2020年高考 物理试卷真题分类汇编之4-功和能（含解析）

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2020年高考试卷分类汇编之4---功和能
1.2020年上海学业考试10．在一次碰撞试验中，质量均为1.2×105kg的两火车头从长为6.4km的直轨道两端同时由静止起动，以0.25m/s2的加速度相向运动，它们相撞前瞬间的总动能为（ ）
（A）0 （B）9.6×107J （C）1.92×108J （D）3.84×108J
答案：C
解析：火车头从静止起匀加速运动3200m时的速度
总动能为，选项C正确。
2.2020年天津学业考试8．复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能，成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车，初速度为，以恒定功率P在平直轨道上运动，经时间t达到该功率下的最大速度，设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内
A．做匀加速直线运动
B．加速度逐渐减小
C．牵引力的功率
D．牵引力做功
【答案】BC
【解析】AB．动车的功率恒定，根据可知动车的牵引力减小，
根据牛顿第二定律得
可知动车的加速度减小，所以动车做加速度减小的加速运动，A错误，B正确；
C．当加速度为0时，牵引力等于阻力，则额定功率为，C正确；
D．动车功率恒定，在时间内，牵引力做功为
根据动能定理得，D错误。
故选BC。
3.2020年山东学业考试11.如图所示，质量为M的物块A放置在光滑水平桌面上，右侧连接一固定于墙面的水平轻绳，左侧通过一倾斜轻绳跨过光滑定滑轮与一竖直轻弹簧相连。现将质量为m的钩码B挂于弹簧下端，当弹簧处于原长时，将B由静止释放，当B下降到最低点时（未着地），A对水平桌面的压力刚好为零。轻绳不可伸长，弹簧始终在弹性限度内，物块A始终处于静止状态。以下判断正确的是（　　）
A. M<2m
B. 2m C. 在B从释放位置运动到最低点的过程中，所受合力对B先做正功后做负功
D. 在B从释放位置运动到速度最大的过程中，B克服弹簧弹力做的功等于B机械能的减少量
【答案】ACD
【解析】AB．由题意可知B物体可以在开始位置到最低点之间做简谐振动，故在最低点时有弹簧弹力T=2mg；对A分析，设绳子与桌面间夹角为θ，则依题意有
，故有，故A正确，B错误；
C．由题意可知B从释放位置到最低点过程中，开始弹簧弹力小于重力，物体加速，合力做正功；后来弹簧弹力大于重力，物体减速，合力做负功，故C正确；
D．对于B，在从释放到速度最大过程中，B机械能的减少量等于弹簧弹力所做的负功，即等于B克服弹簧弹力所做的功，故D正确。
4.2020年理综新课标Ⅰ卷7.一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10 m/s2。则（　　）
A. 物块下滑过程中机械能不守恒
B. 物块与斜面间的动摩擦因数为0.5
C. 物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2
D 当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J
【答案】AB
【解析】A．下滑5m的过程中，重力势能减少30J，动能增加10J，减小的重力势能并不等与增加的动能，所以机械能不守恒，A正确；
B．斜面高3m、长5m，则斜面倾角为θ＝37°。令斜面底端为零势面，则物块在斜面顶端时的重力势能 mgh＝30J, 可得质量 m＝1kg，
下滑5m过程中，由功能原理，机械能减少量等于克服摩擦力做的功 μmg·cosθ·s＝20J
求得 μ＝0.5 ， B选项正确；
C．由牛顿第二定律 mgsinθ－μmgcosθ＝ma 求得 a＝2m/s2，选项C错误；
D．物块下滑2.0m时，重力势能减少12J，动能增加4J，所以机械能损失了8J，选项D错误。
故选AB。5.2020年物理江苏卷1.质量为1.5×103kg的汽车在水平路面上匀速行驶，速度为20m/s，受到的阻力大小为1.8×103N。此时，汽车发动机输出的实际功率是（　　）
A. 90W B. 30kW C. 36kW D. 300kW
【答案】C
【解析】汽车匀速行驶，则牵引力与阻力平衡
汽车发动机的功率
故选C
6.2020年物理江苏卷4.如图所示，一小物块由静止开始沿斜面向下滑动，最后停在水平地面上。斜面和地面平滑连接，且物块与斜面、物块与地面间的动摩擦因数均为常数。该过程中，物块的动能与水平位移x关系的图象是（　　）
【答案】A
【解析】由题意可知设斜面倾角为θ，动摩擦因数为μ，则物块在斜面上下滑水平距离x时根据动能定理有
整理可得
即在斜面上运动时动能与x成线性关系；当小物块在水平面运动时有
即在水平面运动时动能与x也成线性关系；综上分析可知A正确。
故选A。
7.2020年物理江苏卷22.如图所示，鼓形轮的半径为R，可绕固定的光滑水平轴O转动。在轮上沿相互垂直的直径方向固定四根直杆，杆上分别固定有质量为m的小球，球与O的距离均为2R。在轮上绕有长绳，绳上悬挂着质量为M的重物。重物由静止下落，带动鼓形轮转动。重物落地后鼓形轮匀速转动，转动的角速度为ω。绳与轮之间无相对滑动，忽略鼓形轮、直杆和长绳的质量，不计空气阻力，重力加速度为g。求：
(1)重物落地后，小球线速度的大小v；
(2)重物落地后一小球转到水平位置A，此时该球受到杆的作用力的大小F；
(3)重物下落的高度h。
【答案】(1)；(2)；(3)
【解析】 (1)由题意可知当重物落地后鼓形轮转动的角速度为ω，则根据线速度与角速度的关系可知小球的线速度为
(2)小球匀速转动，当在水平位置时设杆对球的作用力为F，合力提供向心力，则有
结合(1)可解得杆对球的作用力大小为
(3)设重物下落高度为H，重物下落过程中对重物、鼓形轮和小球组成的系统，根据系统机械能守恒可知
而重物的速度等于鼓形轮的线速度，有
联立各式解得
8.2020年上海学业考试16．质量为m、摆长为L的单摆，拉开一定角度后在t1时刻由静止释放。在t1、t2、t3（t1＜t2＜t3）时刻，摆球的动能EK与势能EP第一次出现如图所示关系，图中E0为单摆总机械能。此单摆的周期为_________，摆球在最低点的向心加速度为_______________（取摆球在最低点时为零势能点）。
答案：4（t3－t1），2E0/Lm，
解析：从t1→t2→t3的过程中，重力势能第一次由最大值减小为零，动能由零增大到最大值，t3－t1即是从最大位移到平衡位置的时间，所以周期为T=4（t3－t1）；
摆球在最低点的动能，
所以摆球在最低点的向心加速度为
9.2020年上海学业考试20．（15分）足够长的斜面与水平面的夹角＝37，质量m＝2kg的物块静止于斜面底端。物块在平行于斜面向上的恒力F＝24N作用下向上运动，经过t＝2s后撤去F。物块与斜面间动摩擦因数μ＝0.25，最大静摩擦力与滑动摩擦力近似相等。（sin37＝0.6，cos37＝0.8，g取10m/s2）
（1）求物块沿斜面向上运动所需的总时间；
（2）求上行过程中，撤去F前后，物块受到的摩擦力做功之比k；
（3）在s-t坐标中画出减速阶段物块运动的大致图线（设t＝0时物块位于出发点s＝0处）
（4）分析说明为什么物块动能与势能相等的位置仅出现在沿斜面下行过程中；求该位置离斜面底端距离L（取斜面底端所在水平面为零势能面）。
答案：（1）3s （2）2 （3）如下图示 （4）4.8m
解析：（1）， 解得a1＝4m/s2，
2s末的速度为 v1＝a1t＝8m/s，
撤去外力后， 解得 a2＝－8m/s2，
匀减速运动到最高点的时间为t2，由0－v1＝a2t2， 得 t2＝1s，
物块沿斜面向上运动所需的总时间 t总＝t＋t2＝3s，
（2）， ，，
上行过程中，撤去F前后，物块受到的摩擦力做功之比为，
（3）如右图所示，
（4）上行过程加速段，EP＝mgssin37＝12mt2，始终有Ek＜EP，
上行过程减速段，动能继续减小，势能继续增大，势能始终大于动能，两者不可能相等。
下行过程：， 解得a3＝4m/s2，
， ，Ep＝mg（s1＋s2－s3）sin37＝6m（12－2t2），
当Ek＝Ep，则8mt2＝6m（12－2t2），得t2＝3.6，
动能和势能相等的位置离斜面底端距离L为 L＝s1＋s2－s3＝12－2t2＝4.8m.
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