2027届高考物理一轮复习专题模拟试卷（四）机械能守恒定律及能量守恒定律

**基本信息** 聚焦机械能守恒与能量守恒，以实际情境为载体，通过阶梯式题型构建从概念辨析到综合应用的完整训练体系，强化能量观念与科学推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |概念辨析|3题（单选1-3）|结合生活实例考查守恒条件、功率特性|从基本概念（功/能）到守恒条件的递进| |定量计算|4题（单选4-7）|含曲线运动、传送带、弹簧多过程问题|动能定理与能量守恒的交叉应用| |实验探究|2题（实验11-12）|创新设计光电门与纸带两种验证方案|实验原理→误差分析→数据处理的科学探究链| |综合应用|3题（解答13-15）|多体系统、弹簧-轨道组合模型|能量转化与守恒定律在复杂场景中的迁移应用|

2027届高考物理一轮复习 专题模拟试卷（四）机械能守恒定律及能量守恒定律 一、单选题 1．2026年3月，中国品牌张雪机车在世界超级摩托车锦标赛（WSBK）葡萄牙站中，车手驾驶赛车连续两回合夺冠，打破了欧美日品牌在该组别长达数十年的垄断。假设该机车在平直道路上由静止开始启动，先做匀加速直线运动，达到额定功率后继续加速，最终达到最大速度匀速行驶。若该机车在匀加速阶段的加速度不变，加速过程中阻力大小恒定，则下列说法正确的是（     ） A．匀加速阶段结束时的速度等于最大速度 B．匀加速阶段结束时，牵引力大小等于阻力大小 C．保持额定功率行驶时，牵引力与速度成正比 D．达到额定功率后，机车做加速度逐渐减小的加速运动，直至牵引力等于阻力时速度达到最大 2．如图所示，质量为m的小球，从距桌面高h1处的A点下落到地面上的B点，桌面高h2，选择桌面为参考平面，重力加速度为g。关于小球的重力势能和重力做功，下列说法正确的是（    ） A．在A点时，EpA=mg（h1+h2） B．在B点时，EpB=-mgh2 C．小球下落过程中，Ep先减小后增大 D．小球重力做功为mgh1 3．关于机械能守恒定律，下列说法正确的是（     ） A．做匀速直线运动的物体，其机械能一定守恒 B．合外力对物体做功为零时，物体的机械能一定守恒 C．物体在只有重力做功的情况下，机械能一定守恒 D．物体所受合外力为零时，机械能一定守恒 4．如图所示，竖直光滑的圆弧轨道AB固定在水平地面上且与地面相切，是切点。现将一小球由轨道顶端静止释放，关于小球在下滑过程中所受重力和支持力的功率，下列说法中正确的是（     ） A．点时重力的功率最大 B．点时支持力的功率最大 C．重力的功率一直在增大 D．重力的功率先增大后减小 5．如图所示，倾角为的传送带在电机驱动下以速率顺时针转动。在传送带底端静止释放质量为的物体，物体运动到传送带顶端恰好与传送带相对静止。已知传送带长度为，物体与传送带间的动摩擦因数为，重力加速度为。物体从底端运动到顶端的过程中，下列说法正确的是（　　 ） A．传送带对物体做的功为 B．传送带克服摩擦力做的功为 C．物体和传送带因摩擦产生的热量为 D．因放置物体而多消耗的电能为 6．如图所示，劲度系数为k的轻弹簧的一端固定在墙上，另一端与置于水平面上质量为m的物体接触（未连接），弹簧水平且无形变。用水平力缓慢推动物体，在弹性限度内弹簧长度被压缩了x0，此时物体静止。撤去F后，物体开始向左运动，运动的最大距离为4x0，物体与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则（     ） A．撤去F后，物体先做匀加速运动，再做匀减速运动 B．撤去F后，当物体的位移大小为x0时加速度为0 C．物体开始向左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功为 D．物体做减速运动的时间为 7．我国某新型起重机性能优异，可满足大型工程的吊装需求。如图，现将质量为m的重物由静止开始以加速度a竖直向上匀加速提升，经过时间起重机达到额定功率P，此后以额定功率提升重物，又经过时间重物开始匀速上升。已知重力加速度为g，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．起重机的额定功率为 B．重物的最大速度大小为 C．在时间内，重物机械能的增量为 D．在时间内，重物重力势能的增量为 二、多选题 8．从地面竖直向上抛出一小球A（可视为质点），其机械能等于动能与重力势能之和。以地面为零势能参考面，该小球的机械能和重力势能随它离开地面的高度h的变化如图所示。已知重力加速度，由图中数据可得（     ） A．物体上升过程中受到的空气阻力大小为2 N B．物体上升过程中受到的空气阻力大小为10 N C．时，小球的动能 D．时，小球的动能 9．如图所示，一个质量为m的圆环套在一根固定的水平直杆上，环与杆的动摩擦因数为，现给环一个向右的初速度，如果在运动过程中还受到一个方向始终竖直向上的力F的作用，已知力F的大小（k为常数，v为环的运动速度），重力加速度为g，则环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功（假设杆足够长）可能为（     ） A． B． C． D． 10．如图甲所示，质量为3m的小物块c与质量为2m的小物块b通过一根竖直放置的轻弹簧连接，质量为m的小物块a静止在b上但不粘连，此时弹簧的压缩量为l。现对a施加一竖直向下的压力F，使a、b一起缓慢向下运动一段距离后再次静止，如图乙所示，此时。已知重力加速度为g，弹簧始终在弹性限度内，三个小物块均可视为质点。弹簧的弹性势能可以表示为，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量。压力F撤去后，下列判断正确的是（　　） A．F撤去瞬间，a对b的压力大小为2mg B．a上升的最大高度为 C．c始终不会离开地面 D．b的最大速度大小为 三、实验题 11．某实验小组设计的验证机械能守恒定律的实验装置如图所示，矩形线框用直径为d的圆柱形金属材料做成。某次实验中，矩形线框保持竖直且上下两边处于水平状态从光电门的正上方自由下落，测得矩形线框下边经过光电门的挡光时间为，上边经过光电门的挡光时间为。 (1)为完成该实验，还需测量的物理量是________。 A．用天平测出矩形线框的质量m B．用刻度尺测出矩形线框下边离光电门的高度h C．用刻度尺测出矩形线框上、下两边之间的距离L D．用秒表测出矩形线框上、下两边通过光电门的时间间隔 (2)矩形线框下边经过光电门的瞬时速度________。 (3)如果满足关系式________（请用测量的物理量和已知量来表示，重力加速度为g），则自由下落过程中线框的机械能守恒。 12．某同学用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律，让重物从高处由静止开始下落，打点计时器在重物拖着的纸带上打出一系列的点；实验结束后，选择一条点迹清晰的纸带进行数据测量，用刻度尺只测出如图乙所示的几段距离就可以达到实验目的，打点计时器的频率为f，O点是落体运动的起点，当地的重力加速度为g，回答下列问题： (1)下列做法正确的有______（填标号）。 A．必须要称出重物和夹子的质量 B．两限位孔必须在同一竖直线上 C．将连着重物的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器 D．实验时，先接通电源，再释放纸带 E．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置 (2)打点计时器打下B点时，纸带的速度为______（用题中和图中所给的已知物理量符号来表示）。 (3)若测出O、B两点之间距离为h，则可写出验证O到B的机械能守恒的表达式为____________（用题中和图中所给的已知物理量符号来表示）。 (4)上述验证机械能守恒的表达式两侧可能不完全相等，原因可能是____________（写出一条）。 (5)丙同学利用该实验装置又做了其他探究实验，分别打出了以下4条纸带A、B、C、D，其中只有一条是做“验证机械能守恒定律”的实验时打出的。为了找出该纸带，丙同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间的距离依次为、、。请你根据下列、、的测量结果确定该纸带为______（取，相邻两个点的时间间隔均为0.02s）。 A． B． C． D． 四、解答题 13．如图所示，竖直面内光滑半圆弧轨道，圆心为，半径为，最低点与水平面平滑连接，与竖直方向夹角为。一根轻弹簧放在水平面上，其左端连接在固定挡板上，右端自由伸长到点，水平面上点左侧光滑，右侧粗糙。现将质量为的物块放在水平面上，并向左压缩弹簧到位置，由静止释放物块，物块被弹开后沿轨道能够滑到的最高点为。若物块与段间的动摩擦因数，段的长度也为，重力加速度为，物块可视为质点。求： (1)物块运动到圆弧轨道点时，轨道对物块的支持力大小； (2)物块最终停下的位置离点的距离； (3)若使物块再次压缩弹簧由静止释放后，恰好能沿轨道通过半圆弧最高点，则求弹簧这次需要被压缩的初始弹性势能大小。 14．如图所示，质量均为m的物块A、B用轻弹簧连接起来，一轻绳跨过固定在同一高度、大小不计的两轻质定滑轮，一端与A相连，另一端与质量也为m中央有孔的小球C相连，小球C穿在水平固定的直杆上。开始时，C球在水平向左的外力作用下静止在P点，此时拉A的绳处于竖直方向，B对地面的压力恰好为零，连接C的轻绳与水平方向夹角为。水平直杆上PQ两点之间距离为，D为PQ中点，且D在滑轮正下方。现撤去外力，同时对C施加水平向右的恒力F，恒力，当C运动至D点时，B对地面的压力为，小球C在运动过程中，绳一直处于拉直状态，弹簧一直在弹性限度内，不计所有摩擦，不计空气阻力，，，重力加速度为g，求解下列问题： (1)水平外力大小； (2)C球从P运动至Q点过程中，绳中拉力对C球做的功； (3)弹簧的劲度系数k。 15．如图所示，一倾角为α=30°的光滑斜面固定在水平面上，斜面的底端固定一垂直斜面的挡板，上端固定一定滑轮O。劲度系数为的轻弹簧下端固定在挡板上，上端与质量为2m的物块Q连接。一跨过定滑轮O的轻绳一端与物块Q连接，另一端与套在水平固定的光滑直杆上质量为m的物块P连接。初始时物块P在水平外力F作用下静止在直杆的A点，且恰好与直杆没有相互作用，轻绳与水平直杆的夹角也为α。去掉水平外力F，物块P由静止运动到B点时轻绳与直杆间的夹角β=53°。已知滑轮到水平直杆的垂直距离为d，重力加速度大小为g，弹簧轴线、物块Q与定滑轮之间的轻绳均与斜面平行，不计滑轮大小及摩擦，sin53°=0.8，cos53°=0.6。（计算结果可保留根号）求： (1)物块P在A点静止时，弹簧的形变量x为多少？ (2)物块P从A点运动到B点时，物块Q的速度vQ； (3)若C点为定滑轮O在水平直杆上的正投影点，物块P从A点运动到C点的过程中，物块Q克服轻绳拉力所做的功WT。 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D B C D D C C AC BD BC 11．(1)C (2) (3) 12．(1)BD (2) (3) (4)可能是因为空气阻力，纸带与限位孔之间的摩擦阻力或测量误差等 (5)C 13．(1) (2) (3) 【详解】（1）设物块第一次到C点的速度为，刚好到D点时速度为0，对物块从C到D由机械能守恒定律得 解得 在C点由牛顿第二定律得 解得 （2）设物块第1次从C点返回至停止运动，在BC段上的路程为s，由动能定理可得 解得 则物块最终停下的位置离B点的距离为 （3）物块恰好通过E点，由牛顿第二定律得 物块从静止到E点由动能定理得 由功能关系可得 联立解得 14．(1) (2) (3) 【详解】（1）对小球C位于P点时受力分析，水平方向平衡有 对A、B整体有 联立解得 （2）设小球C到达Q点时C、A速度分别为、，由几何关系可知A回到原来位置，重力和弹力做功为0，对AC整体动能定理有 由几何关系，A、C速度关系满足 对小球C动能定理有 联立解得 （3）小球C初始时刻时，弹簧处于拉伸状态，由胡克定律有 当小球C运动至D点时，弹簧处于压缩状态，由胡克定律有 由P运动至D点过程，绳子缩短距离即A移动位移满足 由几何关系有 联立解得弹簧劲度系数 15．(1) (2)，方向沿斜面向下 (3) 【详解】（1）对物块P在A点时进行受力分析，其恰好与直杆没有相互作用，所以绳子拉力竖直向上的分力与其重力大小相等，则有 对物块Q进行受力分析，沿斜面方向上有 由胡克定律可得弹簧此时的伸长量为 （2）物块P从A→B点时，由几何可得物块Q沿斜面向下滑了 所以弹簧由伸长量变为压缩量，即物块P从A→B弹性势能不变，弹力不做功。物块P到B点时，P、Q速度满足： 物块P从A点运动到B点的过程中，由能量守恒定律有 解得 方向沿斜面向下。 （3）物块P从A→C，物块Q沿斜面向下滑了 所以弹簧由伸长量变为压缩量 物块P到C点时，P、Q速度满足 所以对物块Q，从静止→最低点由动能定理可知 即 解得 学科网（北京）股份有限公司 $