专题9动能定理和机械能守恒定律-2023和2024两年高考物理试题分项解析

2023-24两年高考物理分类解析 专题09 动能定理和机械能 2024年高考题 1. （2024高考辽宁卷）2024年5月3日，长征五号遥八运载火箭托举嫦娥六号探测器进入地月转移轨道，火箭升空过程中，以下描述其状态的物理量属于矢量的是（　　） A. 质量 B. 速率 C. 动量 D. 动能 2. .（2024年高考福建卷） 先后两次从高为高处斜向上抛出质量为同一物体落于，测得，两轨迹交于P点，两条轨迹最高点等高且距水平地面高为，下列说法正确的是（　　） A. 第一次抛出上升时间，下降时间比值为 B. 第一次过P点比第二次机械能少 C. 落地瞬间，第一次，第二次动能之比为 D. 第二次抛出时速度方向与落地瞬间速度方向夹角比第一次大 3. （2024年1月浙江选考）如图所示，质量为m的足球从水平地面上位置1被踢出后落在位置3，在空中达到最高点2的高度为h，则足球（　　） A. 从1到2动能减少 . 从1到2重力势能增加 C. 从2到3动能增加 D. 从2到3机械能不变 4.（2024高考广西卷）如图，坚硬的水平地面上放置一木料，木料上有一个竖直方向的方孔，方孔各侧壁完全相同。木栓材质坚硬，形状为正四棱台，上下底面均为正方形，四个侧面完全相同且与上底面的夹角均为。木栓质量为m，与方孔侧壁的动摩擦因数为。将木栓对准方孔，接触但无挤压，锤子以极短时间撞击木栓后反弹，锤子对木栓冲量为I，方向竖直向下。木栓在竖直方向前进了的位移，未到达方孔底部。若进入的过程方孔侧壁发生弹性形变，弹力呈线性变化，最大静摩擦力约等于滑动摩擦力，则（　　） A. 进入过程，木料对木栓的合力的冲量为 B. 进入过程，木料对木栓的平均阻力大小约为 C. 进入过程，木料和木栓的机械能共损失了 D. 木栓前进后木料对木栓一个侧面的最大静摩探力大小约为 5. （2024高考新课程卷）将重物从高层楼房的窗外运到地面时，为安全起见，要求下降过程中重物与楼墙保持一定的距离。如图，一种简单的操作方法是一人在高处控制一端系在重物上的绳子P，另一人在地面控制另一根一端系在重物上的绳子Q，二人配合可使重物缓慢竖直下降。若重物的质量，重力加速度大小，当P绳与竖直方向的夹角时，Q绳与竖直方向的夹角 （1）求此时P、Q绳中拉力的大小； （2）若开始竖直下降时重物距地面的高度，求在重物下降到地面的过程中，两根绳子拉力对重物做的总功。 6. （2024高考甲卷）如图，一光滑大圆环固定在竖直平面内，质量为m的小环套在大圆环上，小环从静止开始由大圆环顶端经Q点自由下滑至其底部，Q为竖直线与大圆环的切点。则小环下滑过程中对大圆环的作用力大小（　　） A. 在Q点最大 B. 在Q点最小 C. 先减小后增大 D. 先增大后减小 2023年高考题 1. （2023学业水平等级考试上海卷）若有个物体在空中发生爆炸，分裂成三个速率相同但质量不同的物块，忽略空气阻力，则它们落到水平地面上是速率的大小关系是 A. 质量大的落地速率大 B. 质量大的落地速率大 C. 三者落地速率相同 D. 无法判断 2．（2023年6月高考浙江选考科目）铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，下列关于铅球在空中运动时的加速度大小a、速度大小v、动能Ek和机械能E随运动时间t的变化关系中，正确的是（ ） A． B． C． D． 3. （2023高考全国乙卷）如图，一质量为M、长为l的木板静止在光滑水平桌面上，另一质量为m的小物块（可视为质点）从木板上的左端以速度v0开始运动。已知物块与木板间的滑动摩擦力大小为f，当物块从木板右端离开时（ ） A. 木板的动能一定等于fl B. 木板的动能一定小于fl C. 物块的动能一定大于 D. 物块的动能一定小于 4. （2022福建高考）一物块以初速度自固定斜面底端沿斜面向上运动，一段时间后回到斜面底端。该物体的动能随位移x的变化关系如图所示，图中、、均己知。根据图中信息可以求出的物理量有（　　） A. 重力加速度大小 B. 物体所受滑动摩擦力的大小 C. 斜面的倾角 D. 沿斜面上滑的时间 5. （2023高考湖北卷）如图为某游戏装置原理示意图。水平桌面上固定一半圆形竖直挡板，其半径为2R、内表面光滑，挡板的两端A、B在桌面边缘，B与半径为R的固定光滑圆弧轨道在同一竖直平面内，过C点的轨道半径与竖直方向的夹角为60°。小物块以某一水平初速度由A点切入挡板内侧，从B点飞出桌面后，在C点沿圆弧切线方向进入轨道内侧，并恰好能到达轨道的最高点D。小物块与桌面之间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g，忽略空气阻力，小物块可视为质点。求： （1）小物块到达D点的速度大小； （2）B和D两点的高度差； （3）小物块在A点的初速度大小。 6. （2023高考选择性考试辽宁卷）某大型水陆两柄飞机具有水面滑行汲水和空中投水等功能。某次演练中，该飞机在水而上由静止开始匀加速直线滑行并汲水，速度达到v₁=80m/s时离开水面，该过程滑行距离L=1600m、汲水质量m=1.0×10⁴kg。离开水面后，飞机琴升高度h=100m时速度达到v₂=100m/s，之后保持水平匀速飞行，待接近目标时开始空中投水。取重力加速度g=10m/s²。求： （1）飞机在水面滑行阶段的加速度a的大小及滑行时间t； （2）整个攀升阶段，飞机汲取的水的机械能增加量ΔE。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2023-24两年高考物理分类解析 专题09 动能定理和机械能 2024年高考题 1. （2024高考辽宁卷）2024年5月3日，长征五号遥八运载火箭托举嫦娥六号探测器进入地月转移轨道，火箭升空过程中，以下描述其状态的物理量属于矢量的是（　　） A. 质量 B. 速率 C. 动量 D. 动能 【答案】C 【解析】 矢量是既有大小，又有方向的物理量，所以动量是矢量，而质量、速率、动能只有大小没有方向，是标量。所以描述其状态的物理量属于矢量的是，C正确。 2. .（2024年高考福建卷） 先后两次从高为高处斜向上抛出质量为同一物体落于，测得，两轨迹交于P点，两条轨迹最高点等高且距水平地面高为，下列说法正确的是（　　） A. 第一次抛出上升时间，下降时间比值为 B. 第一次过P点比第二次机械能少 C. 落地瞬间，第一次，第二次动能之比为 D. 第二次抛出时速度方向与落地瞬间速度方向夹角比第一次大 【参考答案】B 【名师解析】第一次斜抛出物体上升的高度为h1=3.2m-1.4m=1.8m 逆向思维为平抛运动，可得h1=，解得上升时间t1上=0.6s 最高点距离水平地面高度为h0=3.2m，由平抛运动规律，h0=，解得下落时间t1下=0.8s 第一次抛出上升时间，下降时间比值为 t1上׃t1下=0.6׃0.8=3׃4，A错误。 两条轨迹最高点等高，故可知两次从抛出到落地的时间相等， 从抛出到落地的时间为 t= t1上׃+1下=0.6+0.8=1.4s 第一次抛出时水平方向的分速度为vx1=OQ1/t=6m/s 第二次抛出时水平方向的分速度为vx2=OQ2/t=7m/s 由于两条轨迹最高点等高，故抛出时竖直方向的分速度相等为=6m/s 物体斜抛运动机械能守恒，故物体第一次过P点比第二次机械能少△E=-=，B正确； 物体从抛出到落地瞬间的过程，由动能定理， 故落地瞬间，第一次，第二次动能之比为100׃113，C错误； 根据前面分析可知，两次抛出时竖直方向的分速度相等，两次落地时物体在竖直方向的分速度也相等。由于第一次抛出时水平分速度较小，故可知第一次抛出时初速度与水平方向的夹角较大，第一次落地时速度与水平方向的夹角也较大，故第二次抛出时速度方向与落地瞬间速度方向夹角比第一次小，D错误。 3. （2024年1月浙江选考）如图所示，质量为m的足球从水平地面上位置1被踢出后落在位置3，在空中达到最高点2的高度为h，则足球（　　） A. 从1到2动能减少 . 从1到2重力势能增加 C. 从2到3动能增加 D. 从2到3机械能不变 【答案】B 【解析】 由足球的运动轨迹可知，足球在空中运动时一定受到空气阻力作用，则从从1到2重力势能增加，则1到2动能减少量大于，A错误，B正确； 从2到3由于空气阻力作用，则机械能减小，重力势能减小mgh，则动能增加小于，选项CD错误。 4.（2024高考广西卷）如图，坚硬的水平地面上放置一木料，木料上有一个竖直方向的方孔，方孔各侧壁完全相同。木栓材质坚硬，形状为正四棱台，上下底面均为正方形，四个侧面完全相同且与上底面的夹角均为。木栓质量为m，与方孔侧壁的动摩擦因数为。将木栓对准方孔，接触但无挤压，锤子以极短时间撞击木栓后反弹，锤子对木栓冲量为I，方向竖直向下。木栓在竖直方向前进了的位移，未到达方孔底部。若进入的过程方孔侧壁发生弹性形变，弹力呈线性变化，最大静摩擦力约等于滑动摩擦力，则（　　） A. 进入过程，木料对木栓的合力的冲量为 B. 进入过程，木料对木栓的平均阻力大小约为 C. 进入过程，木料和木栓的机械能共损失了 D. 木栓前进后木料对木栓一个侧面的最大静摩探力大小约为 【答案】BCD 【解析】 锤子撞击木栓到木栓进入过程，对木栓分析可知合外力的冲量为0，锤子对木栓的冲量为I，由于重力有冲量，则木料对木栓的合力冲量不为-I，故A错误； 锤子撞击木栓后木栓获得的动能为 木栓进入过程根据动能定理有 解得平均阻力为 故B错误； C．木栓进入过程损失的机械能即为阻力做的功，所以 故C正确； D．对木栓的一个侧面受力分析如图 由于方孔侧壁弹力成线性变化，则有 且根据B选项求得平均阻力 又因为 联立可得 故D正确。 5. （2024高考新课程卷）将重物从高层楼房的窗外运到地面时，为安全起见，要求下降过程中重物与楼墙保持一定的距离。如图，一种简单的操作方法是一人在高处控制一端系在重物上的绳子P，另一人在地面控制另一根一端系在重物上的绳子Q，二人配合可使重物缓慢竖直下降。若重物的质量，重力加速度大小，当P绳与竖直方向的夹角时，Q绳与竖直方向的夹角 （1）求此时P、Q绳中拉力的大小； （2）若开始竖直下降时重物距地面的高度，求在重物下降到地面的过程中，两根绳子拉力对重物做的总功。 【参考答案】（1），；（2） 解题思路 本题考查的考点：平衡条件 动能定理 （1）重物下降的过程中受力平衡，设此时P、Q绳中拉力的大小分别为和，竖直方向 水平方向 联立代入数值得 ， （2）整个过程根据动能定理得 解得两根绳子拉力对重物做的总功为 6. （2024高考甲卷）如图，一光滑大圆环固定在竖直平面内，质量为m的小环套在大圆环上，小环从静止开始由大圆环顶端经Q点自由下滑至其底部，Q为竖直线与大圆环的切点。则小环下滑过程中对大圆环的作用力大小（　　） A. 在Q点最大 B. 在Q点最小 C. 先减小后增大 D. 先增大后减小 【答案】C 【解析】 方法一（分析法）：设大圆环半径为，小环在大圆环上某处（点）与圆环的作用力恰好为零，如图所示 设图中夹角为，从大圆环顶端到点过程，根据机械能守恒定律 在点，根据牛顿第二定律 联立解得 从大圆环顶端到点过程，小环速度较小，小环重力沿着大圆环圆心方向的分力大于小环所需的向心力，所以大圆环对小环的弹力背离圆心，不断减小，从点到最低点过程，小环速度变大，小环重力和大圆环对小环的弹力合力提供向心力，所以大圆环对小环的弹力逐渐变大，根据牛顿第三定律可知小环下滑过程中对大圆环的作用力大小先减小后增大。 方法二（数学法）：设大圆环半径为，小环在大圆环上某处时，设该处与圆心的连线与竖直向上的夹角为，根据机械能守恒定律 在该处根据牛顿第二定律 联立可得 则大圆环对小环作用力的大小 根据数学知识可知的大小在时最小，结合牛顿第三定律可知小环下滑过程中对大圆环的作用力大小先减小后增大。 故选C。 2023年高考题 1. （2023学业水平等级考试上海卷）若有个物体在空中发生爆炸，分裂成三个速率相同但质量不同的物块，忽略空气阻力，则它们落到水平地面上是速率的大小关系是 A. 质量大的落地速率大 B. 质量大的落地速率大 C. 三者落地速率相同 D. 无法判断 【参考答案】C 【名师解析】. 分裂成三个速率相同但质量不同的物块，下落过程中都是只有重力做功，机械能守恒，所以三者落地速率相同，C正确。 2．（2023年6月高考浙江选考科目）铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，下列关于铅球在空中运动时的加速度大小a、速度大小v、动能Ek和机械能E随运动时间t的变化关系中，正确的是（ ） A． B． C． D． 【参考答案】D 【名师解析】铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，铅球只受重力，其加速度a=g，铅球竖直速度随时间均匀增大，水平速度不变，所以铅球速度随时间不是均匀增大，AB错误；铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，铅球只受重力，机械能守恒，动能逐渐增大，但不是均匀增大，C错误D正确。 3. （2023高考全国乙卷）如图，一质量为M、长为l的木板静止在光滑水平桌面上，另一质量为m的小物块（可视为质点）从木板上的左端以速度v0开始运动。已知物块与木板间的滑动摩擦力大小为f，当物块从木板右端离开时（ ） A. 木板的动能一定等于fl B. 木板的动能一定小于fl C. 物块的动能一定大于 D. 物块的动能一定小于 【参考答案】BD 【命题意图】本题考查滑块木板模型、动能定理及其相关知识点。 【解题思路】画出物块与木板运动示意图和速度图像。 对物块，由动能定理，-fx1=- 对木板，由动能定理，fx2= 根据速度图像面积表示位移可知，x2=S△COF，x1=SABFO， l= x1-x2= SABCE＞x2=S△COF， 因-fl＞fx2=，A错误B正确； 对系统，由能量守恒定律，fl=-（+）， 物块动能=-fl-＜-fl，C错误D正确。 【思路点拨】正确画出二者运动的速度图像是解题的关键。 4. （2022福建高考）一物块以初速度自固定斜面底端沿斜面向上运动，一段时间后回到斜面底端。该物体的动能随位移x的变化关系如图所示，图中、、均己知。根据图中信息可以求出的物理量有（　　） A. 重力加速度大小 B. 物体所受滑动摩擦力的大小 C. 斜面的倾角 D. 沿斜面上滑的时间 【参考答案】BD 【命题意图】此题考查动能定理、对动能随位移x的变化关系图像的理解及其相关知识点。 【名师解析】 由动能定义式得，则可求解质量m；上滑时，由动能定理 下滑时，由动能定理 x0为上滑的最远距离；由图像的斜率可知 ， 两式相加可得 相减可知 即可求解gsinθ和所受滑动摩擦力f的大小，但重力加速度大小、斜面的倾角不能求出，故选项AC错误，B正确； 根据牛顿第二定律和运动学关系得， 故可求解沿斜面上滑的时间，选项D正确。 5. （2023高考湖北卷）如图为某游戏装置原理示意图。水平桌面上固定一半圆形竖直挡板，其半径为2R、内表面光滑，挡板的两端A、B在桌面边缘，B与半径为R的固定光滑圆弧轨道在同一竖直平面内，过C点的轨道半径与竖直方向的夹角为60°。小物块以某一水平初速度由A点切入挡板内侧，从B点飞出桌面后，在C点沿圆弧切线方向进入轨道内侧，并恰好能到达轨道的最高点D。小物块与桌面之间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g，忽略空气阻力，小物块可视为质点。求： （1）小物块到达D点的速度大小； （2）B和D两点的高度差； （3）小物块在A点的初速度大小。 【参考答案】（1）；（2）0；（3） 【名师解析】（1）由mg=m，解得： （2）小物块由C到D，由机械能守恒定律，+mgR（1+cos60°）= 解得 将小球在C点沿圆弧切线方向进入轨道的速度沿水平方向和竖直方向分解，则有 ， 联立解得：h=1.5R （3）由 解得 对小物块从A运动到B的过程，由动能定理，μmgπ·2R=- 解得 6. （2023高考选择性考试辽宁卷）某大型水陆两柄飞机具有水面滑行汲水和空中投水等功能。某次演练中，该飞机在水而上由静止开始匀加速直线滑行并汲水，速度达到v₁=80m/s时离开水面，该过程滑行距离L=1600m、汲水质量m=1.0×10⁴kg。离开水面后，飞机琴升高度h=100m时速度达到v₂=100m/s，之后保持水平匀速飞行，待接近目标时开始空中投水。取重力加速度g=10m/s²。求： （1）飞机在水面滑行阶段的加速度a的大小及滑行时间t； （2）整个攀升阶段，飞机汲取的水的机械能增加量ΔE。 【参考答案】（1），；（2） 【名师解析】 （1）飞机做从静止开始做匀加速直线运动，平均速度为，则 解得飞机滑行的时间为 飞机滑行的加速度为 （2）飞机从水面至处，水的机械能包含水的动能和重力势能，则机械能变化量为 1 学科网（北京）股份有限公司 $$