，对小滑块有
解得
故根据牛顿第三定律可得小滑块对圆轨道最低处B点的压力大小为6N。
（2）设弹簧压缩至A点时弹簧的弹性势能为EP，根据能量守恒定律有
解得
故弹簧压缩至A点时弹簧的弹性势能为5J。
（3）当小滑块恰好能通过最高点C做平抛运动时，AB的长度为20m，当滑块运动到与圆心O等高时速度为零，设此时AB之间的距离为L1，从A到与圆心等高位置，根据能量守恒定律可得
解得
物块恰好达到B点，根据能量守恒定律可得
解得
故要使滑块在半圆轨道运动时不脱离轨道，则或。
13．（1）；（2）
【详解】（1）根据动能定理
解得
（2）全过程，根据动能定理
解得
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