2019-2020年高考物理母題題源系列 專(zhuān)題06 功和能（含解析）.doc

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2019-2020年高考物理母題題源系列 專(zhuān)題06 功和能（含解析）【母題來(lái)源一】 xx年新課標(biāo)一第17題【母題原題】17如圖所示，一半徑為R，粗糙程度處處相同的半圓形軌道豎直固定放置,直徑POQ水平。一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)上方高度R處由靜止開(kāi)始下落，恰好從P點(diǎn)進(jìn)入軌道。質(zhì)點(diǎn)滑到軌道最低點(diǎn)N時(shí)，對(duì)軌道的壓力為4mg，g為重力加速度的大小。用W表示質(zhì)點(diǎn)從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中客服摩擦力所做的功。則： （ ）A ，質(zhì)點(diǎn)恰好可以到達(dá)Q點(diǎn)B ，質(zhì)點(diǎn)不能到達(dá)Q點(diǎn)C ，質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q后，繼續(xù)上升一段距離D ，質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q后，繼續(xù)上升一段距離 【母題來(lái)源二】 xx年江蘇卷第9題【母題原題】9（多選）如圖所示，輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端與質(zhì)量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連，彈簧水平且處于原長(zhǎng)。圓環(huán)從A處由靜止開(kāi)始下滑，經(jīng)過(guò)B處的速度最大，到達(dá)C處的速度為零，AC=h。圓環(huán)在C處獲得一豎直向上的速度v，恰好能回到A；彈簧始終在彈性限度之內(nèi)，重力加速度為g，則圓環(huán)： （ ）A下滑過(guò)程中，加速度一直減小B下滑過(guò)程中，克服摩擦力做功為C在C處，彈簧的彈性勢(shì)能為D上滑經(jīng)過(guò)B的速度大于下滑經(jīng)過(guò)B的速度【答案】BD【解析】 由題意知，圓環(huán)從A到C先加速后減速，到達(dá)B處的加速度減小為零，故加速度先減小后增大，【命題意圖】 本類(lèi)題通常主要考查對(duì)摩擦力、向心力、功、動(dòng)能等基本運(yùn)動(dòng)概念的理解，以及對(duì)摩擦力做功、動(dòng)能定理、能量守恒等物理概念與規(guī)律的理解與簡(jiǎn)單的應(yīng)用?！究荚嚪较颉繌慕鼛啄旮呖紒?lái)看，關(guān)于功和能的考查，多以選擇題的形式出現(xiàn)，有時(shí)與電流及電磁感應(yīng)相結(jié)合命題動(dòng)能定理多數(shù)題目是與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)以及電磁學(xué)等知識(shí)相結(jié)合的綜合性試題；動(dòng)能定理仍將是高考考查的重點(diǎn)，高考題注重與生產(chǎn)、生活、科技相結(jié)合，將對(duì)相關(guān)知識(shí)的考查放在一些與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合的情境中。機(jī)械能守恒定律，多數(shù)是與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)以及電磁學(xué)等知識(shí)相結(jié)合的綜合性試題；高考題注重與生產(chǎn)、生活、科技相結(jié)合，將對(duì)相關(guān)知識(shí)的考查放在一些與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合的情境中【得分要點(diǎn)】（1）變力做功的計(jì)算方法用動(dòng)能定理W=Ek或功能關(guān)系求當(dāng)變力的功率P一定時(shí)，可用WPt求功，如機(jī)車(chē)恒功率啟動(dòng)時(shí)當(dāng)力的大小不變，而方向始終與運(yùn)動(dòng)方向相同或相反時(shí)，這類(lèi)力做的功等于力和路程(不是位移)的乘積如滑動(dòng)摩擦力做功等當(dāng)力的方向不變，大小隨位移做線性變化時(shí)，可先求出力的平均值，再由WFlcos 計(jì)算作出變力F隨位移l變化的圖象，圖象與位移所在軸所圍的“面積”即為變力做的功。（2）計(jì)算功率的基本方法首先判斷待求的功率是瞬時(shí)功率還是平均功率平均功率的計(jì)算方法利用；利用.瞬時(shí)功率的計(jì)算方法，v是t時(shí)刻的瞬時(shí)速度（3）分析機(jī)車(chē)啟動(dòng)問(wèn)題時(shí)的注意事項(xiàng)機(jī)車(chē)啟動(dòng)的方式不同，機(jī)車(chē)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律就不同，因此機(jī)車(chē)啟動(dòng)時(shí)，其功率、速度、加速度、牽引力等物理量的變化規(guī)律也不相同，分析圖象時(shí)應(yīng)注意坐標(biāo)軸的意義及圖象變化所描述的規(guī)律。在用公式PFv計(jì)算機(jī)車(chē)的功率時(shí)，F(xiàn)是指機(jī)車(chē)的牽引力而不是機(jī)車(chē)所受到的合力。恒定功率下的加速一定不是勻加速，這種加速過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)做的功可用WPt計(jì)算，不能用WFl計(jì)算(因?yàn)镕是變力)。以恒定牽引力加速時(shí)的功率一定不恒定，這種加速過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)做的功常用WFl計(jì)算，不能用WPt計(jì)算(因?yàn)楣β蔖是變化的)勻加速過(guò)程結(jié)束時(shí)機(jī)車(chē)的速度并不是最后的最大速度因?yàn)榇藭r(shí)FF阻，所以之后還要在功率不變的情況下變加速一段時(shí)間才達(dá)到最后的最大速度vm.（4）對(duì)動(dòng)能定理的理解：動(dòng)能定理公式中等號(hào)表明了合外力做功與物體動(dòng)能的變化間的兩個(gè)關(guān)系：數(shù)量關(guān)系：即合外力所做的功與物體動(dòng)能的變化具有等量代換關(guān)系可以通過(guò)計(jì)算物體動(dòng)能的變化，求合外力的功，進(jìn)而求得某一力的功因果關(guān)系：合外力的功是引起物體動(dòng)能變化的原因；動(dòng)能定理中涉及的物理量有F、l、m、v、W、Ek等，在處理含有上述物理量的問(wèn)題時(shí)，優(yōu)先考慮使用動(dòng)能定理（5）運(yùn)用動(dòng)能定理需注意的問(wèn)題應(yīng)用動(dòng)能定理解題時(shí)，在分析過(guò)程的基礎(chǔ)上無(wú)需深究物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中狀態(tài)變化的細(xì)節(jié)，只需考慮整個(gè)過(guò)程的功及過(guò)程初末的動(dòng)能若過(guò)程包含了幾個(gè)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同的分過(guò)程，既可分段考慮，也可整個(gè)過(guò)程考慮。應(yīng)用動(dòng)能定理分析多過(guò)程問(wèn)題，關(guān)鍵是對(duì)研究對(duì)象受力分析：正確分析物體受力，要考慮物體受到的所有力，包括重力；要弄清各力做功情況，計(jì)算時(shí)應(yīng)把已知功的正、負(fù)代入動(dòng)能定理表達(dá)式；有些力在物體運(yùn)動(dòng)全過(guò)程中不是始終存在，導(dǎo)致物體的運(yùn)動(dòng)包括幾個(gè)物理過(guò)程，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受力情況均發(fā)生變化，因而在考慮外力做功時(shí)，必須根據(jù)不同情況分別對(duì)待。在應(yīng)用動(dòng)能定理解決問(wèn)題時(shí)，動(dòng)能定理中的位移、速度各物理量都要選取同一個(gè)慣性參考系，一般都選地面為參考系。（6）應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的基本思路選取研究對(duì)象。根據(jù)研究對(duì)象所經(jīng)歷的物理過(guò)程，進(jìn)行受力、做功分析，判斷機(jī)械能是否守恒。恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面，確定研究對(duì)象在過(guò)程的初、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能。選取方便的機(jī)械能守恒定律的方程形式進(jìn)行求解。（7）機(jī)械能守恒的判斷方法利用機(jī)械能的定義判斷(直接判斷)：分析動(dòng)能和勢(shì)能的和是否變化。用做功判斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈簧的彈力)做功，或有其他力做功，但其他力做功的代數(shù)和為零，則機(jī)械能守恒。用能量轉(zhuǎn)化來(lái)判斷：若物體系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無(wú)機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒。對(duì)多個(gè)物體組成的系統(tǒng)，除考慮外力是否只有重力做功外，還要考慮系統(tǒng)內(nèi)力做功，如有滑動(dòng)摩擦力做功時(shí)，因有摩擦熱產(chǎn)生，系統(tǒng)機(jī)械能將有損失。對(duì)一些繩子突然繃緊、物體間碰撞等問(wèn)題，機(jī)械能一般不守恒，除非題目中有特別說(shuō)明或暗示（8）多物體機(jī)械能守恒問(wèn)題的分析方法對(duì)多個(gè)物體組成的系統(tǒng)要注意判斷物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關(guān)系和位移關(guān)系列機(jī)械能守恒方程時(shí)，一般選用EkEp的形式（9）幾種常見(jiàn)的功能關(guān)系表達(dá)式合外力做功等于物體動(dòng)能的改變，即W合Ek2Ek1Ek。(動(dòng)能定理)重力做功等于物體重力勢(shì)能的減少，即WGEp1EP2Ep。彈簧彈力做功等于彈性勢(shì)能的減少，即W彈Ep1Ep2Ep。除了重力和彈簧彈力之外的其他力所做的總功，等于物體機(jī)械能的改變，即W其他力E2E1E。(功能原理)電場(chǎng)力做功等于電荷電勢(shì)能的減少，即W電Ep1Ep2Ep。（10）能量守恒定律及應(yīng)用列能量守恒定律方程的兩條基本思路：某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等；某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加且減少量和增加量一定相等。應(yīng)用能量守恒定律解題的步驟：分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及每個(gè)小過(guò)程的受力情況，因?yàn)槊總€(gè)過(guò)程的受力情況不同，引起的能量變化也不同；分清有多少形式的能如動(dòng)能、勢(shì)能(包括重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、電勢(shì)能)、內(nèi)能等在變化；明確哪種形式的能量增加，哪種形式的能量減少，并且列出減少的能量E減和增加的能量E增的表達(dá)式；列出能量守恒關(guān)系式：E減 E增。功能關(guān)系式選用上優(yōu)先選擇動(dòng)能定理，其次是機(jī)械能守恒定律；最后選擇能量守恒定律，特別研究對(duì)對(duì)象是系統(tǒng)，且系統(tǒng)機(jī)械能守恒時(shí)，首先考慮機(jī)械能守恒定律【母題1】以水平面為零勢(shì)能面，則小球水平拋出時(shí)重力勢(shì)能等于動(dòng)能的2倍，那么在拋體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)其動(dòng)能和勢(shì)能相等時(shí)，水平速度和豎直速度之比為： （ ）A B1:1 C D【母題2】在日常生活中，人們習(xí)慣于用幾何相似性放大（或縮?。┑谋稊?shù)去得出推論，例如一個(gè)人身體高了50%，做衣服用的布料也要多50%，但實(shí)際上這種計(jì)算方法是錯(cuò)誤的。若物體的幾何線度為l，當(dāng)l改變時(shí)，其它因素按怎樣的規(guī)律變化？這類(lèi)規(guī)律可稱(chēng)之為標(biāo)度律，它們是由量綱關(guān)系決定的。在上例中，物體的表面積，所以身高變?yōu)?.5倍，所用的布料變?yōu)?.52 = 2.25倍。以跳蚤為例：如果一只跳蚤的身長(zhǎng)為2 mm，質(zhì)量為0.2g，往上跳的高度可達(dá)0.3m?？杉僭O(shè)其體內(nèi)能用來(lái)跳高的能量（l為幾何線度），在其平均密度不變的情況下，身長(zhǎng)變?yōu)?m，則這只跳蚤往上跳的最大高度最接近： （ ）A0.3 m B3 m C30 m D300 m【答案】A【解析】由題意可知，跳蚤上升過(guò)程中根據(jù)能量守恒，可得，由于跳蚤變大，而 不變，所以高度不變，所以選項(xiàng)A正確?？键c(diǎn)：機(jī)械能守恒定律【母題3】如圖，長(zhǎng)為L(zhǎng)的粗糙長(zhǎng)木板水平放置，在木板的A端放置一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊?，F(xiàn)緩慢抬高A端，使木板以左端為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)木板轉(zhuǎn)到與水平面的夾角為時(shí)，小物塊開(kāi)始滑動(dòng)，此時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)木板，小物塊滑到底端，重力加速度為g。下列說(shuō)法正確的是： （ ）A.整個(gè)過(guò)程支持力對(duì)物塊做功為零B.整個(gè)過(guò)程支持力對(duì)物塊做功為mgLsinC.整個(gè)過(guò)程木板對(duì)物塊做功為零D.整個(gè)過(guò)程木板對(duì)物塊做功大于物塊機(jī)械能的增量【母題4】（多選）如圖所示，傾角30、高為L(zhǎng)的固定斜面底端與光滑水平面平滑相連，質(zhì)量分別為3m、m的兩個(gè)小球A、B用一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩連接，A球置于斜面頂端。現(xiàn)由靜止釋放A、B兩球，B球與弧形擋板碰撞過(guò)程時(shí)間極短無(wú)機(jī)械能損失，且碰后只能沿斜面下滑，兩球最終均滑到水平面上。已知重力加速度為g，不計(jì)一切摩擦，則： （ ）AA球剛滑至水平面時(shí)的速度大小為BB球剛滑至水平面時(shí)的速度大小為C在A球沿斜面下滑的過(guò)程中，輕繩對(duì)B球先做正功、后不做功D兩小球在水平面上不可能相撞【母題5】（多選）如圖甲所示，在水平地面上固定一豎直輕彈簧，彈簧上端與一個(gè)質(zhì)量為0.1 kg的木塊A相連，質(zhì)量也為0.1 kg的木塊B疊放在A上，A、B都靜止。在B上作用一個(gè)豎直向下的力F使木塊緩慢向下移動(dòng)，力F大小與移動(dòng)距離x的關(guān)系如圖乙所示，整個(gè)過(guò)程彈簧都處于彈性限度內(nèi)。下列說(shuō)法正確的是： （ ）A木塊下移0.1m過(guò)程中，彈簧的彈性勢(shì)能增加2.5 JB彈簧的勁度系數(shù)為500 N/mC木塊下移0.1 m時(shí)，若撤去F，則此后B能達(dá)到的最大速度為5 m/sD木塊下移0.1 m時(shí)，若撤去F，則A、B分離時(shí)的速度為5 m/s【答案】BC【解析】乙圖圖象的面積代表力F做的功為2.5J，木塊下移0.1m過(guò)程中，彈簧的彈性勢(shì)能增加量等【母題6】蹦床運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為一個(gè)落到豎直放置的輕彈簧的小球運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示。質(zhì)量為m的小球，從離彈簧上端高h(yuǎn)處自由下落，接觸彈簧后繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)。以小球剛下落開(kāi)始計(jì)時(shí)，以豎直向下為正方向，小球的速度v隨時(shí)間t變化的圖線如圖乙所示。圖線中的OA段為直線，與曲線ABCD相切于A點(diǎn)。不考慮空氣阻力，則關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是： （ ） AB下落h高度時(shí)小球速度最大C小球在時(shí)刻所受彈簧彈力大于2mgD小球在時(shí)刻重力勢(shì)能和彈簧的彈性勢(shì)能之和最大根據(jù)牛頓第二定律可知，在時(shí)刻，則，選項(xiàng)C正確；故選C.考點(diǎn)：牛頓第二定律的應(yīng)用；簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特點(diǎn).【母題7】（多選）如圖甲所示，甲、乙兩個(gè)小球可視為質(zhì)點(diǎn)，甲球沿傾角為30的光滑足夠長(zhǎng)斜面由靜止開(kāi)始下滑，乙球做自由落體運(yùn)動(dòng)，甲、乙兩球的動(dòng)能與路程的關(guān)系圖象如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是： （ ）A甲球機(jī)械能不守恒，乙球機(jī)械能守恒B甲、乙兩球的質(zhì)量之比為m甲m乙41C甲、乙兩球的動(dòng)能均為Ek0時(shí)，兩球重力的瞬時(shí)功率之比為P甲P乙11D甲、乙兩球的動(dòng)能均為Ek0時(shí)，兩球下降高度之比h甲h乙14【母題8】汽車(chē)從靜止開(kāi)始沿平公路做勻加速運(yùn)動(dòng)，所受阻力始終不變。在此過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是： （ ）A汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力隨時(shí)間均勻增大B汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率隨時(shí)間均勻增大C汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)做的功等于汽車(chē)動(dòng)能的增加量D在任意兩段相等的位移內(nèi)汽車(chē)速度的變化量相等【母題9】（多選）質(zhì)量為10kg的物體,在豎直向上的拉力F作用下由靜止開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng),上升1m時(shí)速度增大為2m/s,若取g=10m/s2,則下列說(shuō)法正確的是 ： （ ）A. 合外力對(duì)物體所做的功為20JB. 物體克服重力所做的功為100JC. 拉力F對(duì)物體所做的功為20JD. 拉力F對(duì)物體所做的功為120J【母題10】有一長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量均勻分布的長(zhǎng)鐵鏈，其總質(zhì)量為M，下端位于斜面船的B端，斜面長(zhǎng)為3L，其中AC段、CD段、DB段長(zhǎng)均為L(zhǎng)，CD段與鐵鏈的動(dòng)摩擦因數(shù)，其余部分均可視為光滑，現(xiàn)用輕繩把鐵鏈沿斜面全部拉到水平面上，人至少要做的功為： （ ）A. B. C. D.【答案】D