专题05 功和能-【好题汇编】2024年高考物理三模试题分类汇编（广东专用）

专题05 功和能 一、单选题 1．（2024·广东·三模）工厂中某水平传送带由静止启动，启动初期驱动轮上某点的线速度随路程均匀增大，已知传送带与驱动轮间无相对滑动，则启动初期与传送带相对静止的滑块（　　） A．做匀加速运动 B．加速度逐渐减小 C．动量变化得越来越快 D．所受摩擦力的功率不变 2．（2024·四川成都·三模）一质点做匀速圆周运动，从圆周上的一点运动到另一点的过程中，下列说法一定正确的是（    ） A．质点速度不变 B．质点加速度不变 C．质点动能不变 D．质点机械能不变 3．（2024·河北·三模）小芳同学上体育课时，从距离地面H高度处将的篮球从静止开始释放，篮球与地面撞击后弹起，篮球在此过程中的图像如图所示。不计篮球与地面撞击过程的时间间隔，篮球在下落阶段与上升阶段所受的空气阻力大小相等，已知重力加速度。则篮球（　　） A．下落的高度 B．在下落阶段和上升阶段运动的时间差为0.2s C．在下落阶段和上升阶段所受空气阻力与重力的大小之比为 D．撞击地面过程中损失的机械能为0.8J 4．（2024·重庆·三模）“两江四岸”烟花活动中，某同学用手机录制了一段烟花运动视频，经电脑处理得到某一烟花的运动轨迹如图所示，其中最高点切线水平，点切线竖直，由图可知（　　） A．该烟花由点运动到点过程中，水平方向匀速运动 B．该烟花由点运动到点过程中，其机械能守恒 C．该烟花在点的加速度方向竖直向下 D．该烟花在点处于失重状态 5．（2024·福建南平·三模）2024年春晚舞蹈《锦鲤》带给观众耳目一新的观赏体验，该舞蹈首次创新使用了弹性绳加威亚的技术手段，如图所示是该舞蹈的一个精彩瞬间。表演者时而紧贴地面，时而腾空而起，时而在空中模仿锦鲤在水平面上匀速盘旋游动。则（　　） A．观赏舞蹈时可以将表演者看作质点 B．紧贴地面时表演者对地面的压力与地面对表演者的支持力是一对平衡力 C．腾空而起过程中表演者的重力对表演者做负功 D．表演者在水平面上匀速盘旋时处于平衡状态 一、单选题 6．（2024·山东青岛·三模）高楼出现火情时，需要一种举高喷射消防车。如图，某高楼离地面65m处出现火情，消防车正在灭火中。已知水炮炮口与楼房距离为15m，与地面距离为60m，水炮每分钟喷出的水，水柱刚好垂直打中着火房间窗户，水流冲击到窗户玻璃后向四周流散。重力加速度，下列说法正确的是（　　） A．水泵对水做功的功率约为 B．水泵对水做功的功率约为 C．水流对窗户玻璃冲击力约为500N D．水流对窗户玻璃冲击力约为900N 7．（2024·黑龙江·三模）如图所示，长为L的轻质细绳一端与带孔小球P连接，另一端与木块Q连接，小球P穿在光滑的固定水平杆（足够长）上，小球P与木块Q的质量均为。t=0时刻，给木块Q一水平向右的瞬时冲量，使其获得的初速度，则从t=0时刻至Q再次运动到P正下方的过程中，下列说法正确的是（　　） A．绳对P先做正功后做负功 B．绳对P的冲量大小为 C．木块Q运动到最右侧时的速度大小为0 D．木块Q再次运动到P正下方时，P的速度大小为 8．（2024·北京大兴·三模）有些力学问题，可假想一个“虚设过程”使问题得以简化和解决。举例如下：如图所示，四根质量都是m的均匀等长木棒，用铰链连成框架，铰链P固定在天花板上，框架竖直悬挂在空中；现在铰链Q上施一竖直向上的力F使框架保持静止，不计一切摩擦，若要求出作用力F的大小，可设想力F使铰链Q缓慢上移一微小的距离，则框架的重心将上升，因为F做的功等于框架重力势能的增加量，所以，可得。请参照上面解决问题的方法，尝试完成以下问题：一个半径为R的四分之一光滑球面放在水平桌面上，球面上放置一光滑均匀铁链，其A端固定在球面的顶点，B端恰与桌面不接触，铁链单位长度的质量为m，重力加速度为g。则铁链A端受的拉力T为（　　） A．mRg B． C．2mRg D．mg 9．（2024·浙江温州·三模）新安江水库蓄水后，水位落差可达55m，如图所示。已知落差处流量为的水流冲击水轮机发电，水流减少的机械能80%转化为电能。发电机输出电压为11kV，水电站到用户之间采用220kV高压进行远距离输电，输电线上损耗的功率不超过输送功率5%，用户所需电压为220V。变压器视为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A．升压变压器原副线圈匝数比为1：20 B．发电机的输出功率为 C．输电线上电阻不能超过110Ω D．降压变压器原副线圈匝数比为1000：1 10．（2024·山东聊城·三模）如图所示，圆柱形的容器内有若干个长度不同、粗糙程度相同的直轨道，它们的下端均固定于容器底部圆心O，上端固定在容器侧壁上。若相同的小球以同样的速率，从点O沿各轨道同时向上运动。对它们向上运动的过程中，下列说法正确的是（　　） A．各小球动能相等的位置在同一水平面上 B．各小球重力势能相等的位置不在同一水平面上 C．各小球机械能相等时处于同一球面上 D．当摩擦产生的热量相等时，各小球处于同一圆柱面上 一、解答题 11．（2024·广东·三模）如图甲所示，室内蹦床是一项深受小朋友喜爱的运动娱乐项目，其简化模型如图乙所示：竖直放置的轻弹簧，一端固定在地面上，另一端连接质量为m的木板B，质量为3m的物体A从B中央正上方高为h处由静止释放，随后A与B发生完全非弹性碰撞，一起向下运动，若A与B碰撞时间极短，碰后一起下降的最大距离为，A、B始终在同一竖直线上运动，弹簧始终在弹性限度内，不计空气阻力，重力加速度为g，求： （1）A与B碰后瞬间的速度大小； （2）A与B碰撞瞬间，损失的机械能； （3）A与B碰后一起向下运动到最低点的过程中，A对B做的功。 12．（2024·山东潍坊·三模）如图所示为冰雪冲浪项目流程图，AB段为水平加速区，BC段为半径r=22.5m的光滑圆管型通道，AB与BC相切于B点；CDE段为半径R=100m的圆弧冰滑道，BC与CDE相切于C点，弧DE所对应的圆心角θ=37°，D为轨道最低点，C、E关于OD对称。安全员将小朋友和滑板（可视为质点）从A点沿水平方向向左加速推动一段距离后释放，到达光滑圆管型通道上B点时小朋友和滑板与通道没有相互作用力，小朋友运动至滑道E点时对滑道压力FN=410N。已知小朋友和滑板总质量为m=40kg，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求： （1）小朋友在B点时的速度v0； （2）小朋友通过CDE段滑道克服摩擦力做的功。 试卷第20页，共20页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题05 功和能 一、单选题 1．（2024·广东·三模）工厂中某水平传送带由静止启动，启动初期驱动轮上某点的线速度随路程均匀增大，已知传送带与驱动轮间无相对滑动，则启动初期与传送带相对静止的滑块（　　） A．做匀加速运动 B．加速度逐渐减小 C．动量变化得越来越快 D．所受摩擦力的功率不变 【答案】C 【详解】A．由于滑块与传送带相对静止，传送带与驱动轮间无相对滑动，则滑块的速度随位移均匀增大，若滑块做匀加速运动，由直线运动规律得 滑块速度不随位移均匀增大，即滑块不做匀加速运动，故A错误； B．滑块速度逐渐增大，则通过任意相同位移的时间逐渐减小，又滑块通过相同位移的速度变化量相同，则滑块加速度越来越大，故B错误； C．滑块动量 由于滑块加速度逐渐增大，即速度变化的越来越快，而滑块质量不变，则滑块动量变化的越来越快，故C正确； D．滑块所受摩擦力即其所受合外力，由牛顿第二定律得所受摩擦力逐渐增大，又滑块速度逐渐增大，由 可知摩擦力的功率增大，故D错误。 故选C。 2．（2024·四川成都·三模）一质点做匀速圆周运动，从圆周上的一点运动到另一点的过程中，下列说法一定正确的是（    ） A．质点速度不变 B．质点加速度不变 C．质点动能不变 D．质点机械能不变 【答案】C 【详解】A．质点做匀速圆周运动，速度大小不变，方向时刻变化，速度是变化的，故A错误； B．质点做匀速圆周运动，加速度大小不变，方向时刻变化，指向圆心，加速度是变化的，故B错误； C．质点动能为 质点做匀速圆周运动，速度大小不变，故质点动能不变，故C正确； D．质点做匀速圆周运动，动能不变，质点的重力势能不一定不变，故质点机械能不一定不变，故D错误。 故选C。 3．（2024·河北·三模）小芳同学上体育课时，从距离地面H高度处将的篮球从静止开始释放，篮球与地面撞击后弹起，篮球在此过程中的图像如图所示。不计篮球与地面撞击过程的时间间隔，篮球在下落阶段与上升阶段所受的空气阻力大小相等，已知重力加速度。则篮球（　　） A．下落的高度 B．在下落阶段和上升阶段运动的时间差为0.2s C．在下落阶段和上升阶段所受空气阻力与重力的大小之比为 D．撞击地面过程中损失的机械能为0.8J 【答案】B 【详解】A．根据v-t图像与坐标轴所围面积表示位移，得 A项错误； B．设篮球在下落过程中受到空气的阻力为，由牛顿第二定律有 由图可知 联立两式解得 所以篮球上升过程的加速度 又因为 解得 故篮球在上升阶段经历的时间为 篮球在下落和上升阶段的时间差 B项正确； C．篮球下落过程的加速度大小 设篮球下落过程中所受空气阻力为，由牛顿第二定律有 解得 C项错误； D．由篮球在此过程中的v-t图像可知篮球即将着地时的速度大小为4 m/s，反弹时的速度大小为3.6 m/s，可知篮球撞击地面过程中损失的机械能 D项错误。 故选B。 4．（2024·重庆·三模）“两江四岸”烟花活动中，某同学用手机录制了一段烟花运动视频，经电脑处理得到某一烟花的运动轨迹如图所示，其中最高点切线水平，点切线竖直，由图可知（　　） A．该烟花由点运动到点过程中，水平方向匀速运动 B．该烟花由点运动到点过程中，其机械能守恒 C．该烟花在点的加速度方向竖直向下 D．该烟花在点处于失重状态 【答案】D 【详解】A．轨迹的切线方向为速度方向，由题可知、点切线水平，点切线竖直，即、两点速度在水平方向分量不为0，在点速度在水平方向分量减为0，所以该烟花由点运动到点过程中，水平方向做减速运动，故A错误； B．结合A选项可知该烟花由点运动到点过程中，水平方向做减速运动，即该烟花由b点运动到c点过程中，烟花在运动过程中受到摩擦阻力，机械能不守恒，故B错误； C．该烟花在最高点切线水平，即此时运动方向为水平向右，摩擦阻力水平向左，则摩擦力和重力的合力朝左下，所以加速度方向与合力方向一致，故C错误； D．该烟花在最高点有竖直向下的加速度分量，所以处于失重状态，故D正确。 故选D。 5．（2024·福建南平·三模）2024年春晚舞蹈《锦鲤》带给观众耳目一新的观赏体验，该舞蹈首次创新使用了弹性绳加威亚的技术手段，如图所示是该舞蹈的一个精彩瞬间。表演者时而紧贴地面，时而腾空而起，时而在空中模仿锦鲤在水平面上匀速盘旋游动。则（　　） A．观赏舞蹈时可以将表演者看作质点 B．紧贴地面时表演者对地面的压力与地面对表演者的支持力是一对平衡力 C．腾空而起过程中表演者的重力对表演者做负功 D．表演者在水平面上匀速盘旋时处于平衡状态 【答案】C 【详解】A．描绘表演者的动作时，不可以看成质点，A错误； B．紧贴地面时，表演者对地面的压力和地面对表演者的支持力是一对作用力与反作用力，B错误； C．腾空过程中，升高时表演者的重力对表演者做负功，C正确； D．水平匀速盘旋做匀速圆周运动，需要向心力的作用效果，受力不平衡，D错误。 故选C。 一、单选题 6．（2024·山东青岛·三模）高楼出现火情时，需要一种举高喷射消防车。如图，某高楼离地面65m处出现火情，消防车正在灭火中。已知水炮炮口与楼房距离为15m，与地面距离为60m，水炮每分钟喷出的水，水柱刚好垂直打中着火房间窗户，水流冲击到窗户玻璃后向四周流散。重力加速度，下列说法正确的是（　　） A．水泵对水做功的功率约为 B．水泵对水做功的功率约为 C．水流对窗户玻璃冲击力约为500N D．水流对窗户玻璃冲击力约为900N 【答案】B 【详解】AB．将水喷到窗口时的过程的逆过程看做是平抛运动，则水喷到窗口时的速度 每秒喷出水的质量 水泵对水做功的功率约为 选项A错误，B正确； CD．水喷射到窗户上由动量定理 解得 选项CD错误。 故选B。 7．（2024·黑龙江·三模）如图所示，长为L的轻质细绳一端与带孔小球P连接，另一端与木块Q连接，小球P穿在光滑的固定水平杆（足够长）上，小球P与木块Q的质量均为。t=0时刻，给木块Q一水平向右的瞬时冲量，使其获得的初速度，则从t=0时刻至Q再次运动到P正下方的过程中，下列说法正确的是（　　） A．绳对P先做正功后做负功 B．绳对P的冲量大小为 C．木块Q运动到最右侧时的速度大小为0 D．木块Q再次运动到P正下方时，P的速度大小为 【答案】D 【详解】A．从时刻至Q再次运动到P正下方的过程中，细绳一直处于向右倾斜状态，故绳对P一直做正功，A错误 BD．从时刻至Q再次运动到P正下方的过程中，由动量守恒有 由能量守恒有 联立解得 对P由动量定理可得 由受力分析可知重力与支持力不相等，故 B错误；D正确； C．木块Q运动到最右侧时，具有和P相同的水平速度，由动量守恒有 解得 C错误。 故选D。 8．（2024·北京大兴·三模）有些力学问题，可假想一个“虚设过程”使问题得以简化和解决。举例如下：如图所示，四根质量都是m的均匀等长木棒，用铰链连成框架，铰链P固定在天花板上，框架竖直悬挂在空中；现在铰链Q上施一竖直向上的力F使框架保持静止，不计一切摩擦，若要求出作用力F的大小，可设想力F使铰链Q缓慢上移一微小的距离，则框架的重心将上升，因为F做的功等于框架重力势能的增加量，所以，可得。请参照上面解决问题的方法，尝试完成以下问题：一个半径为R的四分之一光滑球面放在水平桌面上，球面上放置一光滑均匀铁链，其A端固定在球面的顶点，B端恰与桌面不接触，铁链单位长度的质量为m，重力加速度为g。则铁链A端受的拉力T为（　　） A．mRg B． C．2mRg D．mg 【答案】A 【详解】我们使用虚位移的考虑思路，设想存在作用力F作用在链条A端，将会使链条做出一个非常小，趋近于零的虚位移，而这个过程的作用效果可以等效于处于链条B端的一段长为的链条移到A端，如图所示 因此，计算出这一段势能的增加即可计算出F所做的功，则有 解得 故选A。 9．（2024·浙江温州·三模）新安江水库蓄水后，水位落差可达55m，如图所示。已知落差处流量为的水流冲击水轮机发电，水流减少的机械能80%转化为电能。发电机输出电压为11kV，水电站到用户之间采用220kV高压进行远距离输电，输电线上损耗的功率不超过输送功率5%，用户所需电压为220V。变压器视为理想变压器，下列说法正确的是（　　） A．升压变压器原副线圈匝数比为1：20 B．发电机的输出功率为 C．输电线上电阻不能超过110Ω D．降压变压器原副线圈匝数比为1000：1 【答案】A 【详解】A．升压变压器原副线圈匝数比为 故A正确； B．发电机的输出功率为 解得 故B错误 C．输电线上的电流为 输电线上损耗的功率为 又 解得 则输电线上电阻不能超过，故C错误； D．降压变压器输入电压小于220kV，输出电压为220V，则原副线圈匝数比小于1000:1，故D错误。 故选A。 10．（2024·山东聊城·三模）如图所示，圆柱形的容器内有若干个长度不同、粗糙程度相同的直轨道，它们的下端均固定于容器底部圆心O，上端固定在容器侧壁上。若相同的小球以同样的速率，从点O沿各轨道同时向上运动。对它们向上运动的过程中，下列说法正确的是（　　） A．各小球动能相等的位置在同一水平面上 B．各小球重力势能相等的位置不在同一水平面上 C．各小球机械能相等时处于同一球面上 D．当摩擦产生的热量相等时，各小球处于同一圆柱面上 【答案】D 【详解】A．当小球到达同一水平面上时，设竖直高度为h，则由动能定理 因小球初动能相同，质量相同，摩擦因数相同，但是倾角不同，则末动能不相同，则选项A错误； B．小球开始时重力势能相同，可知各小球重力势能相等的位置在同一水平面上，选项B错误； CD．小球初始位置的机械能相等，当机械能相等时则克服摩擦力做功相等，而摩擦力功 即此时各小球处于同一圆柱面上，因摩擦生热可知，当摩擦产生的热量相等时，各小球处于同一圆柱面上，选项C错误，D正确。 故选D。 一、解答题 11．（2024·广东·三模）如图甲所示，室内蹦床是一项深受小朋友喜爱的运动娱乐项目，其简化模型如图乙所示：竖直放置的轻弹簧，一端固定在地面上，另一端连接质量为m的木板B，质量为3m的物体A从B中央正上方高为h处由静止释放，随后A与B发生完全非弹性碰撞，一起向下运动，若A与B碰撞时间极短，碰后一起下降的最大距离为，A、B始终在同一竖直线上运动，弹簧始终在弹性限度内，不计空气阻力，重力加速度为g，求： （1）A与B碰后瞬间的速度大小； （2）A与B碰撞瞬间，损失的机械能； （3）A与B碰后一起向下运动到最低点的过程中，A对B做的功。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）设A与B碰前瞬间速度大小为，A自由下落时，由机械能守恒定律可得 解得 A与B发生完全非弹性碰撞，根据动量守恒定律可得 解得 （2）A与B碰撞瞬间，损失的机械能 代入数据解得 （3）设A、B一同向下运动的全过程，A克服B的弹力做的功为，对A应用动能定理可得 解得 则A对B做的功为 12．（2024·山东潍坊·三模）如图所示为冰雪冲浪项目流程图，AB段为水平加速区，BC段为半径r=22.5m的光滑圆管型通道，AB与BC相切于B点；CDE段为半径R=100m的圆弧冰滑道，BC与CDE相切于C点，弧DE所对应的圆心角θ=37°，D为轨道最低点，C、E关于OD对称。安全员将小朋友和滑板（可视为质点）从A点沿水平方向向左加速推动一段距离后释放，到达光滑圆管型通道上B点时小朋友和滑板与通道没有相互作用力，小朋友运动至滑道E点时对滑道压力FN=410N。已知小朋友和滑板总质量为m=40kg，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求： （1）小朋友在B点时的速度v0； （2）小朋友通过CDE段滑道克服摩擦力做的功。 【答案】（1）15m/s，方向水平向左；（2）1800J 【详解】（1）由于到达光滑圆管型通道上B点时小朋友和滑板与通道没有相互作用力，则 所以 方向水平向左； （2）小朋友从B滑到E，根据动能定理可得 在E点，根据牛顿第二定律可得 联立可得 试卷第20页，共20页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$