专题04 机械能-2021年高考北京市高三下学期4月一模物理试题汇编

2021年高考北京市高三下学期4月一模物理试题汇编 专题04 机械能守恒定律 1、（2021·北京市朝阳区高三下学期4月一模）如图甲所示，质量为m＝4.0kg的物体静止在水平地面上，在水平推力F作用下开始运动，水平推力F随位移x变化的图像如图乙所示（x＝4.0 m后无推力存在）。已知物体与地面之间的动摩擦因数μ＝0.50，取重力加速度g＝10m/s2。下列选项正确的是 A．物体在水平地面上运动的最大位移是4.0m B．物体的最大加速度为25m/s2 C．在物体运动过程中推力做的功为200J D．在距出发点3.0 m位置时物体的速度达到最大 【答案】C 【解析】欲求物体在水平地面上运动的最大位移，则可以整体利用动能定理，得：WF-μmgx=0-0，而推力做的功就是图乙中图线与x轴围成的面积，即WF=100×4/2J=200J，代入上式可解得x=10m，选项A错误； 物体的最大加速度就是当x=0时的加速度，因为此时推力最大，即100N-μmg=ma，解得a=20m/s2，选项B错误； 在物体运动过程中推力做的功就是图乙中图线与x轴所围成的面积，故其大小为200J，选项C正确； 物体速度达到最大的位置是推力与摩擦力相等的位置，因为摩擦力f=μmg=20N，在图乙的三角形中，根据三角形相似，营造比例关系得：，故解得x=3.2m，所以应该在距出发点3.2m位置时物体的速度达到最大，选项D错误。 2、（2021·北京市海淀区高三下学期4月一模）如图5所示，小明在体验蹦极运动时，把一端固定的长弹性绳绑在踝关节处，从高处由静止落下。将小明的蹦极过程近似为在竖直方向的运动，在运动过程中，把小明视作质点，不计空气阻力。下列判断中正确的是 A．下落到弹性绳刚好被拉直时，小明的下落速度最大 B．从开始到下落速度最大，小明动能的增加量小于其重力势能的减少量 C．从开始到下落至最低点的过程，小明的机械能守恒 D．从开始到下落至最低点，小明重力势能的减少量大于弹性绳弹性势能的增加量 【答案】B 【解析】小明下落时速度最大的位置是当他受到的弹力与重力相等的时候，故不是弹性绳刚好被拉直的时候，因为此时弹性绳还没有形变，弹力为0，而不是在刚好拉直的偏下的位置，故选项A错误； 从开始下落到速度最大时，利用动能定理可知，重力做的功与弹性绳弹力做的功之和等于动能的增加量，即mgh-W弹=△Ek，故动能的增加量小于其重力势能的减少量，选项B正确； 从开始到下落至最低点的过程中，弹性绳与小明整体的机械能守恒，而小明的机械能则不守恒，选项C错误； 从开始到下落至最低点的过程中，再次根据动能定理，开始与最后的小明的动能都是0，所以合外力做的功也是0，即重力做的功与弹性绳弹力做的功大小之和为0，即小明重力势能的减少量等于弹性绳弹性势能的增加量，选项D错误。 3、（2021·北京市东城区高三下学期4月一模）如图所示，在一个开阔、表面平坦的倾斜雪坡上，一个小孩靠推一棵树获得大小为v0的水平初速度，雪坡与小孩之间的动摩擦因数为µ，不计空气阻力，不考虑摩擦力随速度大小的变化，设雪坡足够大，则经过足够长时间，小孩 A． 可能一直做曲线运动 B． 可能与初速度方向保持小于90°的角度做加速直线运动 C．若匀速运动，最终速度的表达式里一定包含µ D．若没有停下则最终速度方向一定与初速度垂直 【答案】D 【解析】起初小孩子的速度是水平方向的，他受到与运动方向相反的摩擦力的作用和重力沿斜面方向向下的分力的作用，二者的合力是斜向左下的，它与速度方向有夹角，故小孩子的运动方向会改变，当其运动方向改变后，摩擦力的方向也会随之而改变，总与他的运动方向相反，故开始小孩子会做曲线运动，若摩擦力较大，可能会在做曲线运动的过程中，消耗掉了他的初动能而变为静止；若摩擦力较小，但总是有一定摩擦力的，最终小孩子水平向右的动能会被反方向的摩擦力的做的功而抵消，而重力会一直对他做正功，所以最终他的速度方向一定是沿斜面向下，与初速度方向垂直的；故选项AB错误，D正确； 对于选项C而言，若摩擦力适中，则小孩最终达到匀速运动，说明mgsinα=μmgcosα，小孩子最终的速度其实可以看成他在重力的分力作用下沿斜面向下加速，而最终获得的速度大小；因为摩擦力做的功把小孩子水平方向的动能抵消了； 设小孩子下滑h高度后，经过斜面的长度为L后变为匀速，则根据动能定理得：mgh-μmgLcosα=mv2，故小孩子的速度v2=2gh-gLsinα，该式说明最终的速度只与斜面本身有关，而与μ无关，选项C错误。 4、（2021·北京市东城区高三下学期4月一模）如图所示为竖直放置的离心轨道，其中圆轨道半径为r，最低点为A、最高点为B，小球从斜轨道上无初速释放，可模拟游乐园的“翻滚过山车”。某实验小组同学通过改变释放小球距圆轨道底端的高度h多次