專題09 機(jī)械能守恒定律 功能關(guān)系-五年（2020-2024）高考物理真題分類匯編（原卷版）

2020-2024年五年高考真題分類匯編PAGEPAGE1專題09機(jī)械能守恒定律功能關(guān)系考點(diǎn)五年考情（2020-2024）命題趨勢考點(diǎn)1機(jī)械能守恒定律（含實(shí)驗(yàn)）2021年河北卷、廣東卷；2022年全國卷、河北卷、湖北卷；2023年天津卷等機(jī)械能守恒和功能關(guān)系是物理學(xué)中的重要概念，它們?cè)诟呖嘉锢砻}中占有重要地位。1.重視基礎(chǔ)知識(shí)的考查：高考命題會(huì)強(qiáng)調(diào)對(duì)基本概念和規(guī)律的理解和應(yīng)用。對(duì)于機(jī)械能守恒，考生需要掌握守恒的條件、表達(dá)式以及應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)于功能關(guān)系，要理解不同力做功與能量變化之間的關(guān)系，如重力做功與重力勢能變化、彈力做功與彈性勢能變化等。2.強(qiáng)調(diào)綜合應(yīng)用：高考物理試題往往將機(jī)械能守恒與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、能量守恒定律等其他知識(shí)點(diǎn)綜合考查，要求考生能夠綜合運(yùn)用這些知識(shí)解決實(shí)際問題。3.注重實(shí)驗(yàn)和探究能力：實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，高考物理命題可能會(huì)通過實(shí)驗(yàn)題或探究題的形式，考查考生的實(shí)驗(yàn)操作能力和數(shù)據(jù)處理能力，以及對(duì)物理規(guī)律的探究能力。4.聯(lián)系實(shí)際生活：高考物理命題會(huì)結(jié)合實(shí)際生活情境，如體育比賽、生產(chǎn)工具、娛樂項(xiàng)目等，考查考生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題的能力。5.圖像與數(shù)據(jù)分析：圖像和數(shù)據(jù)分析是物理學(xué)中常用的研究方法，高考物理命題可能會(huì)提供圖像或數(shù)據(jù)，要求考生進(jìn)行分析和處理，以得出結(jié)論。6.創(chuàng)新和拓展：高考物理命題可能會(huì)在原有知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和拓展，考查考生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。綜上所述，機(jī)械能守恒和功能關(guān)系的命題趨勢是強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)、注重綜合、重視實(shí)驗(yàn)、聯(lián)系實(shí)際、強(qiáng)化圖像與數(shù)據(jù)分析，以及鼓勵(lì)創(chuàng)新和拓展?？忌趥淇歼^程中需要全面準(zhǔn)備，不僅要掌握理論知識(shí)，還要學(xué)會(huì)如何應(yīng)用這些知識(shí)解決實(shí)際問題?？键c(diǎn)2功能關(guān)系2020年浙江卷；2021年全國卷、福建卷；2022年江蘇卷、全國卷、福建卷、河北卷；2023年全國卷、湖南卷；2024年浙江卷等考點(diǎn)01機(jī)械能守恒定律1．(2022·全國乙卷·16)固定于豎直平面內(nèi)的光滑大圓環(huán)上套有一個(gè)小環(huán)，小環(huán)從大圓環(huán)頂端P點(diǎn)由靜止開始自由下滑，在下滑過程中，小環(huán)的速率正比于()A．它滑過的弧長B．它下降的高度C．它到P點(diǎn)的距離D．它與P點(diǎn)的連線掃過的面積2.(2021·河北卷·6)一半徑為R的圓柱體水平固定，橫截面如圖1所示，長度為πR、不可伸長的輕細(xì)繩，一端固定在圓柱體最高點(diǎn)P處，另一端系一個(gè)小球，小球位于P點(diǎn)右側(cè)同一水平高度的Q點(diǎn)時(shí)，繩剛好拉直，將小球從Q點(diǎn)由靜止釋放，當(dāng)與圓柱體未接觸部分的細(xì)繩豎直時(shí)，小球的速度大小為(重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力)()圖1A.eq\r(2＋πg(shù)R) B.eq\r(2πg(shù)R)C.eq\r(21＋πg(shù)R) D．2eq\r(gR)3.（多選）(2021·廣東卷·9)長征途中，為了突破敵方關(guān)隘，戰(zhàn)士爬上陡峭的山頭，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m的手榴彈，手榴彈從投出的位置到落地點(diǎn)的高度差為h，在空中的運(yùn)動(dòng)可視為平拋運(yùn)動(dòng)，軌跡如圖1所示，重力加速度為g，下列說法正確的有()圖1A．甲在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)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mghD．從投出到落地，每顆手榴彈的機(jī)械能變化量為mgh4.(2022·全國甲卷·14)北京2022年冬奧會(huì)首鋼滑雪大跳臺(tái)局部示意圖如圖所示。運(yùn)動(dòng)員從a處由靜止自由滑下，到b處起跳，c點(diǎn)為a、b之間的最低點(diǎn)，a、c兩處的高度差為h。要求運(yùn)動(dòng)員過c點(diǎn)時(shí)對(duì)滑雪板的壓力不大于自身所受重力的k倍，運(yùn)動(dòng)過程中將運(yùn)動(dòng)員視為質(zhì)點(diǎn)并忽略所有阻力，則c點(diǎn)處這一段圓弧雪道的半徑不應(yīng)小于（）A．B．C．D．5．(2022·河北卷·11)某實(shí)驗(yàn)小組利用鐵架臺(tái)、彈簧、鉤碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、刻度尺等器材驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．彈簧的勁度系數(shù)為k，原長為L0，鉤碼的質(zhì)量為m.已知彈簧的彈性勢能表達(dá)式為E＝eq\f(1,2)kx2，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間.(1)在彈性限度內(nèi)將鉤碼緩慢下拉至某一位置，測得此時(shí)彈簧的長度為L.接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源．從靜止釋放鉤碼，彈簧收縮，得到了一條點(diǎn)跡清晰的紙帶．鉤碼加速上升階段的部分紙帶如圖乙所示，紙帶上相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔均為T(在誤差允許范圍內(nèi)，認(rèn)為釋放鉤碼的同時(shí)打出A點(diǎn))．從打出A點(diǎn)到打出F點(diǎn)時(shí)間內(nèi)，彈簧的彈性勢能減少量為________________，鉤碼的動(dòng)能增加量為________________，鉤碼的重力勢能增加量為________________．(2)利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到彈簧彈性勢能減少量、鉤碼的機(jī)械能增加量分別與鉤碼上升高度h的關(guān)系，如圖丙所示．由圖丙可知，隨著h增加，兩條曲線在縱向的間隔逐漸變大，主要原因是__________________________________________________.6.(2022·湖北卷·12)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用拉力傳感器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)．一根輕繩一端連接固定的拉力傳感器，另一端連接小鋼球，如圖甲所示．拉起小鋼球至某一位置由靜止釋放，使小鋼球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，記錄鋼球擺動(dòng)過程中拉力傳感器示數(shù)的最大值Tmax和最小值Tmin.改變小鋼球的初始釋放位置，重復(fù)上述過程．根據(jù)測量數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中繪制的Tmax－Tmin圖像是一條直線，如圖乙所示．(1)若小鋼球擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒．則圖乙中直線斜率的理論值為________．(2)由圖乙得：直線的斜率為________，小鋼球的重力為________N．(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(3)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要來源是________(單選，填正確答案標(biāo)號(hào))．A．小鋼球擺動(dòng)角度偏大B．小鋼球初始釋放位置不同C．小鋼球擺動(dòng)過程中有空氣阻力7.(2023·天津卷·9)如圖放置實(shí)驗(yàn)器材，連接小車與托盤的繩子與桌面平行，遮光片與小車位于氣墊導(dǎo)軌上，氣墊導(dǎo)軌沒有畫出(視為無摩擦力)，重力加速度為g。接通電源，釋放托盤與砝碼，并測得：a．遮光片長度db．遮光片到光電門長度lc．遮光片通過光電門時(shí)間Δtd．托盤與砝碼質(zhì)量m1，小車與遮光片質(zhì)量m2(1)小車通過光電門時(shí)的速度為________；(2)從釋放到小車經(jīng)過光電門，這一過程中，系統(tǒng)重力勢能減少量為________，動(dòng)能增加量為________；(3)改變l，做多組實(shí)驗(yàn)，作出以l為橫坐標(biāo)，以(eq\f(d,Δt))2為縱坐標(biāo)的圖像。若機(jī)械能守恒成立，則圖像斜率為________?？键c(diǎn)02功能關(guān)系能量守恒1.(多選)(2023·湖南卷·8)如圖，固定在豎直面內(nèi)的光滑軌道ABC由直線段AB和圓弧段BC組成，兩段相切于B點(diǎn)，AB段與水平面夾角為θ，BC段圓心為O，最高點(diǎn)為C、A與C的高度差等于圓弧軌道的直徑2R。小球從A點(diǎn)以初速度v0沖上軌道，能沿軌道運(yùn)動(dòng)恰好到達(dá)C點(diǎn)，下列說法正確的是()A．小球從B到C的過程中，對(duì)軌道的壓力逐漸增大B．小球從A到C的過程中，重力的功率始終保持不變C．小球的初速度v0＝eq\r(2gR)D．若小球初速度v0增大，小球有可能從B點(diǎn)脫離軌道2．（2022·江蘇·10）如圖所示，輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端與物塊A連接在一起，處于壓縮狀態(tài)，A由靜止釋放后沿斜面向上運(yùn)動(dòng)到最大位移時(shí)，立即將物塊B輕放在A右側(cè)，A、B由靜止開始一起沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，下滑過程中A、B始終不分離，當(dāng)A回到初始位置時(shí)速度為零，A、B與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同、彈簧未超過彈性限度，則（）A．當(dāng)上滑到最大位移的一半時(shí)，A的加速度方向沿斜面向下B．A上滑時(shí)、彈簧的彈力方向不發(fā)生變化C．下滑時(shí)，B對(duì)A的壓力先減小后增大D．整個(gè)過程中A、B克服摩擦力所做的總功大于B的重力勢能減小量3.(多選)(2022·河北卷·9)如圖，輕質(zhì)定滑輪固定在天花板上，物體P和Q用不可伸長的輕繩相連，懸掛在定滑輪上，質(zhì)量mQ>mP，t＝0時(shí)刻將兩物體由靜止釋放，物體Q的加速度大小為eq\f(g,3).T時(shí)刻輕繩突然斷開，物體P能夠達(dá)到的最高點(diǎn)恰與物體Q釋放位置處于同一高度，取t＝0時(shí)刻物體P所在水平面為零勢能面，此時(shí)物體Q的機(jī)械能為E.重力加速度大小為g，不計(jì)摩擦和空氣阻力，兩物體均可視為質(zhì)點(diǎn)．下列說法正確的是()A．物體P和Q的質(zhì)量之比為1∶3B．2T時(shí)刻物體Q的機(jī)械能為eq\f(E,2)C．2T時(shí)刻物體P重力的功率為eq\f(3E,2T)D．2T時(shí)刻物體P的速度大小為eq\f(2gT,3)4.(多選)(2023·全國乙卷·21)如圖，一質(zhì)量為M、長為l的木板靜止在光滑水平桌面上，另一質(zhì)量為m的小物塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）從木板上的左端以速度v0開始運(yùn)動(dòng)。已知物塊與木板間的滑動(dòng)摩擦力大小為f，當(dāng)物塊從木板右端離開時(shí)（）A.木板的動(dòng)能一定等于fl B.木板的動(dòng)能一定小于flC.物塊的動(dòng)能一定大于 D.物塊的動(dòng)能一定小于5.(2024·浙江卷1月·3)如圖所示，質(zhì)量為m的足球從水平地面上位置1被踢出后落在位置3，在空中達(dá)到最高點(diǎn)2的高度為h，則足球（）A.從1到2動(dòng)能減少 .從1到2重力勢能增加C.從2到3動(dòng)能增加 D.從2到3機(jī)械能不變6.(多選)(2022·福建卷·7)一物塊以初速度自固定斜面底端沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后回到斜面底端。該物體的動(dòng)能隨位移x的變化關(guān)系如圖所示，圖中、、均已知。根據(jù)圖中信息可以求出的物理量有（）A．重力加速度大小 B．物體所受滑動(dòng)摩擦力的大小C．斜面的傾角 D．沿斜面上滑的時(shí)間7.(多選)（2022·全國乙卷·20）質(zhì)量為的物塊在水平力F的作用下由靜止開始在水平地面上做直線運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示。已知物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，重力加速度大小取。則（）A．時(shí)物塊的動(dòng)能為零B．時(shí)物塊回到初始位置C．時(shí)物塊的動(dòng)量為D．時(shí)間內(nèi)F對(duì)物塊所做的功為8.（2021·全國甲卷·24）如圖，一傾角為θ的光滑斜面上有50個(gè)減速帶（圖中未完全畫出），相鄰減速帶間的距離均為d，減速帶的寬度遠(yuǎn)小于d；一質(zhì)量為m的無動(dòng)力小車（可視為質(zhì)點(diǎn)）從距第一個(gè)減速帶L處由靜止釋放。已知小車通過減速帶損失的機(jī)械能與到達(dá)減速帶時(shí)的速度有關(guān)。觀察發(fā)現(xiàn)，小車通過第30個(gè)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(gè)減速帶后立刻進(jìn)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(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度大小為g。（1）求小車通過第30個(gè)減速帶后，經(jīng)過每一個(gè)減速帶時(shí)損失的機(jī)械能；（2）求小車通過前30個(gè)減速帶的過程中在每一個(gè)減速帶上平均損失的機(jī)械能；（3）若小車在前30個(gè)減速帶上平均每一個(gè)損失的機(jī)械能大于之后每一個(gè)減速帶上損失的機(jī)械能，則L應(yīng)滿足什么條件？9．（2020·浙江·20）小明將如圖所示的裝置放在水平地面上,該裝置由弧形軌道、豎直圓軌道、水平直軌道AB和傾角θ=37°的斜軌道BC平滑連接而成。質(zhì)量m=0.1kg的小滑塊從弧形軌道離地高H=1.0m處靜止釋放。已知R=0.2m,LAB=LBC=1.0m,滑塊與軌道AB和BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.25,弧形軌道和圓軌道均可視為光滑,忽略空氣阻力。(1)求滑塊運(yùn)動(dòng)到與圓心O等高的D點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力;(2)通過計(jì)算判斷滑塊能否沖出斜軌道的末端C點(diǎn);(3)若滑下的滑塊與靜止在水平直軌道上距A點(diǎn)x處的質(zhì)量為2m的小滑塊相碰,碰后一起運(yùn)動(dòng),動(dòng)摩擦因數(shù)仍為0.25,求它們?cè)谲壍繠C上到達(dá)的高度h與x之間的關(guān)系。(碰撞時(shí)間不計(jì),sin37°=0.6,cos37°=0.8)10