专题6 功和能-2024高考物理真题分类汇编（全国版 含解析）

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2024高考物理真题分项解析
专题06 功和能
1. （2024年6月浙江省物理选考）一个音乐喷泉喷头出水口的横截面积为，喷水速度约为10m/s，水的密度为kg/m3，则该喷头喷水的功率约为（　　）
A. 10W B. 20W C. 100W D. 200W
【答案】C
【解析】
设时间内从喷头流出的水的质量为
喷头喷水的功率等于时间内喷出的水的动能增加量，即
联立解得
故选C。
2. （2024高考重庆卷）活检针可用于活体组织取样，如图所示。取样时，活检针的针蕊和针鞘被瞬间弹出后仅受阻力。针鞘在软组织中运动距离d1后进入目标组织，继续运动d2后停下来。若两段运动中针翘鞘整体受到阻力均视为恒力。大小分别为F1、F2，则针鞘（ ）
A. 被弹出时速度大小为
B. 到达目标组织表面时动能为F1d1
C. 运动d2过程中，阻力做功为(F1＋F2)d2
D. 运动d2的过程中动量变化量大小为
【答案】A
【解析】
根据动能定理有
解得，故A正确；
针鞘到达目标组织表面后，继续前进d2减速至零，有Ek = F2d2
故B错误；
针鞘运动d2的过程中，克服阻力做功为F2d2，故C错误；
针鞘运动d2的过程中，动量变化量大小，故D错误。
3 （2024年高考海南卷）神舟十七号载人飞船返回舱于2024年4月30日在东风着陆场成功着陆，在飞船返回至离地面十几公里时打开主伞飞船快速减速，返回舱速度大大减小，在减速过程中（　　）
A. 返回舱处于超重状态 B. 返回舱处于失重状态
C. 主伞的拉力不做功 D. 重力对返回舱做负功
【答案】A
【解析】
返回舱在减速过程中，加速度竖直向上，处于超重状态，故A正确，B错误；
主伞的拉力与返回舱运动方向相反，对返回舱做负功，故C错误；
返回舱的重力与返回舱运动方向相同，重力对返回舱做正功，故D错误。
4. （2024年高考广东卷）如图所示，探测器及其保护背罩通过弹性轻绳连接降落伞。在接近某行星表面时以的速度竖直匀速下落。此时启动“背罩分离”，探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。已知探测器质量为1000kg，背罩质量为50kg，该行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取。忽略大气对探测器和背罩的阻力。下列说法正确的有（　　）
A. 该行星表面的重力加速度大小为
B. 该行星的第一宇宙速度为
C. “背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为
D. “背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30kW
【参考答案】.AC
【名师解析】本题考查万有引力，宇宙速度，牛顿运动定律，功率及其相关知识点。
由GM=gR2可得行星表面g’大小为g’=g=·22·10==4m/s2，A正确；由第一宇宙速度公式v=可得行星的第一宇宙速度为v’=×7.9 km/s=×7.9 km/s=×7.9 km/s，B错误；根据题述，探测器、背罩通过弹性轻绳连接降落伞，在某行星表面时以v=60m/s竖直匀速下落，可知所受空气阻力f=（M+m）g’=4200N，探测器与背罩断开瞬间，由牛顿第二定律，f-mg’=ma，解得背罩的加速度大小为a=80m/s2，C正确；探测器与背罩断开瞬间，探测器受重力做功功率为P=Mg’v=1000×4×60W=240kW，D错误。
【关键点拨】探测器与背罩断开瞬间，探测器做自由落体运动，背罩和降落伞受到向上的空气阻力和重力，利用牛顿第二定律计算其加速度。
5. （2024高考辽宁卷）2024年5月3日，长征五号遥八运载火箭托举嫦娥六号探测器进入地月转移轨道，火箭升空过程中，以下描述其状态的物理量属于矢量的是（　　）
A. 质量 B. 速率 C. 动量 D. 动能
【答案】C
【解析】
矢量是既有大小，又有方向的物理量，所以动量是矢量，而质量、速率、动能只有大小没有方向，是标量。所以描述其状态的物理量属于矢量的是，C正确。
6 .（2024高考福建卷）在水平面上，用两根绳子拉一木板，绳子与水平方向夹角为θ = 22.5°，每条绳子上拉力F = 250N，在15s内木板匀速前进20m。cos22.5° ≈ 0.9求：
（1）阻力f大小；
（2）两绳拉力做的功；
（3）两绳拉力总功率。
【答案】（1）450N；（2）9.0 × 103J；（3）600W
【名师解析】（1）由平衡条件，2Fcosθ=f
解得f=450N
（2）两绳拉力做的功 W=2Fcosθ·x=9.0 × 103J
（3）两绳拉力的总功率 P=W/t=600W
7．（2024高考北京卷）水平传送带匀速运动，将一物体无初速度地放置在传送带上，最终物体随传送带一起匀速运动．下列说法正确的是（ ）
A．刚开始物体相对传送带向前运动
B．物体匀速运动过程中，受到静摩擦力
C．物体加速运动过程中，摩擦力对物体做负功
D．传送带运动速度越大，物体加速运动的时间越长
【参考答案】．D
【考查知识点】相对运动、功、牛顿第二定律
【名师解析】刚开始时，物体速度小于传送带速度，则物体相对传送带向后运动，A错误；匀速运动过程中，物体与传送带之间无相对运动趋势，则物体不受摩擦力作用，B错误；物体加速，由动能定理可知，摩擦力对物体做正功，C错误；设物体与传送带间动摩擦因数为μ，物体相对传送带运动时，其加速度a=μg，做匀加速运动时，若物体速度小于传送带速度，则一直加速，由可知，传送带速度越大，物体加速运动的时间越长，D正确．
8. （2024高考重庆卷）2024年5月3日，嫦娥六号探测成功发射，开启月球背面采样之旅，探测器的着陆器上升器组合体着陆月球要经过减速、悬停、自由下落等阶段。则组合体着陆月球的过程中（ ）
A. 减速阶段所受合外力为0
B. 悬停阶段不受力
C. 自由下落阶段机械能守恒
D. 自由下落阶段加速度大小g = 9.8m/s2
【答案】C
【解析】
组合体在减速阶段有加速度，合外力不为零，故A错误；
组合体在悬停阶段速度为零，处于平衡状态，合力为零，仍受重力和升力，故B错误；
组合体在自由下落阶段只受重力，机械能守恒，故C正确；
月球表面重力加速度不为9.8m/s2，故D错误。
9 （2024高考辽宁卷）2024年5月3日，长征五号遥八运载火箭托举嫦娥六号探测器进入地月转移轨道，火箭升空过程中，以下描述其状态的物理量属于矢量的是（　　）
A. 质量 B. 速率 C. 动量 D. 动能
【答案】C
【解析】
矢量是既有大小，又有方向的物理量，所以动量是矢量，而质量、速率、动能只有大小没有方向，是标量。所以描述其状态的物理量属于矢量的是，C正确。
10. .（2024年高考福建卷） 先后两次从高为高处斜向上抛出质量为同一物体落于，测得，两轨迹交于P点，两条轨迹最高点等高且距水平地面高为，下列说法正确的是（　　）
A. 第一次抛出上升时间，下降时间比值为
B. 第一次过P点比第二次机械能少
C. 落地瞬间，第一次，第二次动能之比为
D. 第二次抛出时速度方向与落地瞬间速度方向夹角比第一次大
【参考答案】B
【名师解析】第一次斜抛出物体上升的高度为h1=3.2m-1.4m=1.8m
逆向思维为平抛运动，可得h1=，解得上升时间t1上=0.6s
最高点距离水平地面高度为h0=3.2m，由平抛运动规律，h0=，解得下落时间t1下=0.8s
第一次抛出上升时间，下降时间比值为 t1上 t1下=0.6 0.8=3 4，A错误。
两条轨迹最高点等高，故可知两次从抛出到落地的时间相等，
从抛出到落地的时间为 t= t1上 +1下=0.6+0.8=1.4s
第一次抛出时水平方向的分速度为vx1=OQ1/t=6m/s
第二次抛出时水平方向的分速度为vx2=OQ2/t=7m/s
由于两条轨迹最高点等高，故抛出时竖直方向的分速度相等为=6m/s
物体斜抛运动机械能守恒，故物体第一次过P点比第二次机械能少△E=-=，B正确；
物体从抛出到落地瞬间的过程，由动能定理，
故落地瞬间，第一次，第二次动能之比为100 113，C错误；
根据前面分析可知，两次抛出时竖直方向的分速度相等，两次落地时物体在竖直方向的分速度也相等。由于第一次抛出时水平分速度较小，故可知第一次抛出时初速度与水平方向的夹角较大，第一次落地时速度与水平方向的夹角也较大，故第二次抛出时速度方向与落地瞬间速度方向夹角比第一次小，D错误。
11. （2024年1月浙江选考）如图所示，质量为m的足球从水平地面上位置1被踢出后落在位置3，在空中达到最高点2的高度为h，则足球（　　）
A. 从1到2动能减少
. 从1到2重力势能增加
C. 从2到3动能增加
D. 从2到3机械能不变
【答案】B
【解析】
由足球的运动轨迹可知，足球在空中运动时一定受到空气阻力作用，则从从1到2重力势能增加，则1到2动能减少量大于，A错误，B正确； 从2到3由于空气阻力作用，则机械能减小，重力势能减小mgh，则动能增加小于，选项CD错误。
12.（2024高考广西卷）如图，坚硬的水平地面上放置一木料，木料上有一个竖直方向的方孔，方孔各侧壁完全相同。木栓材质坚硬，形状为正四棱台，上下底面均为正方形，四个侧面完全相同且与上底面的夹角均为。木栓质量为m，与方孔侧壁的动摩擦因数为。将木栓对准方孔，接触但无挤压，锤子以极短时间撞击木栓后反弹，锤子对木栓冲量为I，方向竖直向下。木栓在竖直方向前进了的位移，未到达方孔底部。若进入的过程方孔侧壁发生弹性形变，弹力呈线性变化，最大静摩擦力约等于滑动摩擦力，则（　　）
A. 进入过程，木料对木栓的合力的冲量为
B. 进入过程，木料对木栓的平均阻力大小约为
C. 进入过程，木料和木栓的机械能共损失了
D. 木栓前进后木料对木栓一个侧面的最大静摩探力大小约为
【答案】BCD
【解析】
锤子撞击木栓到木栓进入过程，对木栓分析可知合外力的冲量为0，锤子对木栓的冲量为I，由于重力有冲量，则木料对木栓的合力冲量不为-I，故A错误；
锤子撞击木栓后木栓获得的动能为
木栓进入过程根据动能定理有
解得平均阻力为
故B错误；
C．木栓进入过程损失的机械能即为阻力做的功，所以
故C正确；
D．对木栓的一个侧面受力分析如图
由于方孔侧壁弹力成线性变化，则有
且根据B选项求得平均阻力
又因为
联立可得
故D正确。
13. （2024高考新课程卷）将重物从高层楼房的窗外运到地面时，为安全起见，要求下降过程中重物与楼墙保持一定的距离。如图，一种简单的操作方法是一人在高处控制一端系在重物上的绳子P，另一人在地面控制另一根一端系在重物上的绳子Q，二人配合可使重物缓慢竖直下降。若重物的质量，重力加速度大小，当P绳与竖直方向的夹角时，Q绳与竖直方向的夹角
（1）求此时P、Q绳中拉力的大小；
（2）若开始竖直下降时重物距地面的高度，求在重物下降到地面的过程中，两根绳子拉力对重物做的总功。
【参考答案】（1），；（2）
解题思路 本题考查的考点：平衡条件 动能定理
（1）重物下降的过程中受力平衡，设此时P、Q绳中拉力的大小分别为和，竖直方向
水平方向
联立代入数值得
，
（2）整个过程根据动能定理得
解得两根绳子拉力对重物做的总功为
14. （2024高考甲卷）如图，一光滑大圆环固定在竖直平面内，质量为m的小环套在大圆环上，小环从静止开始由大圆环顶端经Q点自由下滑至其底部，Q为竖直线与大圆环的切点。则小环下滑过程中对大圆环的作用力大小（　　）
A. 在Q点最大 B. 在Q点最小
C. 先减小后增大 D. 先增大后减小
【答案】C
【解析】
方法一（分析法）：设大圆环半径为，小环在大圆环上某处（点）与圆环的作用力恰好为零，如图所示
设图中夹角为，从大圆环顶端到点过程，根据机械能守恒定律
在点，根据牛顿第二定律
联立解得
从大圆环顶端到点过程，小环速度较小，小环重力沿着大圆环圆心方向的分力大于小环所需的向心力，所以大圆环对小环的弹力背离圆心，不断减小，从点到最低点过程，小环速度变大，小环重力和大圆环对小环的弹力合力提供向心力，所以大圆环对小环的弹力逐渐变大，根据牛顿第三定律可知小环下滑过程中对大圆环的作用力大小先减小后增大。
方法二（数学法）：设大圆环半径为，小环在大圆环上某处时，设该处与圆心的连线与竖直向上的夹角为，根据机械能守恒定律
在该处根据牛顿第二定律
联立可得
则大圆环对小环作用力的大小
根据数学知识可知的大小在时最小，结合牛顿第三定律可知小环下滑过程中对大圆环的作用力大小先减小后增大。
故选C。
15．（2024高考北京卷）如图所示，光滑水平轨道AB与竖直面内的光滑半圆形轨道BC在B点平滑连接．一小物体将轻弹簧压缩至A点后由静止释放，物体脱离弹簧后进入半圆形轨道，恰好能够到达最高点C．下列说法正确的是（ ）
A．物体在C点所受合力为零
B．物体在C点的速度为零
C．物体在C点的向心加速度等于重力加速度
D．物体在A点时弹簧的弹性势能等于物体在C点的动能
【参考答案】．C
【考查知识点】 竖直平面内的圆周运动、能量守恒定律
【名师解析】物体恰好能到达最高点C，则物体在最高点只受重力，且重力全部用来提供向心力，设半圆轨道的半径为r，由牛顿第二定律得，解得物体在C点的速度，AB错误；由牛顿第二定律得，解得物体在C点的向心加速度，C正确；由能量守恒定律知，物体在A点时弹簧的弹性势能等于物体在C点时的动能和重力势能之和，D错误．
16. （2024年高考海南卷）某游乐项目装置简化如图，A为固定在地面上的光滑圆弧形滑梯，半径，滑梯顶点a与滑梯末端b的高度，静止在光滑水平面上的滑板B，紧靠滑梯的末端，并与其水平相切，滑板质量，一质量为的游客，从a点由静止开始下滑，在b点滑上滑板，当滑板右端运动到与其上表面等高平台的边缘时，游客恰好滑上平台，并在平台上滑行停下。游客视为质点，其与滑板及平台表面之间的动摩擦系数均为，忽略空气阻力，重力加速度，求：
（1）游客滑到b点时对滑梯的压力的大小；
（2）滑板的长度L
【答案】（1）；（2）
【解析】
（1）设游客滑到b点时速度为，从a到b过程，根据机械能守恒
解得
在b点根据牛顿第二定律
解得
根据牛顿第三定律得游客滑到b点时对滑梯的压力的大小为
（2）设游客恰好滑上平台时的速度为，在平台上运动过程由动能定理得
解得
根据题意当滑板右端运动到与其上表面等高平台的边缘时，游客恰好滑上平台，可知该过程游客一直做减速运动，滑板一直做加速运动，设加速度大小分别为和，得
根据运动学规律对游客
解得
该段时间内游客的位移为
滑板的位移为
根据位移关系得滑板的长度为
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