2021年高考物理真題和模擬題分類匯編07功能含解析

專題07功、能

選擇題

1.（2021?浙江卷）中國制造的某一型號泵車如圖所示，表中列出了其部分技術(shù)參數(shù)。已知

混凝土密度為2.4xlO'kg/n?,假設泵車的泵送系統(tǒng)以150m3/h的輸送量給30m高處輸送

混凝土，則每小時泵送系統(tǒng)對混凝土做的功至少為（）

發(fā)動機最大輸出功率（kW）332最大輸送高度（m）63

整車滿載質(zhì)量（kg）5.4xlO4最大輸送量（n?/h）180

A.1.08X107JB.5.04X107JC.1.08X108JD.2.72xlO8J

答案C

解析：

泵車的泵送系統(tǒng)以150m3/h的輸送量給30m高處輸送混凝土，每小時泵送系統(tǒng)對混凝土做

的功W=X?V^/z=2.4xl03xi50xl0x30J=L08xl（）8j

故選C。

2.（2021?浙江卷）大功率微波對人和其他生物有一定的殺傷作用。實驗表明，當人體單位

面積接收的微波功率達到250W/m2時會引起神經(jīng)混亂,達到lOOOW/n?時會引起心肺功能

衰竭?，F(xiàn)有一微波武器，其發(fā)射功率P=3xl（）7w。若發(fā)射的微波可視為球面波，則引起

神經(jīng)混亂和心肺功能衰竭的有效攻擊的最遠距離約為（）

A.l（X）m25mB.l（X）m50mC.200ml（X）mD.200m50m

答案B

解析：

Pp

設微波有效攻擊范圍為r時單位面積接收微波功率為P'=—=--

S4步

解得r=

4"'

-3四。⑼皿

則引起神經(jīng)混亂時有

4x3.14x250

3X107.50m

引起心肺功能衰竭時有4

4x3.14x1000

所以B正確；故選B。

3.（2021?全國甲卷）一質(zhì)量為面的物體自傾角為a的固定斜面底端沿斜面向上滑動。該物

體開始滑動時的動能為Ek，向上滑動一段距離后速度減小為零，此后物體向下滑動，到達

斜面底端時動能為*。已知sina=0.6,重力加速度大小為奧貝4（）

A.物體向上滑動的距離為裊B.物體向下滑動時的加速度大小為&

2mg5

C.物體與斜面間的動摩擦因數(shù)等于0.5D.物體向上滑動所用的時間比向下滑動的時間

長

答案BC

解析：

物體從斜面底端回到斜面底端根據(jù)動能定理有一卬〃g?2/cosa=*-Ek

物體從斜面底端到斜面頂端根據(jù)動能定理有一mglsina-jjmglcosa=0-Ek

整理得/=&；〃=0.5

mg

A錯誤，C正確；

物體向下滑動時的根據(jù)牛頓第二定律有ma=mgsina-〃mgcosa

求解得出。建

B正確；

故選BC?

4.（2021?湖南卷）“復興號”動車組用多節(jié)車廂提供動力，從而達到提速的目的?？傎|(zhì)量

為〃?的動車組在平直的軌道上行駛。該動車組有四節(jié)動力車廂，每節(jié)車廂發(fā)動機的額定功

率均為P,若動車組所受的阻力與其速率成正比（%=女丫，攵為常量），動車組能達到的最

大速度為%。下列說法正確的是（）

A.動車組在勻加速啟動過程中，牽引力恒定不變

B.若四節(jié)動力車廂輸出功率均為額定值，則動車組從靜止開始做勻加速運動

3

C.若四節(jié)動力車廂輸出的總功率為2.25P,則動車組勻速行駛的速度為z%

D.若四節(jié)動力車廂輸出功率均為額定值，動車組從靜止啟動，經(jīng)過時間，達到最大速度%，

則這一過程中該動車組克服阻力做的功為一根%2-pr

2

答案C

解析：

225P

若四節(jié)動力車廂輸出的總功率為2.25P,則動車組勻速行駛時加速度為零，有一一=kv

v

4P,

而以額定功率勻速時，有——=左%

喙

3

聯(lián)立解得u=1%

故C正確；故選C。

5.（2021?河北卷）一半徑為"的圓柱體水平固定，橫截面如圖所示，長度為兀R、不可伸

長的輕細繩，一端固定在圓柱體最高點尸處，另一端系一個小球，小球位于尸點右側(cè)同一水

平高度的0點時，繩剛好拉直，將小球從0點由靜止釋放，當與圓柱體未接觸部分的細繩豎

直時，小球的速度大小為（重力加速度為g,不計空氣阻力）（）

C.《2Q+兀）gRD.2版

答案A

解析：

71乃+2

小球下落的高度為h=貨R——R+R-------R

22

小球下落過程中，根據(jù)動能定理有儂?力=;加

綜上有v=J（二+2）gR

故選Ao

6.（2021春?浙江卷）一輛汽車在水平高速公路上以80km/h的速度勻速行駛，其1s內(nèi)能量

分配情況如圖所示則汽車（）

水泵等損耗0.5xlO4J

摩擦損耗0.3xlO4J

服空氣阻力做功0.45xlO4J

、克服轉(zhuǎn)動阻力做功0.45xlO4J

A.發(fā)動機的輸出功率為70kW

B.每1s消耗的燃料最終轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能是5.7X10'J

C.每Is消耗的燃料最終轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能是6.9X1O'J

D.每1s消耗的燃料最終轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能是7.OXIO'J

【答案】C

【解析】

A.由圖可知，發(fā)動機1s內(nèi)克服轉(zhuǎn)動阻力做功為O.45X1O'J,則輸出功率為

0.45x104

W=4.5kW

1

選項A錯誤；

BCD.每1s消耗的燃料有6.9X10'J進入發(fā)動機，則最終轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能的量為6.9X1O'J.

選項C正確，BD錯誤。

故選Co

7.（2021?廣東卷）長征途中，為了突破敵方關隘，戰(zhàn)士爬上陡銷的山頭，居高臨下向敵方

工事內(nèi)投擲手榴彈，戰(zhàn)士在同一位置先后投出甲、乙兩顆質(zhì)量均為力的手榴彈，手榴彈從投

出的位置到落地點的高度差為力，在空中的運動可視為平拋運動，軌跡如圖所示，重力加速

度為g,下列說法正確的有（）

A.甲在空中的運動時間比乙的長

B.兩手榴彈在落地前瞬間，重力的功率相等

C.從投出到落地，每顆手榴彈的重力勢能減少mg%

D.從投出到落地，每顆手榴彈的機械能變化量為，陽〃

答案BC

解析：

做平拋運動的物體落地前瞬間重力的功率P=mgucose=mg5=mg12gh

因為兩手榴彈運動的高度差相同，質(zhì)量相同，所以落地前瞬間，兩手榴彈重力功率相同，故

B正確；

從投出到落地，手榴彈下降的高度為方，所以手榴彈重力勢能減小量AEpUmg/z

故C正確；故選BC。

8.（2021?四川瀘州三模）如圖所示，帶立桿的小車放在光滑水平面上，小球P用輕繩系在

立桿上，把小球拉開一定角度，然后將小球P和小車同時由靜止釋放。在小球P從靜止開始

擺到最低點的過程中（）

A.小球P的機械能守恒B.小球P和小車組成的系統(tǒng)動量守恒

C.細線的拉力對小球P始終不做功D.小球P重力的瞬時功率先增大后減小

【答案】D

【解析】

B.小球P和小車組成系統(tǒng)在水平方向不受外力，豎直方向所受外力不為零，系統(tǒng)只在水

平方向動量守恒，故B錯誤；

AC.由于車和球這個系統(tǒng)水平方向上動量守恒，所以當小球下擺時，車子也會隨之反方向移

動，動能增加，繩對車的拉力對車做正功，系統(tǒng)機械能守恒，則繩對小球的拉力做負功，小

球的機械能減少，故AC錯誤；

D.小球在剛釋放時，速度為零，重力瞬時功率為零，在最低點時，重力方向與速度方向垂

直，則重力瞬時功率為零，可知小球P從靜止開始擺到最低點的過程中，重力的功率先增大

后減小，故D正確。

故選Do

9.（2021?云南曲靖一模）一物體僅受重力和豎直向上的拉力作用，沿豎直方向向上做減速

運動.此過程中物體速度的平方和上升高度的關系如圖所示.若取h=0處為重力勢能等于零

的參考平面，則此過程中物體的機械能隨高度變化的圖象可能正確的是（）

【解析】

拉力豎直向上，與物體的位移方向相同，則拉力對物體做正功，由功能關系知物體的機械能

增加，故A、B錯誤.由勻變速運動的速度位移關系公式v2-v02=2ah得：vJv02+2ah;由數(shù)學

知識可知，d-h圖象的斜率等于2a,直線的斜率一定，則知物體的加速度a一定，因此物

體向上做勻減速直線運動，由牛頓第二定律知拉力恒定.

“F

由功能關系知：FAh=AE,即得J=所以E-h圖象的斜率等于拉力F,F一定，因此

E-h圖象應是向上傾斜的直線，故C錯誤，D正確.故選D.

【點睛】根據(jù)物理規(guī)律得到解析式，再結(jié)合數(shù)學知識分析圖象的形狀和物理意義，是常用的

方法，要能熟練運用.

10.（2021?上海普陀一模）如圖所示，長度為1的輕桿上端連著一質(zhì)量為m的小球A（可視

為質(zhì)點），桿的下端用較鏈固接于水平面上的0點。置于同一水平面上的立方體B恰與A接

觸，立方體B的質(zhì)量為m2。施加微小擾動，使桿向右傾倒，各處摩擦均不計，而小球A與

立方體B剛脫離接觸的瞬間，桿與地面夾角恰為烏，重力加速度為g,則下列說法正確的是

O

0

?-------------------------------

B

77777T7T77777777777777777777777T

O

A.小球A與立方體B剛脫離接觸的瞬間A與立方體B的速率之比為1:2

B.小球A與立方體B剛脫離接觸的瞬間，立方體B的速率為《臀

C.小球A落地時速率為V數(shù)7

D.小球A、立方體B質(zhì)量之比為1:4

【答案】BD

【解析】

A.A與B剛脫離接觸的瞬間，A的速度方向垂直于桿，水平方向的分速度與B速度大小一樣,

設B運動的速度為vB,則V4cos60°=VR

D

因此8=2:1

故A錯誤;

v2

B.根據(jù)牛頓第二定律

解得V

又3V8=2:1

得丫8=居gi

故B正確；

。

1c2lC2

c.由機械能守恒可&mglsin30=ymv-ymvl

乙乙

解得V=W：+g/=j（0g/）2+g/=d1_g/

故C錯誤；

。11

D.根據(jù)A與B脫離之前機械能守恒可知mg/（l-sM30）=ymv^-mvl

乙乙2

解得加：小2=1:4

故D正確。

故選Bl）o

11.（2021?江蘇常州一模）物體沿粗糙斜面底端以一初速度上滑到頂端又滑回到底端。下列

關于物體的動能隨時間的變化圖像正確的是（）

【分析】先根據(jù)牛頓第二定律分析物體沿斜面上滑和下端加速度的大小，由位移-時間公式

分析上滑和下滑運動時間關系。根據(jù)速度-時間公式得到速度與時間的關系式，再得到動能

與時間的關系式，即可確定圖象的形狀。

【解答】解：設斜面的傾角為6,物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為u,物體沿斜面上滑的加

速度大小為a】，下滑的加速度大小為a2。

根據(jù)牛頓第二定律得：上滑過程有mgsin。+umgcos0=mai

下滑過程有mgsin。-nmgcos。=ma2

可得ai>a2o

由于上滑和下滑的位移大小相等，由x=/at2知上滑的時間短于下滑的時間。

上滑過程，有丫=丫。-2代，動能為Ek=/mv2=/m（v0-a逆）2，Ek-t圖象是開口向上的

拋物線（左支）；

設上滑的時間為t。。下滑過程，有v=az（t-t。），動能為Ek=Lmv2=Lma"t-tn）2,

ELt圖象是開口向上的拋物線（右支），故ACD錯誤，B正確。

故選：B。

【點評】解決本題時，要知道有摩擦時物體在斜面上的運動過程不具有對稱性，上滑時間比

下滑時間短，要根據(jù)牛頓第二定律和運動學公式分析運動時間關系。根據(jù)速度-時間公式和

動能表達式得到動能與時間的關系，從而分析圖象的形狀。

12.（2021?河北石家莊一模）如圖所示，將一內(nèi)壁光滑的半圓形槽置于光滑水平面上，槽的

左側(cè)緊靠固定的豎直墻壁。將一小球自左端槽口處由靜止釋放。到第一次運動至槽內(nèi)右側(cè)最

高點過程中，不計空氣阻力，下列說法正確的是（）

A.從釋放到運動到最低點的過程中，小球的機械能不變

B.從釋放到運動到最低點的過程中，小球的機械能減小

C.從最低點向右側(cè)最高點運動的過程中，小球的機械能不變

I）.從最低點向右側(cè)最高點運動的過程中，小球的機械能減小

【答案】AD

【解析】

【詳解】AB.小球從釋放到運動到最低點的過程中，槽沒有動，對小球來說，只有重力做功,

所以小球的機械能保持不變，故A正確，B錯誤；

CD.小球從最低點向右側(cè)最高點運動的過程中，槽同時向右運動，半圓形槽對小球做負功,

小球的機械能減小，故C錯誤，D正確。

故選ADo

13.（2021?河北石家莊一模）從地面以初速度/斜向上拋出一物塊，不計空氣阻力。重力加

速度為g，以地面為零勢能面參考面,當物塊的重力勢能是動能的4倍時，物塊離地面的高

度為（）

v23/2d2v2

A.—B.---C.---D.---

8g8g5g3g

【答案】C

【解析】

依題意知物體機械能守恒，初動能w=§mv；

重力勢能恰好是動能4倍時，離地面高度設為方，則此時重力勢能為0的，則有

42

mgh=—W=—mvg

解得/7?==2詔2

5g

故C正確，ABD錯誤。

故選Co

14.（2021?北京東城一模）如圖所示為豎直放置的離心軌道，其中圓軌道半徑為r,最低點

為從最高點為6,小球從斜軌道上無初速釋放，可模擬游樂園的“翻滾過山車”。某實驗

小組同學通過改變釋放小球距圓軌道底端的高度力多次實驗，發(fā)現(xiàn)有時小球能通過8點，有

時在到達6點前就脫離軌道。他們結(jié)合觀察和分析提出了一些猜想，請運用物理知識分析其

中正確的是（不考慮摩擦力等阻力的影響，小球視為質(zhì)點，重力加速度大小記為g）

A.若爾2.5「，小球在到達8點前脫離軌道做自由落體運動

B.若力2.5r,小球?qū)?點和6點都有壓力，且力越高，壓力之差也越大

C.若從2.5人小球在到達6點前脫離了軌道，脫軌前瞬間在指向圓軌道中心方向的加速度

比g小

D.若力2.5r,小球能通過6點且對彳點沒有壓力

【答案】C

【解析】因為小球在這樣的一個圓軌道上運行，到達最高點的速度曲》而，根據(jù)機械能

守恒規(guī)律可知，zBg(/r2r)=—mvv,解得A22.5r；

2

若爾2.5r,則小球不會到達最高點B,而在到達6點前脫離軌道，脫離軌道時，小球是有一

定速度的，故它不會做自由落體運動，選項A錯誤；脫軌前瞬間它受重力的作用，而該重力

是豎直向下的，并不指向軌道的中心，所以此時在指向圓軌道中心方向的力是重力的一個分

力，自然該分力就比重力小，所以此時的向心加速度一定比重力加速度g小，選項C正確；

mv}

若力2.5八小球?qū)?點和6點都有壓力，設壓力分別為A和其，則氏-喑一二，同理可

r

tviy~jI

得/ng-R=----；對AB兩點而言，根據(jù)動能定理可知：颶X2尸一/nn~-mv?,以上二式結(jié)

r22

合可得A-A=4磔，說明小球?qū)牲c的壓力之差是不變的，與/?無關，選項B錯誤；若/?>2.5r,

小球能通過8點，且軌道對占點有向下的壓力，選項D錯誤。

計算題

15.(2021?全國甲卷)如圖，一傾角為。的光滑斜面上有50個減速帶(圖中未完全畫出)，

相鄰減速帶間的距離均為&減速帶的寬度遠小于a一質(zhì)量為0的無動力小車(可視為質(zhì)點)

從距第一個減速帶上處由靜止釋放。已知小車通過減速帶損失的機械能與到達減速帶時的速

度有關。觀察發(fā)現(xiàn)，小車通過第30個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同。小車

通過第50個減速帶后立刻進入與斜面光滑連接的水平地面，繼續(xù)滑行距離s后停下。已知

小車與地面間的動摩擦因數(shù)為〃，重力加速度大小為伊

(1)求小車通過第30個減速帶后，經(jīng)過每一個減速帶時損失的機械能；

(2)求小車通過前30個減速帶的過程中在每一個減速帶上平均損失的機械能；

(3)若小車在前30個減速帶上平均每一個損失的機械能大于之后每一個減速帶上損失的機

械能，則人應滿足什么條件？

(無動力)小車

減速帶

答案：⑴mgdsin，；⑵〃吆仕+29仆in”〃〃嘰⑶人八上二

30sin0

解析：

(1)由題意可知小車在光滑斜面上滑行時根據(jù)牛頓第二定律有mgsin0=ma

設小車通過第30個減速帶后速度為匕，到達第31個減速帶時的速度為v2,則有

v；-V12=2ad

因為小車通過第30個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同，故后面過減速帶后的

速度與到達下一個減速帶均為匕和心經(jīng)過每一個減速帶時損失的機械能為

A￡=gmv\-；mv\

聯(lián)立以上各式解得△E=mgdsin9

(2)由(1)知小車通過第50個減速帶后的速度為匕，則在水平地面上根據(jù)動能定理有

八12

-fimgs=()-—mv\

從小車開始下滑到通過第30個減速帶，根據(jù)動能定理有mg(L+29d)sin夕―AE總=(相十

聯(lián)立解得+29d)sin夕一/umgs

故在每一個減速帶上平均損失的機械能為△￡=A組=伍g(L+29d)sin6—igs

3030

(3)由題意可知A￡>A￡

可得L>d+上上

sin。

16.(2021?全國乙卷)一籃球質(zhì)量為〃?=0.60kg,一運動員使其從距地面高度為％=L8m

處由靜止自由落下，反彈高度為飽=L2m。若使籃球從距地面自=1.5m的高度由靜止下

落，并在開始下落的同時向下拍球、球落地后反彈的高度也為1.5m。假設運動員拍球時對

球的作用力為恒力，作用時間為f=O.2Os；該籃球每次與地面碰撞前后的動能的比值不變。

重力加速度大小取g=10m/s:不計空氣阻力。求：

(1)運動員拍球過程中對籃球所做的功；

(2)運動員拍球時對籃球的作用力的大小。

答案：(DW=4.5J；(2)E=9N

解析：

(1)第一次籃球下落的過程中由動能定理可得g=mg\

籃球反彈后向上運動的過程由動能定理可得0-七=-〃吆4

第二次從1.5m的高度靜止下落，同時向下拍球，在籃球反彈上升的過程中，由動能定理可

得0-E4=0-mg%

第二次從1.5m的高度靜止下落，同時向下拍球，籃球下落過程中，由動能定理可得

W+mghy=E3

因籃球每次和地面撞擊的前后動能的比值不變，則有比例關系與=善

￡i芻

代入數(shù)據(jù)可得W=4.5J

(2)因作用力是恒力，在恒力作用下籃球向下做勻加速直線運動，因此有牛頓第二定律可得

F+mg=ma

在拍球時間內(nèi)運動的位移為x=

2

做得功為卬=&

聯(lián)立可得尸=9?4(尸=-15N舍去)

17.(2021?北京東城一模)如圖1所示，彈簧a和彈簧6為兩根相同的彈簧，與可視為質(zhì)點

的小球相連，另外兩端固定，小球處于靜止狀態(tài)時兩彈簧均處于伸長狀態(tài)且伸長量為的彈

簧的勁度系數(shù)為衣，質(zhì)量不計，小球的質(zhì)量為如整個裝置處于光滑的水平面上?，F(xiàn)將小球

向右緩慢推動一段距離加)。

(1)求此刻彈簧a彈力的大小和彈簧6彈力的大小。

(2)a.用圖2中的橫軸x表示小球相對于初始位置的位移,縱軸廠表示彈簧的彈力(均以水平

向右為正方向)。請在圖2中畫出彈簧a的彈力E隨x變化的凡-x圖像，以及彈簧6的彈

力凡隨X變化的凡-X圖像。

b.取小球處于初始位置時系統(tǒng)的彈性勢能為零，請利用圖2中的圖像求出小球被向右推動

了距離x時系統(tǒng)的彈性勢能與。

(3)如圖3所示，將小球在水平面內(nèi)沿與兩彈簧軸線相垂直的方向移動一小段距離必請通

過計算論證，釋放后小球是否做簡諧運動以及其運動可視為簡諧運動的條件。(請對論證過

程中用到的物理量加以說明：論證過程中有可能用到的數(shù)學知識有：當0很小時，

sin6&tan夕)

【答案】(1)月=瓜而-王)；冗=Ax0+x)；(2)a.圖像見解析；b.區(qū)=加；