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2024高考物理压轴题冲刺16练
练3 功和能
1. （2024上海黄浦一模）“玉兔号”月球车成功抵达月背表面后，研究者对月球车模型的性能进行研究。月球车运动全过程的v-t图如图所示。月球车在t1~18s内以1.41×10-1W的额定功率行驶，在18s末关闭月球车的动力系统，运动过程中月球车受到的阻力大小不变，求月球车
（1）受到的阻力大小（保留2位有效数字）
（2）质量（精确到1kg）
（3）前15秒内位移（保留2位有效数字）
2. （2024湖南长沙高三适应性考试）如图，将火车停在足够长的平直铁轨上。
（1）若整列火车质量为M，所受阻力恒为F0，当整列火车速度为v时，发动机的功率为P0，求此时火车的加速度；
（2）若整列火车所受阻力恒为F0，某次测试时整列火车的运动分为两个阶段。第一阶段火车受到大小为kF0的恒定牵引力由静止启动，位移为x时，发动机的实际功率正好等于额定功率，然后进入第二阶段；第二阶段发动机保持额定功率继续前进，已知两个阶段用时相等，第二阶段的末速度为初速度倍。求第二阶段火车的位移；
（3）若整列火车由1节动力车头和23节无动力车厢组成，动力车头质量为2m，每节无动力车厢质量均为m。火车在启动前，车头会先向后退一段距离，使得各相邻车厢之间的连接挂钩松弛，车厢无间距紧挨着，然后车头从静止开始启动，逐节带动各节车厢直至最后一节车厢启动。启动过程中车头牵引力恒为F，忽略一切阻力。为了研究方便，将车头及相邻车厢之间的连接挂钩简化为不可伸长的长度为l的轻绳，绳子绷直的瞬间相连的物体间可看做发生完全非弹性碰撞，碰撞时间忽略不计。整个启动过程中，带动第几节无动力车厢前，车头的速度达到最大？
3．（2024年2月17日重庆质检）如图所示,质量均为m的物块A和B用轻弹簧相连,放在光滑的斜面上,斜面的倾角θ=30°,B与斜面底端的固定挡板接触,弹簧的劲度系数为k,A通过一根绕过定滑轮的不可伸长的轻绳与放在水平面上的物块C相连,各段绳均处于刚好伸直状态,A上段绳与斜面平行,C左侧绳与水平面平行,C的质量也为m,斜面足够长,物块C与水平面间的动摩擦因数为μ=0.5,重力加速度为g.现给C与一个向右的初速度,当C向右运动到速度为零时,B刚好要离开挡板,求:
(1)物块C开始向右运动的初速度大小;
(2)若给C施加一个向右的水平恒力F1（未知）使C向右运动,当B刚好要离开挡板时,物块A的速度大小为v,则拉力F1多大？
(3)若给C一个向右的水平恒力F2（未知）使C向右运动,当B刚好要离开挡板时,物块A的加速度大小为a,此时拉力F2做的功是多少？
4. （2024重庆八中一诊）某水上乐园有一个位于竖直平面的轨道，如图所示，其由四分之一圆弧AB和抛物线BC组成，圆弧半径OA水平，B点为抛物线顶点。质量均为m的小孩甲、乙分别独自从A点静止下滑，甲下滑后恰静止在B点，而乙滑至B点后继续运动且在BC段运动时与轨道恰无相互作用力。已知圆弧AB半径为R，B点到水面的高度为2R，BC点的水平距离为R，重力加速度为g，不计空气阻力。求：
（1）小孩甲从A点下滑至B点过程克服轨道阻力所做的功；
（2）小孩乙滑至B点时的速度大小。
5. （2024江苏泰州3月调研）如图所示，可视为质点的两个小物块A、B并排放在粗糙水平面上，一根轻绳一端固定于水平面上的O点，另一端系在小物块A上。已知，A、B与水平面间的动摩擦因数，轻绳长取取3.14且。现给A一个向左的初速度，使其绕O点做圆周运动，运动一周时与B发生弹性碰撞。求：
（1）A刚开始运动时所受轻绳拉力的大小；
（2）A与B碰前瞬间的加速度大小a；
（3）A与B碰后B滑行的距离s。
6. （2024福建泉州质检2）在2023年杭州亚运会女子铅球决赛中，我国运动员巩立姣以19.58m的成绩成功卫冕。运动员为了寻求最佳效果，训练时会尝试不同质昼和不同夹角的抛球感觉。如图，在某次训练中运动员将质量的铅球斜向上抛出，铅球离开手的瞬间速度大小，方向与水平夹角，铅球离开手时离水平地面的高度。取重力加速度，，，不计空气阻力。求铅球：
（1）离开手瞬间的水平分速度大小和竖直分速度大小；
（2）上升到最高点的时间t和离地面的最大高度H；
（3）落地前瞬间的动能。
7（2024浙江绍兴市期末）. 如图所示，某同学在篮筐正前方跳起投篮．跳投过程中，篮球离开手时速度大小为，方向与水平夹角为，距离地面高，到篮筐水平距离为，最终篮球恰好落入篮筐。将篮球视为质点，忽略篮筐大小及空气阻力。
（1）求篮球从投出到最高点所用的时间；
（2）求篮球进入篮筐时的速度大小及与水平方向的夹角（可用正切值表示）；
（3）若从处跳投，篮球离开手时距离地面高度不变，速度方向不变，速度大小变为，已知篮球击中篮板反弹后，速度的水平分量大小与碰前相同，方向与原来方向相反，速度的竖直分量不变．则篮球最终的落地点到篮筐的水平距离为多少（取）。
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2024高考物理压轴题冲刺16练
练3 功和能
1. （2024上海黄浦一模）“玉兔号”月球车成功抵达月背表面后，研究者对月球车模型的性能进行研究。月球车运动全过程的v-t图如图所示。月球车在t1~18s内以1.41×10-1W的额定功率行驶，在18s末关闭月球车的动力系统，运动过程中月球车受到的阻力大小不变，求月球车
（1）受到的阻力大小（保留2位有效数字）
（2）质量（精确到1kg）
（3）前15秒内位移（保留2位有效数字）
【名师解析】
（1），月球车匀速运动，牵引力等于阻力，月球车受到的阻力大小
（2）由，速度图像可得减速阶段的加速度大小
由牛顿第二定律
得月球车质量
（3）设前15秒内的位移为，由动能定理得
其中
解得
2. （2024湖南长沙高三适应性考试）如图，将火车停在足够长的平直铁轨上。
（1）若整列火车质量为M，所受阻力恒为F0，当整列火车速度为v时，发动机的功率为P0，求此时火车的加速度；
（2）若整列火车所受阻力恒为F0，某次测试时整列火车的运动分为两个阶段。第一阶段火车受到大小为kF0的恒定牵引力由静止启动，位移为x时，发动机的实际功率正好等于额定功率，然后进入第二阶段；第二阶段发动机保持额定功率继续前进，已知两个阶段用时相等，第二阶段的末速度为初速度倍。求第二阶段火车的位移；
（3）若整列火车由1节动力车头和23节无动力车厢组成，动力车头质量为2m，每节无动力车厢质量均为m。火车在启动前，车头会先向后退一段距离，使得各相邻车厢之间的连接挂钩松弛，车厢无间距紧挨着，然后车头从静止开始启动，逐节带动各节车厢直至最后一节车厢启动。启动过程中车头牵引力恒为F，忽略一切阻力。为了研究方便，将车头及相邻车厢之间的连接挂钩简化为不可伸长的长度为l的轻绳，绳子绷直的瞬间相连的物体间可看做发生完全非弹性碰撞，碰撞时间忽略不计。整个启动过程中，带动第几节无动力车厢前，车头的速度达到最大？
【参考答案】（1）；（2）(k＋1)x；（3）3
【名师解析】
（1）根据
可知
根据牛顿第二定律
解得
（2）设火车第一阶段运动时间为t，末速度为v2，第二阶段的位移为x2
由动能定理得
再由动量定理得
(k－1)F0t = Mv2
发动机的额定功率
Pm = kF0v2
由上可知，第二阶段的初速度为v2，末速度为，由动能定理得
解得
x2 = (k＋1)x
（3）设拖动第n节车厢前，车头的速度为un，绳子绷直后车头的速度为u′n，拖动第一节车厢前，对车头由动能定理得
绳子绷直，对车头和第一节车厢由动量守恒定律得
2mu1 = (2m＋m)u′1
同理，拖动第n节车厢前，对于车头和前（n－1）节车厢由动能定理得
绳子绷直，对于车头和前n节车厢由动量守恒定律得
[2m＋(n－1)m]un = (2m＋nm)u′n
由上式得
可推出
联立有
令an = (n＋1)2un2，得到
……
其中
上几式相加得到
则
解得
当，即n = 3时有最大值。则拖动第3节车厢前，车头速度达到最大。
3．（2024年2月17日重庆质检）如图所示,质量均为m的物块A和B用轻弹簧相连,放在光滑的斜面上,斜面的倾角θ=30°,B与斜面底端的固定挡板接触,弹簧的劲度系数为k,A通过一根绕过定滑轮的不可伸长的轻绳与放在水平面上的物块C相连,各段绳均处于刚好伸直状态,A上段绳与斜面平行,C左侧绳与水平面平行,C的质量也为m,斜面足够长,物块C与水平面间的动摩擦因数为μ=0.5,重力加速度为g.现给C与一个向右的初速度,当C向右运动到速度为零时,B刚好要离开挡板,求:
(1)物块C开始向右运动的初速度大小;
(2)若给C施加一个向右的水平恒力F1（未知）使C向右运动,当B刚好要离开挡板时,物块A的速度大小为v,则拉力F1多大？
(3)若给C一个向右的水平恒力F2（未知）使C向右运动,当B刚好要离开挡板时,物块A的加速度大小为a,此时拉力F2做的功是多少？
【名师解析】． (1)开始时绳子刚好伸直,因此弹簧的压缩量为x1==
当B刚好要离开挡板时,弹簧的伸长量为x2==
根据能量守恒:mg(x1+x2)+(x1+x2)=2m,
求得:=g
(2)施加拉力F1后,当物块B刚好要离开挡板时,根据动能定理:
F1（x1+x2）(x1+x2)-mg=2m
求得:F1=mg+
(3)施加拉力F2后,当物块B刚好要离开挡板时,设绳的拉力为F,对A研究:
F-mgsinθ-f弹=ma
f弹=mgsinθ
对物块C研究:F2-F-μmg=ma
求得F2=2ma+mg
则拉力做功W=F2(x1+x2)=g)
4. （2024重庆八中一诊）某水上乐园有一个位于竖直平面的轨道，如图所示，其由四分之一圆弧AB和抛物线BC组成，圆弧半径OA水平，B点为抛物线顶点。质量均为m的小孩甲、乙分别独自从A点静止下滑，甲下滑后恰静止在B点，而乙滑至B点后继续运动且在BC段运动时与轨道恰无相互作用力。已知圆弧AB半径为R，B点到水面的高度为2R，BC点的水平距离为R，重力加速度为g，不计空气阻力。求：
（1）小孩甲从A点下滑至B点过程克服轨道阻力所做的功；
（2）小孩乙滑至B点时的速度大小。
【参考答案】（1）；（2）
【名师解析】
【详解】（1）依题意，根据动能定理，可得小孩甲从A点下滑至B点过程中
可得小孩甲克服轨道阻力所做的功为
（2）小孩乙滑至B点后继续运动且在抛物线BC段运动时与轨道恰无相互作用力，说明小孩乙下落到B点时的速度使得小孩做平抛运动的轨迹与轨道BC重合，则有
联立求得小孩乙滑至B点时的速度大小
5. （2024江苏泰州3月调研）如图所示，可视为质点的两个小物块A、B并排放在粗糙水平面上，一根轻绳一端固定于水平面上的O点，另一端系在小物块A上。已知，A、B与水平面间的动摩擦因数，轻绳长取取3.14且。现给A一个向左的初速度，使其绕O点做圆周运动，运动一周时与B发生弹性碰撞。求：
（1）A刚开始运动时所受轻绳拉力的大小；
（2）A与B碰前瞬间的加速度大小a；
（3）A与B碰后B滑行的距离s。
【参考答案】（1）；（2）；（3）
【名师解析】（1）A刚开始运动时轻绳拉力提供向心力
解得轻绳拉力的大小
（2）设A与B碰前瞬间的速度为，根据动能定理
解得
此时绳子的拉力为
根据牛顿第二定律
解得
（3）根据动量守恒
根据机械能守恒
解得
B的加速度
A与B碰后B滑行的距离
6. （2024福建泉州质检2）在2023年杭州亚运会女子铅球决赛中，我国运动员巩立姣以19.58m的成绩成功卫冕。运动员为了寻求最佳效果，训练时会尝试不同质昼和不同夹角的抛球感觉。如图，在某次训练中运动员将质量的铅球斜向上抛出，铅球离开手的瞬间速度大小，方向与水平夹角，铅球离开手时离水平地面的高度。取重力加速度，，，不计空气阻力。求铅球：
（1）离开手瞬间的水平分速度大小和竖直分速度大小；
（2）上升到最高点的时间t和离地面的最大高度H；
（3）落地前瞬间的动能。
【参考答案】（1），；（2），；（3）
【名师解析】
【详解】（1）初速度的水平分速度大小
可得
初速度的竖直分速度大小
可得
（2）竖直方向由速度与时间的关系可得铅球上升到最高点的时间
解得
设铅球从抛出点上升到最高点的距离为，则根据竖直方向的运动有
则铅球离地的最大高度
（3）铅球从抛出到落地的过程中，由机械能守恒定律有
解得
7（2024浙江绍兴市期末）. 如图所示，某同学在篮筐正前方跳起投篮．跳投过程中，篮球离开手时速度大小为，方向与水平夹角为，距离地面高，到篮筐水平距离为，最终篮球恰好落入篮筐。将篮球视为质点，忽略篮筐大小及空气阻力。
（1）求篮球从投出到最高点所用的时间；
（2）求篮球进入篮筐时的速度大小及与水平方向的夹角（可用正切值表示）；
（3）若从处跳投，篮球离开手时距离地面高度不变，速度方向不变，速度大小变为，已知篮球击中篮板反弹后，速度的水平分量大小与碰前相同，方向与原来方向相反，速度的竖直分量不变．则篮球最终的落地点到篮筐的水平距离为多少（取）。
【参考答案】（1）0.4s；（2）m/s， ；（3）3.3m
【名师解析】（1）出手时速度的竖直分量
从投出到最高点的时间
（2）出手时速度的水平分量
从投出到进入篮筐的总时间
则从最高点到入筐的时间
则落入筐时的竖直速度
与水平方向的夹角为，满足
（3）出手时速度为，则水平分量和竖直分量都为
同理，从投出到最高点，时间，上升高度，水平位移，最高点到篮板的水平距离
最高点到与地面的高度
根据镜面对称的方法可以得到从最高点到着地的总时间
则落地点到篮筐的水平距离l=vx’ t4-x2=5×0.86m-1m=3.3m
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