（5）功和能__2021年高考物理真题模拟试题专题汇编（有解析）

（5）功和能——2021年高考物理真题模拟试题专题汇编
1.
【2021年全国乙卷，14】如图，光滑水平地面上有一小车，一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连，另一端与滑块相连，滑块与车厢的水平底板间有摩擦。用力向右推动车厢使弹簧压缩，撤去推力时滑块在车厢底板上有相对滑动，在地面参考系（可视为惯性系）中，从撤去推力开始，小车、弹簧和滑块组成的系统(
)
A.动量守恒，机械能守恒
B.动量守恒，机械能不守恒
C.动量不守恒，机械能守恒
D.动量不守恒，机械能不守恒
2.
【2021年全国乙卷，19】水平桌面上，一质量为m的物体在水平恒力F拉动下从静止开始运动。物体通过的路程等于时，速度的大小为，此时撤去F，物体继续滑行的路程后停止运动。重力加速度大小为g，则(
)
A.在此过程中F所做的功为
B.在此过程中F的冲量大小等于
C.物体与桌面间的动摩擦因数等于
D.F的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2倍
3.
【2021年全国甲卷，20】一质量为m的物体自倾角为α的固定斜面底端沿斜面向上滑动。该物体开始滑动时的动能为，向上滑动一段距离后速度减小为零，此后物体向下滑动，到达斜面底端时动能为。已知，重力加速度大小为g。则(
)
A.物体向上滑动的距离为
B.物体向下滑动时的加速度大小为
C.物体与斜面间的动摩擦因数等于0.5
D.物体向上滑动所用的时间比向下滑动的时间长
4.
【2021年广东卷，9】长征途中，为了突破敌方关隘，战士爬上陡峭的山头，居高临下向敌方工事内投掷手榴弹。战士在同一位置先后投出甲、乙两颗质量均为m的手榴弹。手榴弹从投出的落地点的高度差为h，在空中的运动可视为平抛运动，轨迹如图所示，重力加速度为g。下列说法正确的有(
)
A.甲在空中的运动时间比乙的长
B.两手榴弹在落地前瞬间，重力的功率相等
C.从投出到落地，每颗手榴弹的重力势能减少
D.从投出到落地，每颗手榴弹的机械能变化量为
5.
【2021年河北卷，6】一半径为R的圆柱体水平固定，横截面如图所示。长度为、不可伸长的轻细绳，一端固定在圆柱体最高点P处，另一端系一个小球。小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时，绳刚好拉直。将小球从Q点由静止释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，小球的速度大小为（重力加速度为g，不计空气阻力）(
)
A.
B.
C.
D.
6.
【2021年湖南卷，3】“复兴号”动车组用多节车厢提供动力，从而达到提速的目的。总质量为m的动车组在平直的轨道上行驶。该动车组有四节动力车厢，每节车厢发动机的额定功率均为P，若动车组所受的阻力与其速率成正比（，k为常量），动车组能达到的最大速度为。下列说法正确的是(
)
A.动车组在匀加速启动过程中，牵引力恒定不变
B.若四节动力车厢输出功率均为额定值，则动车组从静止开始做匀加速运动
C.若四节动力车厢输出的总功率为，则动车组匀速行驶的速度为
D.若四节动力车厢输出功率均为额定值，动车组从静止启动，经过时间t达到最大速度，则这一过程中该动车组克服阻力做的功为
7.
【2021年湖南卷，8】如图（a），质量分别为的两物体用轻弹簧连接构成一个系统，外力F作用在A上，系统静止在光滑水平面上（B靠墙面），此时弹簧形变量为x。撤去外力并开始计时，两物体运动的图像如图（b）所示，表示0到时间内A的图线与坐标轴所围面积大小，分别表示到时间内的图线与坐标轴所围面积大小。A在时刻的速度为。下列说法正确的是(
)
A.0到时间内，墙对B的冲量等
B.
C.B运动后，弹簧的最大形变量等于x
D.
8.
【2021年湖南卷，10】两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为L，通过长为L的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的合体。距离组合体下底边H处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为L，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小B使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是(
)
A.B与无关，与成反比
B.通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变
C.通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等
D.调节H、和B，只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变
9.
【2021年浙江卷，10】空间站在地球外层的稀薄大气中绕行，因气体阻力的影响，轨道高度会发生变化。空间站安装有发动机，可对轨道进行修正。图中给出了国际空间站在2020.02—2020.08期间离地高度随时间变化的曲线，则空间站(
)
A.绕地运行速度约为
B.绕地运行速度约为
C.在4月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒
D.在5月份绕行的任意两小时内机械能可视为守恒
10.
【2021年浙江卷，11】中国制造的某一型号泵车如图所示，表中列出了其部分技术参数。已知混凝土密度为，假设泵车的泵送系统以的输送量给高处输送混凝土，则每小时泵送系统对混凝土做的功至少为(
)
发动机最大输出功率（）
332
最大输送高度（m）
63
整车满载质量（）
最大输送量（）
180
A.
B.
C.
D.
11.
【2021年五省百校联考，8】如图甲所示，竖直光滑杆固定不动，套在杆上的弹簧下端固定，将套在杆上的滑块向下压缩弹簧至离地高度处，滑块与弹簧不拴接。现由静止释放滑块，滑块的机械能E和离地高度h之间的关系，在滑块上升部分图像满足图乙所示，滑块的图像后一部分为直线，前一部分为曲线，以地面为零势能面，不计空气阻力，取，由图像可知（
）
A．滑块的质量为
B．轻弹簧原长为
C．弹簧最大弹性势能为
D．滑块上升后，距地面的最大高度为
12.
【2021年五省百校联考，9】汉朝时期飞将军李广的故事广为流传，古诗“林暗草惊风，将军夜引弓。平明寻白羽，没在石棱中”就是描述李广射虎的故事。假设箭的质量约为，以的速度射在石头上，作用时间为。下列说法正确的是（
）
A．箭与石之间平均作用力大小为
B．箭与石之间平均作用力大小为
C．箭的动能变化量为
D．箭的动能变化量为
13.
【2021年五省百校联考，11】如图，在光滑水平面上放着质量分别为3m和m的两个物块，弹簧与A、B拴接，现用外力缓慢向左推B使弹簧压缩，此时弹簧弹性势能为E。然后撤去外力，则（
）
A．从撤去外力到A离开墙面的过程中，墙面对A的冲量大小为
B．当A离开墙面时，B的动量大小为
C．A离开墙面后，A的最大速度为
D．A离开墙面后，弹簧最大弹性势能为
14.
【2021年五省百校联考，12】如图甲所示，一质量为的物体静止在水平地面上，物体在随位移均匀减小的水平拉力F作用下开始运动，拉力F随位移x变化的关系如图乙所示，已知物体与地面间的动摩擦因数，取，则下列说法正确的是（
）
A．拉力撤去时物体的速度为
B．物体在运动中的加速度先变小后不变
C．物体运动的最大速度为
D．物体在水平地面上运动的最大位移为
15.
【2021年河南省名校联考，9】如图所示，质量为m的小球甲穿过一竖直固定的光滑杆拴在轻弹簧上，弹簧下端固定在地面上，小球甲和质量为的物体乙用轻绳连接，且跨过光滑的定滑轮。开始时用手托住物体乙，让轻绳刚好被拉直但没有力，此时小球甲静止于P点，轻绳与水平方向的夹角为，现将物体乙由静止释放，经过一段时间小球甲运动到Q点，两点的连线水平，，且两点处弹簧弹力的大小相等。已知重力加速度为g，，下列说法正确的是(
)
A.弹簧的劲度系数为
B.小球甲位于Q点时的速度大小为
C.从物体乙由静止释放到小球甲到达Q点的过程中，小球甲和物体乙的机械能之和先减小后增大
D.从物体乙由静止释放到小球甲到达Q点的过程中，物体乙重力的瞬时功率先增大后减小
答案以及解析
1.答案：B
解析：本题考查动量守恒定律的适用条件及机械能守恒的条件。撤去推力，小车和弹簧以及滑块组成的系统合外力为零，系统的动量守恒；滑块在车厢底板滑动时，由于摩擦阻力做功，系统的机械能减小，所以系统的机械能不守恒，B项正确。
2.答案：BC
解析：本题考查动能定理及动量定理。设物体在水平桌面上运动时，受到的摩擦力为f，对物体运动的全过程应用动能定理有，得到,D项错误；从开始运动到刚撤去拉力F的过程，由动能定理有，所以拉力做的功为,A项错误；从开始运动到刚撤去拉力F的过程，由动量定理有，所以拉力F的冲量为,B项正确；根据，以及，解得，C项正确。
3.答案：BC
解析：本题考查动能定理的应用。设滑动距离为s，上滑过程由动能定理，物体下滑过程由，联立可得，A项错误；由以上各式可得，又因为，下滑过程中有，由题意可知，联立可得,B、C项正确；上下滑动过程位移大小相等，上滑加速度大、下滑加速度小，根据，故上滑时间短，D项错误。
4.答案：BC
解析：本题考查平抛运动的相关知识、功率及机械能守恒定律等。平抛运动的时间取决于竖直方向下落的高度，两手榴弹下落的高度相同，因而运动时间相同，A项错误；重力的瞬时功率为，两手榴弹下落的高度相同，因而重力的瞬时功率相同，B项正确；手榴弹下落高度为h，因而重力势能减少，C项正确；手榴弹的运动可视为平抛运动，因而不考虑空气阻力，手榴弹在下落过程中，机械能守恒，D项错误。
5.答案：A
解析：本题考查动能定理的简单计算。细绳竖直时，绕在圆柱上绳子的长度为，因此小球下落的高度，根据机械能守恒定律，解得，A项正确。
6.答案：C
解析：本题考查动车以恒定加速度和恒定功率启动的问题。动车组在匀加速过程中，受到牵引力和阻力作用，因为阻力与速率成正比，由牛顿第二定律可知，，阻力是变力，加速度恒定，所以牵引力是变力，A项错误；若动车组以恒定的功率启动，由牛顿第二定律可知，，牵引力变小，阻力变大，动车组做加速度减小的加速运动，B项错误；动车组速度达最大值时，牵引力恰等于阻力，开始做匀速运动，由于每节车厢的额定功率为P，根据，可知，输出总功率为时，动车组匀速行驶的速度，C项正确；若动车组以额定功率启动，经过时间t达到最大速度，根据动能定理有，所以动车组克服阻力做功为，D项错误。
7.答案：ABD
解析：本题考查图像、冲量、动量定理和动量守恒的应用。0到时间内，A物体在弹簧弹力作用下向右做加速运动，时刻，弹簧恢复原长，根据动量定理可知，弹簧对A的冲量等于其动量的变化量，即，弹簧对A的力与对B的力等大、反向，墙壁对B的力与弹簧对B的力也是等大、反向，所以0到时间内，墙对B的冲量为，A项正确；根据图像可知，时刻之后，两物体受到弹簧等大、反向的作用力，由于B的加速度大于A的加速度，由牛顿第二定律可知，B项正确；B运动之后，当两者速度相等时，弹簧的形变量最大，即时刻，此时弹簧被压缩至最短，根据能量守恒可知，此时弹性势能与两物体的动能之和等于初始时的弹性势能，所以此时弹簧的形变量小于x，C项错误；根据图线与时间的面积表示速度变化量可知，时刻两物体加速度最大，所以此时弹簧的形变量最大，两物体速度相等，，D项正确。
8.答案：CD
解析：本题考查楞次定律、电磁感应的力学问题、能量问题。导线框水平运动不会产生感应电流，只有竖直方向上切割磁感线运动才会产生电磁感应现象。根据题意导线框匀速经过该区域，则进入磁场时，安培力等于重力，即，即与成反比，A项错误；进入磁场时磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈中产生逆时针方向的电流，当离开磁场时，磁通量减少，产生顺时针方向的电流，B项错误；组合体经过磁场的过程中只受到竖直向下的重力和竖直向上的安培力，二者等大、反向，所以功率大小相等，C项正确；只要组合体匀速经过磁场，安培力就始终等于重力，所以克服安培力做功不变，电路中的电能不变，产生的热量不变，D项正确。
9.答案：D
解析：本题考查天体运动、机械能守恒。空间站距离地面的高度是变化的，线速度也是变化的，A、B项错误；4月和5月对比，4月高度起伏变化大，说明进行了轨道修正，即存在发动机做功，机械能不守恒，C项错误，D项正确。
10.答案：C
解析：本题考查功能关系。根据功能关系，泵送系统所做的功等于混凝土重力势能的增量，每小时输送的混凝土总重力，增加的重力势能，则，代入数据，,C项正确。
11.答案：D
解析：A.初始位置重力势能为，可知，A错误；
B.当机械能不变，弹簧恢复原长，可知原长为，B错误；
C.根据系统机械能守恒可知，弹性势能最大值为，C错误；
D.根据机械能守恒可得D正确。
12.答案：BC
解析：AB.以箭为研究对象，设受到的平均作用力为F，初速度方向为正，由动量定理得：，代入数据解得，方向与初速度方向相反，B正确；CD.动能变化量为：，故C正确，D错误。
13.答案：AD
解析：A.设当A离开墙面时，B的速度大小为，根据功能关系知，得，从撤去外力到A离开墙面的过程中，对A、B及弹簧组成的系统，由动量定理得：墙面对A的冲量大小，故A正确；
B.当A离开墙面时，B的动量大小，故B错误；
C.A离开墙后，当弹簧再次恢复原长时，A的速度最大，根据系统动量和机械能均守恒，取向右为正方向，由动量守恒有，由机械能守恒有：，解得：A的最大速度，故C错误；
D.A离开竖直墙后，当两物体速度相同时，弹簧伸长最长或压缩最短，弹性势能最大。设两物体相同速度为v，A离开墙时，B的速度为。根据动量守恒和机械能守恒得，，联立解得：弹簧的弹性势能最大值，故D正确。
14.答案：ACD
解析：外力撤去时，根据动能定理，解得，A正确；物体在运动中的加速度先减小到0，后逐渐增大，最后不变，B错误；当拉力等于摩擦力时速度最大，根据函数关系可知，在处速度最大，根据动能定理可知，此时速度；根据动能定理可知D正确。
15.答案：BD
解析：两点处弹簧弹力的大小相等，则由胡克定律可知P点的压缩量等于Q点的伸长量，由几何关系知，则小球位于P点时弹簧的压缩量为，对P点的小球由力的平衡条件可知，解得，故选项A错误；当小球运动到Q点时，假设小球甲的速度为v，此时物体乙的速度为零，又小球甲、物体乙和弹簧组成的系统机械能守恒，则由机械能守恒定律得，解得，故选项B正确；小球由P到Q的过程，弹簧的弹性势能先减小后增大，则小球甲和物体乙的机械能之和先增大后减小，故选项C错误；由于小球在P点和Q点处，物体乙的速度均为零，则物体乙重力的瞬时功率先增大后减小，故选项D正确。