专题12 机械能-【好题汇编】2024年高考物理三模试题分类汇编（江苏专用）

专题12 机械能 1、（2024·南通市高考三模）足球从地面上被斜向上方踢出后，在空中划出一条美丽的曲线后落回地面.不考虑空气作用.足球的加速度a、速率v、机械能E和重力的功率大小P随时间t的关系图像可能正确的是(    ) A. B. C. D. 【答案】D  【解析】【分析】 本题考查运动的合成与分解，斜抛运动、机械能守恒、瞬时功率等问题，会根据题意列式求解相应的物理量。 【解答】 A、足球运动过程中只受到重力作用，所以加速度为重力加速度，保持不变，故A错误； B、设足球初速度大小，方向与水平方向夹角为，则t时刻 速率，故v与时间t不是线性关系，故B错误；  C、足球运动过程中只受到重力作用，机械能守恒，故C错误； D、足球重力的功率大小，故D正确。 故选 2、（2024·连云港市高考三模）某景区景点喷泉喷出的水柱高约20m，如图所示，小明了解到喷泉专用泵额定电压为220V，正常工作时输入电流为3A，泵输出的机械功率占输入功率的75%，则此喷泉（　　） A. 出水流量约为0.1m3/s B. 电机绕组的电阻是55Ω C. 任意时刻空中水的质量约为10kg D. 喷管的横截面积约为0.8×10﹣4m2 【答案】C 【解析】 A．喷泉喷出的水柱高约20m，设水喷出喷口的速度为v，由位移—速度公式得 v2＝2gh 代入数据解得 v＝20m/s 设极短时间Δt内有质量为Δm的水喷出喷口，则由能量守恒得 解得 这些水的体积为 则出水流量约为 Q 代入数据联立解得 Q＝2.475×10﹣3m3/s 故A错误； B．设电机绕组的电阻为r，泵输出的机械功率占输入功率的75%，则有： （1﹣75%）UI＝I2r 代入数据解得，电机绕组的电阻 r≈18.3Ω 故B错误； C．水从喷出到最高点所用的时间为 在空中的水包括上升过程与下降过程两部分的水，两部分水的质量近似相等，则任意时刻空中水的质量约为 代入数据联立解得 m≈10kg 故C正确； D．设喷管的横截面积为S，则 解得喷管的横截面积约为 S≈1.2×10﹣4m2 故D错误。 故选C。 3、（2024·徐州市高考三模）如图所示，足够大的光滑板固定在水平面内，板上开有光滑的小孔，细线穿过小孔，将小球A、B、C拴接。小球A在光滑板上做匀速圆周运动，小球B、C自然下垂处于静止状态。已知小球A、B、C的质量均为，小球A到小孔的距离为，重力加速度为。 （1）求小球A做圆周运动的速度大小； （2）剪断B、C间细线瞬间，小球A的加速度大小为，求此时小球B的加速度大小； （3）剪断B、C间细线后，小球B运动到最高点的过程中（小球B未与板接触），细线对小球B做的功为，求小球B运动到最高点时小球A的角速度大小。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】 （1）依题意，小球A所受细线拉力提供其做匀速圆周运动的向心力，有 解得 （2）剪断B、C间细线瞬间，对小球B受力分析，根据牛顿第二定律可得 对小球A，有 联立，解得 （3）设小球B上升的高度为h，由动能定理，可得 解得 系统机械能守恒，有 又 联立，解得 4、（2024·南京市盐城市高考三模）如图甲所示，滑梯是一种有趣的娱乐设施，可以简化为如图乙所示的圆弧形滑道，其在竖直面内的半径，过A点的切线与竖直方向的夹角为30°。一质量的小孩（可视为质点）从A点由静止开始下滑，利用速度传感器测得小孩到达圆弧最低点B（切线水平）时的速度大小为，g取。 （1）求小孩在B点时，滑梯对小孩的支持力； （2）求小孩在下滑过程中损失的机械能； （3）若用外力将小孩缓慢从B点推到A点，设摩擦阻力大小恒为重力的倍，求外力做的功。 【答案】（1），方向竖直向上；（2）；（3） 【解析】 （1）小孩在B点时，由牛顿第二定律有 解得 方向竖直向上。 （2）根据题意可知，小孩在下滑过程中损失的机械能 代入数据解得 （3）根据题意，设外力做的功为，由动能定理有 代入数据解得 5、（2024·南通市高考三模）如图所示，一处于电场中的竖直金属板左侧面均匀涂有绝缘薄层，沿板表面建立竖直向下的y轴，场强大小随y轴方向均匀增大，关系为、k为常数，将带电小物块放在A点时，物块恰好静止.现将该物块由原点O静止释放，则物块下滑过程中(    ) A. 电场力做正功，物块的电势能减小 B. 电场力不做功，物块机械能守恒 C. 摩擦力不断增大，物块会在A、B间的某点停止运动 D. 物块刚好在B点停下，之后不再上滑 【答案】D  【解析】【分析】 本题考查力学知识的理解和应用，涉及到静摩擦力和最大静摩擦力，平衡状态和平衡条件及机械能守恒条件等知训。解题的关键是要根据题意分析物体受到的力的情况，确定电场力的方向，分析物体从O释放合力做功的情况，确定物体停止运动的位置，结合物体受力，判断物体是否会继续运动。 【解答】 带电小物块放在A点时，物块恰好静止，故物体在A点受到电场力方向垂直金属板，受到的最大静摩擦力等于物体的受力，即：； 将该物块由原点O静止释放，根据题意可知，O点电场强度小于A点，故物体在O点受到的最大静摩擦力小于重力，物体向下运动，由于电场强度，故随物体下滑，滑动摩擦力在逐渐增大； 进一步分析可知，物体从O到A过程，合力向下，随下滑距离的增大，合力均匀减小到0，做加速运动；在A点速度达到最大，从A点继续下滑过程，合力方向变为向下，随下滑距离的增大，合力从0开始均匀增大，向下做减速运动，直至速度减为0。 AB、物体下滑全过程电场力均不做功，摩擦力一直做负功，重力一直做正功，机械能不守恒，AB均错误； CD、根据分析可作出物体下滑时受到的合力随下滑位移的关系，如图所示， 由于，故物块刚好在B点停下，由于物块在B点受到的电场力大于在A点受到的电场力，故物块在B点停止后，由于最大静摩擦力大于重力，故物体停止运动后受静摩擦力作用，大小等于重力，物体处于平衡状态，物块不再上滑，也不下滑，D正确，C错误； 故选D。 6、（2024·镇江市高考三模）如图所示，一长为L的轻杆可绕过O点的轴在竖直平面内转动，轻杆一端固定一个质量为m的小球一条不可伸长的轻绳跨过两个定滑轮，一端连接小球，另一端连接质量为2 m的物块物块A放置于倾角为的光滑斜面，连接A的轻绳与斜面平行．用一水平外力作用于小球P，可使小球P静止于图示位置，此时轻绳与竖直方向成，轻杆与竖直方向成撤去水平力后，轻杆可运动到竖直位置．取，，重力加速度为求： 水平外力的大小； 撤去水平力瞬间绳上张力大小； 杆运动到竖直位置时，小球的速度大小． 【答案】解：对物体A受力分析，由平衡条件 绳中拉力 对小球P受力分析， 由平衡条件 解得：； 撤去水平拉力瞬间，物体 A和小球P具有相同大小加速度a， 对物体A受力分析，由牛顿第二定律 对小球P受力分析，由牛顿第二定律 解得：； 设杆运动到竖直位置时小球速度大小为v， 由速度分解知，此时物体A的速度大小为0， 由几何关系，右侧绳收缩长度 对物体A和小球P系统由能量守恒 解得：   【解析】本题考查动力学的综合问题。解决问题的关键是清楚各物体的受力情况、运动情况及能量转化情况，利用平衡条件、牛顿第二定律、能量守恒定律分析计算。 7、（2024·宜兴中学高考三模） 如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、水平直轨道，圆心为的竖直半圆轨道、圆心为的竖直半圆管道，水平直轨道及弹性板等组成，轨道各部分平滑连接。已知滑块可视为质点质量，轨道的半径，管道的半径，滑块与轨道间的动摩擦因数，其余各部分轨道均光滑，轨道的长度，弹射器中弹簧的弹性势能最大值，滑块与弹簧作用后，弹簧的弹性势能完全转化为滑块动能，滑块与弹性板作用后以等大速率弹回。 若弹簧的弹性势能，求滑块运动到与等高处时的速度的大小； 若滑块在运动过程中不脱离轨道，求第次经过管道的最高点时，滑块对轨道弹力的最小值； 若弹簧以最大弹性势能弹出，请判断游戏过程中滑块是否会脱离轨道，若不会，请求出滑块最终静止位置。 【答案】滑块运动到与圆心等高处的过程，由机械能守恒定律得 解得 要求滑块在运动过程中不脱离轨道，设恰好通过轨道的最高点时的速度为，则   得 滑块从运动到过程，由机械能守恒定律得 在点由牛顿第二定律得 联立解得 ， 由牛顿第三定律得滑块对轨道弹力的最小值为。 弹簧以最大弹性势能为释放，则由机械能守恒定律得 代入可得 设返弹后再次到达P点时速度为v2,， m/s> 之后还能再次弹回，弹回时速度仍然为v2，继续滑动x路程停下来 解得 =l+0.4m 说明滑块在上与G碰后反弹停下，最终静止位置在G点左侧处，全程不脱离轨道。 【解析】解析请参考答案文字描述 8、（2024·苏州市八校联盟高考三模）如图所示，某固定装置由长度的水平传送带，圆心角、半径的两圆弧管道BC、CD组成，轨道间平滑连接。在轨道末端D的右侧光滑水平面上紧靠着轻质小车，其上表面与轨道末端D所在的水平面平齐，右端放置质量的物块b。质量的物块a从传送带左端A点由静止释放，经过BCD滑出圆弧管道。已知传送带以速度顺时针转动，物块a与传送带及小车的动摩擦因数均为，物块b与小车的动摩擦因数，其它轨道均光滑，物块均视为质点，不计空气阻力。 （1）求物块a和传送带之间因摩擦产生的热量Q； （2）求物块a 到达D点时对管道的作用力FN； （3）要使物块a恰好不与物块b发生碰撞，求小车长度的最小值d。 【答案】（1）30J；（2）6N，方向竖直向上；（3）2m 【解析】 （1）对小物块分析有 设小物块一直加速到传送到右端点时，其速度为，有 解得 所以在小物块a到达传送带右侧时并没有加速到与传送带共速，设该过程时间为t，有 该时间传送带的位移为，有 物块a相对传送带的位移为 摩擦产生的热量为 （2）由题意可知圆弧轨道光滑，所以从B到D，由动能定理有 在D点有 解得 由牛顿第三定律可知，物块a对管道的作用力等于管道对物块a的支持力，所以物块a 到达D点时对管道的作用力为6N，方向竖直向上。 （3）当物块滑上小车后，由于 所以小车与物块a保持相对静止，而物块b相对于小车发生滑动，当两者速度相同时，为物块a与物块b相碰的临界状态，其运动示意图如图所示 该过程由动量守恒有 能量守恒方面有 解得 9、（2024·南通市高考三模）如图所示，倾角的直角斜面体被锁定在光滑水平面上，绕过斜面顶端的轻质定滑轮的细线，一端连接在斜面上的小物块B上，另一端吊着小物块A，A刚好贴着斜面体的竖直侧面，连接B的细线与斜面平行，B离斜面底端的距离，系统恰能保持静止状态.已知斜面体质量，A的质量，B的质量，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，A始终在滑轮下方，取重力加速度，， 求B与斜面间的动摩擦因数 若B变为光滑，将B从图示位置由静止释放，求B到达斜面底端所需要的时间 若解除对斜面体的锁定，且不计一切摩擦.将B从图示位置由静止释放，求B到达斜面底端时的速度大小 【答案】解：刚好不下滑 对A： 解得 对B： 对A： 解得 对B，根据匀变速直线运动规律有： 代入数据得 解除锁定后，设斜面体的速度为，B相对于斜面体向下运动的速度为 系统水平方向动量守恒 解得 系统机械能守恒 式中 代入数据得 可能化简为等形式  【解析】本题考查动力学的综合问题。解决问题的关键是清楚AB的受力情况及运动过程，利用牛顿第二定律、运动学公式、动量守恒定律、机械能守恒定律结合数学知识分析计算。 试卷第4页，共5页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！3 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题12 机械能 1、（2024·南通市高考三模）足球从地面上被斜向上方踢出后，在空中划出一条美丽的曲线后落回地面.不考虑空气作用.足球的加速度a、速率v、机械能E和重力的功率大小P随时间t的关系图像可能正确的是(    ) A. B. C. D. 2、（2024·连云港市高考三模）某景区景点喷泉喷出的水柱高约20m，如图所示，小明了解到喷泉专用泵额定电压为220V，正常工作时输入电流为3A，泵输出的机械功率占输入功率的75%，则此喷泉（　　） A. 出水流量约为0.1m3/s B. 电机绕组的电阻是55Ω C. 任意时刻空中水的质量约为10kg D. 喷管的横截面积约为0.8×10﹣4m2 3、（2024·徐州市高考三模）如图所示，足够大的光滑板固定在水平面内，板上开有光滑的小孔，细线穿过小孔，将小球A、B、C拴接。小球A在光滑板上做匀速圆周运动，小球B、C自然下垂处于静止状态。已知小球A、B、C的质量均为，小球A到小孔的距离为，重力加速度为。 （1）求小球A做圆周运动的速度大小； （2）剪断B、C间细线瞬间，小球A的加速度大小为，求此时小球B的加速度大小； （3）剪断B、C间细线后，小球B运动到最高点的过程中（小球B未与板接触），细线对小球B做的功为，求小球B运动到最高点时小球A的角速度大小。 4、（2024·南京市盐城市高考三模）如图甲所示，滑梯是一种有趣的娱乐设施，可以简化为如图乙所示的圆弧形滑道，其在竖直面内的半径，过A点的切线与竖直方向的夹角为30°。一质量的小孩（可视为质点）从A点由静止开始下滑，利用速度传感器测得小孩到达圆弧最低点B（切线水平）时的速度大小为，g取。 （1）求小孩在B点时，滑梯对小孩的支持力； （2）求小孩在下滑过程中损失的机械能； （3）若用外力将小孩缓慢从B点推到A点，设摩擦阻力大小恒为重力的倍，求外力做的功。 5、（2024·南通市高考三模）如图所示，一处于电场中的竖直金属板左侧面均匀涂有绝缘薄层，沿板表面建立竖直向下的y轴，场强大小随y轴方向均匀增大，关系为、k为常数，将带电小物块放在A点时，物块恰好静止.现将该物块由原点O静止释放，则物块下滑过程中(    ) A. 电场力做正功，物块的电势能减小 B. 电场力不做功，物块机械能守恒 C. 摩擦力不断增大，物块会在A、B间的某点停止运动 D. 物块刚好在B点停下，之后不再上滑 6、（2024·镇江市高考三模）如图所示，一长为L的轻杆可绕过O点的轴在竖直平面内转动，轻杆一端固定一个质量为m的小球一条不可伸长的轻绳跨过两个定滑轮，一端连接小球，另一端连接质量为2 m的物块物块A放置于倾角为的光滑斜面，连接A的轻绳与斜面平行．用一水平外力作用于小球P，可使小球P静止于图示位置，此时轻绳与竖直方向成，轻杆与竖直方向成撤去水平力后，轻杆可运动到竖直位置．取，，重力加速度为求： 水平外力的大小； 撤去水平力瞬间绳上张力大小； 杆运动到竖直位置时，小球的速度大小． 7、（2024·宜兴中学高考三模） 如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、水平直轨道，圆心为的竖直半圆轨道、圆心为的竖直半圆管道，水平直轨道及弹性板等组成，轨道各部分平滑连接。已知滑块可视为质点质量，轨道的半径，管道的半径，滑块与轨道间的动摩擦因数，其余各部分轨道均光滑，轨道的长度，弹射器中弹簧的弹性势能最大值，滑块与弹簧作用后，弹簧的弹性势能完全转化为滑块动能，滑块与弹性板作用后以等大速率弹回。 若弹簧的弹性势能，求滑块运动到与等高处时的速度的大小； 若滑块在运动过程中不脱离轨道，求第次经过管道的最高点时，滑块对轨道弹力的最小值； 若弹簧以最大弹性势能弹出，请判断游戏过程中滑块是否会脱离轨道，若不会，请求出滑块最终静止位置。 8、（2024·苏州市八校联盟高考三模）如图所示，某固定装置由长度的水平传送带，圆心角、半径的两圆弧管道BC、CD组成，轨道间平滑连接。在轨道末端D的右侧光滑水平面上紧靠着轻质小车，其上表面与轨道末端D所在的水平面平齐，右端放置质量的物块b。质量的物块a从传送带左端A点由静止释放，经过BCD滑出圆弧管道。已知传送带以速度顺时针转动，物块a与传送带及小车的动摩擦因数均为，物块b与小车的动摩擦因数，其它轨道均光滑，物块均视为质点，不计空气阻力。 （1）求物块a和传送带之间因摩擦产生的热量Q； （2）求物块a 到达D点时对管道的作用力FN； （3）要使物块a恰好不与物块b发生碰撞，求小车长度的最小值d。 9、（2024·南通市高考三模）如图所示，倾角的直角斜面体被锁定在光滑水平面上，绕过斜面顶端的轻质定滑轮的细线，一端连接在斜面上的小物块B上，另一端吊着小物块A，A刚好贴着斜面体的竖直侧面，连接B的细线与斜面平行，B离斜面底端的距离，系统恰能保持静止状态.已知斜面体质量，A的质量，B的质量，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，A始终在滑轮下方，取重力加速度，， 求B与斜面间的动摩擦因数 若B变为光滑，将B从图示位置由静止释放，求B到达斜面底端所需要的时间 若解除对斜面体的锁定，且不计一切摩擦.将B从图示位置由静止释放，求B到达斜面底端时的速度大小 试卷第4页，共5页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！3 学科网（北京）股份有限公司 $$