专题05功与功率功能关系（练习）（解析版）_4.2025物理总复习_2024年新高考资料_2.2024二轮复习_2024年高考物理二轮复习讲练测（新教材新高考）

第 05 讲 功与功率 功能关系 目 录 01 功和功率························································1 02 机车及启动问题···············································9 03 动能定理的理解和应用·····································16 04 功能关系的理解和应用·····································36 01 功和功率 1．（2022·浙江·统考高考真题）单位为J/m的物理量是（ ） A．力 B．功 C．动能 D．电场强度 【答案】A 【详解】根据功的定义式 可知 ，则有 ，因N是力的单位，故单位为J/m 的物理量是力。 故选A。 2．（2021·浙江·统考高考真题）如图所示是我国自主研发的全自动无人值守望远镜，它安装在位于南极大 陆的昆仑站，电力供应仅为1×103W。若用国际单位制基本单位的符号来表示W，正确的是（ ）A．N・s B．N・m/s C．kg・m/s D．kg・m2/s3 【答案】D 【详解】A． 不是国际单位制基本单位，根据冲量的定义 可知， 是冲量的的单位，A错误； B．根据功率的计算公式 可知功率的单位可以表示为 ，但 不是国际单位制基本单位，B错 误；C．根据动量的定义 可知， 是动量的单位，C错误；D．根据 可知功率的单位可 以表示为 ，结合 可知 ，则功率得单位 ，D正确。 故选D。 3．（2023·山西·统考高考真题）无风时，雨滴受空气阻力的作用在地面附近会以恒定的速率竖直下落。一 质量为m的雨滴在地面附近以速率v下落高度h的过程中，克服空气阻力做的功为（重力加速度大小为 g）（ ） A．0 B．mgh C． D． 【答案】B 【详解】在地面附近雨滴做匀速运动，根据动能定理得 ，故雨滴克服空气阻力做功为 。 故选B。 4．（2023·江苏·统考高考真题）滑块以一定的初速度沿粗糙斜面从底端上滑，到达最高点B后返回到底端。 利用频闪仪分别对上滑和下滑过程进行拍摄，频闪照片示意图如图所示。与图乙中相比，图甲中滑块（ ） A．受到的合力较小 B．经过A点的动能较小 C．在A、B之间的运动时间较短 D．在A、B之间克服摩擦力做的功较小【答案】C 【详解】A．因为频闪照片时间间隔相同，对比图甲和乙可知图甲中滑块加速度大，是上滑阶段；根据牛 顿第二定律可知图甲中滑块收到的合力较大；故A错误；B．从图甲中的A点到图乙中的A点，先上升后 下降，重力做功为0，摩擦力做负功；根据动能定理可知图甲经过A点的动能较大，故B错误；C．由于 图甲中滑块加速度大，根据 ，可知图甲在A、B之间的运动时间较短，故C正确；D．由于无 论上滑或下滑均受到滑动摩擦力大小相等，故图甲和图乙在A、B之间克服摩擦力做的功相等，故D错误； 故选C。 5．（2022·福建·高考真题）福建土楼兼具居住和防御的功能，承启楼是圆形土楼的典型代表，如图（a） 所示。承启楼外楼共四层，各楼层高度如图（b）所示。同一楼层内部通过直径约 的圆形廊道连接。 若将质量为 的防御物资先从二楼仓库搬到四楼楼梯口M处，再用 沿廊道运送到N处，如图 （c）所示。重力加速度大小取 ，则（ ） A．该物资从二楼地面被运送到四楼M处的过程中，克服重力所做的功为 B．该物资从M处被运送到N处的过程中，克服重力所做的功为 C．从M处沿圆形廊道运动到N处，位移大小为D．从M处沿圆形廊道运动到N处，平均速率为 【答案】A 【详解】A．该物资从二楼地面被运送到四楼M处的过程中，克服重力所做的功为 ，故A正确；B．该物资从M处被运送到N处的过程中，由于 M、N高度差为零，所以克服重力做功为零，故B错误；C．从M处沿圆形廊道运动到N处，位移大小为 ，故C错误；D．从M处沿圆形廊道运动到N处，平均速率为 ， 故D错误。 故选A。 6．（2021·浙江·高考真题）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． 【答案】C 【详解】泵车的泵送系统以 的输送量给 高处输送混凝土，每小时泵送系统对混凝土做的功 。 故选C。 7．（2023·山东·统考高考真题）《天工开物》中记载了古人借助水力使用高转筒车往稻田里引水的场景。 引水过程简化如下：两个半径均为R的水轮，以角速度ω匀速转动。水筒在筒车上均匀排布，单位长度上 有n个，与水轮间无相对滑动。每个水筒离开水面时装有质量为m的水，其中的60%被输送到高出水面H 处灌入稻田。当地的重力加速度为g，则筒车对灌入稻田的水做功的功率为（ ）A． B． C． D．nmgωRH 【答案】B 【详解】由题知，水筒在筒车上均匀排布，单位长度上有n个，且每个水筒离开水面时装有质量为m的水、 其中的60%被输送到高出水面H处灌入稻田，则水轮转一圈灌入农田的水的总质量为m = 2πRnm × 60% 总 = 1.2πRnm，则水轮转一圈灌入稻田的水克服重力做的功W = 1.2πRnmgH，则筒车对灌入稻田的水做功的 功率为 ， ，联立有 。 故选B。 8．（2023·辽宁·统考高考真题）如图（a），从高处M点到地面N点有Ⅰ、Ⅱ两条光滑轨道。两相同小物 块甲、乙同时从M点由静止释放，沿不同轨道滑到N点，其速率v与时间t的关系如图（b）所示。由图可 知，两物块在离开M点后、到达N点前的下滑过程中（ ） A．甲沿I下滑且同一时刻甲的动能比乙的大 B．甲沿Ⅱ下滑且同一时刻甲的动能比乙的小 C．乙沿I下滑且乙的重力功率一直不变 D．乙沿Ⅱ下滑且乙的重力功率一直增大 【答案】B 【详解】AB．由图乙可知，甲下滑过程中，甲做匀加速直线运动，则甲沿Ⅱ下滑，乙做加速度逐渐减小的 加速运动，乙沿I下滑，任意时刻甲的速度都小于乙的速度，可知同一时刻甲的动能比乙的小，A错误，B 正确；CD．乙沿I下滑，开始时乙速度为0，到 点时乙竖直方向速度为零，根据瞬时功率公式可知重力瞬时功率先增大后减小，CD错误。 故选B。 9．（2023·重庆·统考高考真题）机械臂广泛应用于机械装配。若某质量为m的工件（视为质点）被机械臂 抓取后，在竖直平面内由静止开始斜向上做加速度大小为a的匀加速直线运动，运动方向与竖直方向夹角 为θ，提升高度为h，如图所示。求： （1）提升高度为h时，工件的速度大小； （2）在此过程中，工件运动的时间及合力对工件做的功。 【答案】（1） ；（2） ， 【详解】（1）根据匀变速直线运动位移与速度关系有 解得 （2）根据速度公式有 解得 根据动能定理有 解得 10．（2024·河南·校联考模拟预测）(多选)如图所示，倾角为 的光滑足够长固定斜面上，一劲度系数为 的轻弹簧，一端连在斜面底部的固定挡板上。质量分别为 和 的物块 和 叠放在一起，压在弹簧上， 处于静止状态。对B施加一沿斜面向上的外力，使B以 （ 为重力加速度）的加速度沿斜面匀加速直 线运动，则（ ）A．两物块分离时的速度大小为 B．两物块分离时的速度大小为 C．物块从开始运动到分离时，弹簧弹力做的功为 D．物块从开始运动到分离时，弹簧弹力做的功为 【答案】BD 【详解】AB．物块B施加外力前，物块 和 受力平衡有 ，两物块分离时，物块 和 间 的作用力为零，物块 受力平衡有 ，物块 上滑的距离为 ，根据动力 学公式 ，可得两物块分离时的速度大小为 ，故A错误，B正确；CD．物块从开始运动 到分离时，弹簧弹力做的功为 ，故C错误，D正确。 故选BD。 11．（2023·重庆·统考一模）(多选)如题图甲，辘轳是古代民间提水设施，由辘轳头、支架、井绳、水斗等 部分构成。如题图乙为提水设施工作原理简化图，某次需从井中汲取m=2kg的水，辘轳绕绳轮轴半径为 r=0.1m，水斗的质量为0.5kg，井足够深且井绳的质量忽略不计。t=0时刻，轮轴由静止开始绕中心轴转动， 其角速度随时间变化规律如题图丙所示，g取 ，则（ ）A．水斗速度随时间变化规律为v=0.4t B．井绳拉力瞬时功率随时间变化规律为P=10t C．0~10s内水斗上升的高度为4m D．0~10s内井绳拉力所做的功为520J 【答案】AD 【详解】A．根据图像可知，水斗速度 ，A正确；B．井绳拉力瞬时功率为 ，又由于 ，根据上述有 ，则有P=10.4t，B错误；C．根 据图像可知，0~10s内水斗上升的高度为 ，C错误；D．根据上述P=10.4t， 0~10s内井绳拉力所做的功为 ，D正确。 故选AD。 12．（2023·湖南·统考模拟预测）(多选)如图甲所示，一个质量为2kg的物体（可看成质点）在沿斜面方向 的拉力作用下，从倾角θ=30°的光滑斜面底端由静止开始沿斜面向上运动。以斜面底端为坐标原点，沿斜 面向上为正方向建立x轴，拉力做的功W与物体位置坐标x的关系如图乙所示。取g=10m/s2。物体沿斜面 向上运动的过程中，下列说法正确的是（ ） A．物体沿斜面向上运动的最大位移xₘ=22m B．物体沿斜面向上运动的时间为4.5s C．在x=5m处，拉力的功率为100W D．拉力的最大功率为200W 【答案】BD 【详解】C．由于拉力沿斜面向上，则拉力做的功 ，可看出W—x图像的斜率代表拉力，在 ，的范围内，拉力 ，根据动能定理有 ，则 处物体 的速度 ，此时拉力的功率 ，C错误；D．同理可知， 处物体的速度 ，此时拉力功率最大，则 ，D正确；A．从x=0到x=10m的过程中，物体的运动时间为t1， 由 ，解得 从x=10m到最高点的过程中，拉力 ，由牛顿第二定律可得 ，解得物体的加速度大小为 ，物体继续向上运动的时间 ，由 ，则物体沿斜面向上运动的最大位移 ，A错误；B．物体沿斜面向上运 动的时间 ，B正确。 故选BD。 13．（2023·内蒙古呼和浩特·统考模拟预测）(多选)如图所示，A、B是质量相等的两个小球，A球从高度 为h的固定光滑斜面顶端静止下滑，B球从半径为h的四分之一固定光滑圆弧顶端静止下滑，重力加速度 为g,关于A、B两小球的运动，下列说法正确的是（ ） A．两小球运动到各自底端时合外力做的功相同 B．两小球到达底端时速率相等 C．两小球运动到各自底端时重力的瞬时功率相等 D．B球运动过程中重力的瞬时功率先增大后减小 【答案】ABD 【详解】B．根据机械能守恒有 ，两小球下落高度相同，可知两小球到达底端时速率相等，故B 正确；A．根据动能定理有 ，故两小球运动到各自底端时合外力做的功相同，故A正确； C．两小球运动到各自底端时重力的瞬时功率为 ，运动至最低点时A球的竖直方向的速度不为零， B球的竖直方向的速度为零，故A球运动到各自底端时重力的瞬时功率较大，故C错误；D．B球运动过 程中竖直方向的速度先从零增大至最大值，后减小为零，故B球运动过程中重力的瞬时功率先增大后减小， 故D正确。 故选ABD。 14．（2023·黑龙江·校联考模拟预测）(多选)如图甲所示，一个质量为2kg的物体（可看成质点）在沿斜面方向的拉力作用下，从倾角θ=30°的光滑斜面底端由静止开始沿斜面向上运动。以斜面底端为坐标原点， 沿斜面向上为正方向建立x轴，拉力做的功W与物体位置坐标x的关系如图乙所示。取g=10m/s2.，物体沿 斜面向上运动的过程中，下列说法正确的是（ ） A．拉力的大小为40N B．拉力的大小为20N C．在x=5m处，拉力的功率为100W D．在x=5m处，拉力的功率为 W 【答案】BD 【详解】AB．由于拉力沿斜面向上，则拉力做的功 ，可看出 图像的斜率代表拉力，则拉力 ，故A错误，B正确；CD．根据动能定理有 ，则x=5m处物体的速度 ，此时拉力的功率 ，故C错误，D正确。 故选BD。 02 机车及启动问题 1．（2023·天津·统考高考真题）质量为m的列车匀速v行驶，突然以F大小的力制动刹车直到列车停止， 过程中恒受到f的空气阻力，下列说法正确的是（ ） A．减速运动加速度大小 B．力F的冲量为mv C．刹车距离为 D．匀速行驶时功率为 【答案】C 【详解】A．根据牛顿第二定律有 ，可得减速运动加速度大小 ，故A错误；B．根据 运动学公式有 ，故力F的冲量为 ，方向与运动方向相反；故B错误；C．根据运动学公式 ，可得 ，故C正确；D．匀速行驶时牵引力等于空气阻力，则功率为 ，故D错误。 故选C。 2．（2021·重庆·高考真题）（多选）额定功率相同的甲、乙两车在同一水平路面上从静止启动，其发动机 的牵引力随时间的变化曲线如图所示。两车分别从 和 时刻开始以额定功率行驶，从 和 时刻开始牵引 力均视为不变。若两车行驶时所受的阻力大小与重力成正比，且比例系数相同，则（ ） A．甲车的总重比乙车大 B．甲车比乙车先开始运动 C．甲车在 时刻和乙车在 时刻的速率相同 D．甲车在 时刻和乙车在 时刻的速率相同 【答案】ABC 【详解】A．根据题述，两车额定功率P相同，匀速运动后牵引力等于阻力，因此甲车阻力大于乙车阻力， 根据甲车 时刻后和乙车 时刻后两车牵引力不变，甲车牵引力大于乙车可知 ，可知甲车的总 重比乙车大，故A正确；B．如图所示 甲车在A点所对应的时刻牵引力与阻力瞬间相等，所以甲车从这个时刻开始，做加速运动；乙车在B点所 对应的时刻牵引力与阻力瞬间相等，乙车从这个时刻开始加速，所以甲车比乙车先开始运动，故B正确； C．两车分别从 和 时刻开始以额定功率行驶，这两个时刻，两车的牵引力等大，由 可知，甲车在时刻和乙车在 时刻的速率相同，故C正确；D． 时刻甲车达到最大速度， 时刻乙车达到最大速度， 根据汽车的额定功率 ，可知由于甲车的总重比乙车大，所以甲车在 时刻的速率小于乙车 在 时刻的速率，故D错误。 故选ABC。 3．（2023·山东·统考高考真题）质量为M的玩具动力小车在水平面上运动时，牵引力F和受到的阻力f均 为恒力，如图所示，小车用一根不可伸长的轻绳拉着质量为m的物体由静止开始运动。当小车拖动物体行 驶的位移为 时，小车达到额定功率，轻绳从物体上脱落。物体继续滑行一段时间后停下，其总位移为 。 物体与地面间的动摩擦因数不变，不计空气阻力。小车的额定功率P 为（ ） 0 A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设物体与地面间的动摩擦因数为μ，当小车拖动物体行驶的位移为S1的过程中有F－f－μmg = (m ＋M)a， v= 2aS，P= Fv，轻绳从物体上脱落后a= μg，v= 2a (S－S)，联立有 2 1 0 2 2 2 2 1 。 故选A。 4．（2022·浙江·统考高考真题）小明用额定功率为 、最大拉力为 的提升装置，把静置于地面 的质量为 的重物竖直提升到高为 的平台，先加速再匀速，最后做加速度大小不超过 的匀 减速运动，到达平台的速度刚好为零， 取 ，则提升重物的最短时间为（ ） A．13.2s B．14.2s C．15.5s D．17.0s 【答案】C 【详解】为了以最短时间提升重物，一开始先以最大拉力拉重物做匀加速上升，当功率达到额定功率时， 保持功率不变直到重物达到最大速度，接着做匀速运动，最后以最大加速度做匀减速上升至平台速度刚好为零，重物在第一阶段做匀加速上升过程，根据牛顿第二定律可得 ，当功率达到额定功率时，设重物的速度为 ，则有 ，此过程所用时间和上升高度分别为 ， ， 重物以最大速度匀速时，有 ，重物最后以最大加速度做匀减速运动的时 间和上升高度分别为 ， ，设重物从结束匀加速运动到开始做匀 减速运动所用时间为 ，该过程根据动能定理可得 ，又 ，联立解得 ，故提升重物的最短时间为 ，C正确，ABD错误； 故选C。 5．（2024·广东惠州·统考二模）(多选)2023年9月26日，广汕高铁惠州南站首趟动车G6413以额定功率P 在平直轨道上加速启动，若该动车的质量为m，受到的阻力f保持不变，其出站过程的速度—时间图像如 图所示。则该动车在0~t₀时间内（ ） A．做变加速直线运动 B．牵引力做功 C．最大速度 D．平均速度 【答案】AC 【详解】A．动车以恒定功率运动，根据 可知随着速度的增加，牵引力逐渐减小，合力减小，加速 度减小，故动车做加速度逐渐减小的变加速直线运动，故A正确；B．根据动能定理有，则该动车在0~t₀时间内牵引力做功为 ，B错误；C．当 牵引力与阻力大小相等时加速度为零，速度达到最大，即有 ，则复兴号动车的功率 ， 则最大速度为 ，故C正确；0~t0这段时间内，如果动车做匀加速直线运动，则平均速度应该为 ，然而动车做加速度逐渐减小的变加速直线运动，根据图像可知动车的平均速度 ，故D错误。 故选AC。 6．（2023·广西·统考三模）新能源汽车的发展是为了减少对传统燃料的依赖，减少环境污染和减少温室气 体的排放。如图所示为我国比亚迪一型号汽车某次测试行驶时的加速度和车速倒数 的关系图像。若汽车 质量为 ，它由静止开始沿平直公路行驶，且行驶中阻力恒定，最大车速为 ，下列说法正确 的是（ ） A．汽车匀加速所需时间为 B．汽车牵引力的额定功率为 C．汽车在车速为 时，功率为 D．汽车所受阻力为 【答案】C 【详解】A．由图可知，汽车在速度等于 前，加速度不变，故汽车是恒加速度启动的，根据匀变速直 线运动的基本规律可知 ，故A错误；BD．汽车达到最大车速为 ，汽车开始做匀速直 线运动，此时 ， ，当 时，汽车的加速度 。根据牛顿第二定律可知 ，代入数据，解得 ， ，故B、D错误；C．汽车在车速为 时，汽车处于匀加速阶段，故 ， ，解得 ， ，故C正确。 故选C。 7．（2024·辽宁鞍山·统考二模）汽车在上坡路上起步的行为叫做坡起。此行为多发生在城市立交桥和山区 公路的上坡路段。一新学员驾驶某手动挡车型在山区遇到一个长直斜坡，因路宽车少，开始由静止练习坡 起技术，行车电脑记录了这次坡起的功率——时间图像如图所示，且 功率下能达到的最大速度为 。下 列有关说法正确的是（ ） A． 时间内汽车做匀速运动 B． 时间内发动机做的功为 C． 时间内发动机做的功为 D．汽车匀速行驶时所受摩擦及空气的阻力为 【答案】B 【详解】A．根据图像可知，0-t1，内 ，所以汽车匀加速启动， 时刻功率达到最大，但此时 牵引力大于阻力，仍处于加速阶段，故 时间内汽车有变速运动，故A错误；B．图像面积代表发动机 做的功 ，故B正确；C．根据面积代表功可知， 时间内发动机做的功为 ，故 C错误；D．行车电脑记录了这次坡起的功率，所以汽车匀速行驶时所受摩擦及空气的阻力以及重力向下 分力的合力为 ，故D错误。 故选B。 8．（2023·贵州·校考模拟预测）质量为 的物体，在 的水平力作用下，沿光滑水平面从静 止开始运动，运动时间为 ，试求： （1） 内物体的位移 ； （2）力 在 内对物体所做的功 ；（3）力 在 内对物体所做功的平均功率 。 【答案】（1）9m；（2）144J；（3）48W 【详解】 （1）根据牛顿第二定律 可得，物体运动的加速度为 所以 内通过的位移为 （2） 内拉力做功为 （3）力F在3s内对物体所做功的平均功率 9．（2023·河北石家庄·校联考模拟预测）某旅客出行时，观察到t=0时刻和谐号匀加速启动，此时复兴号 列车在另一铁轨上以v=216km/h的速度迎面驶来，此刻两车车头相距x=60m，t=8s时两列车恰好相互驶 1 0 1 离，此时和谐号恰好达到额定功率，此后和谐号功率保持恒定，t=68s时和谐号刚好达到最大速度。已知 2 和谐号长度为L=200m，质量为150t，所受阻力为其重力 的，复兴号长度为L=300m，两列车均沿直轨 1 2 道行驶，取g=10m/s2。求： （1）和谐号启动时加速度的大小及其额定功率。 （2）t~t 时间内和谐号运动的位移大小。 1 2 【答案】（1）2.5m/s2； ；（2）1950m 【详解】规定“和谐号”运动方向为正方向， 解得 设和谐号的加速度为a1，则 解得 由牛顿第二定律可知此段时间内和谐号的牵引力F满足 由 解得 （2）设和谐号匀速运动的速度为v2，由 解得设t1~t2时间内和谐号运动的位移大小为x1，由动能定理可知 解得 10．（2023·山东青岛·统考模拟预测）已知某汽车的总质量（加测试员）为1500kg，额定功率为48kW， 运动过程中所受阻力恒定为1000N。重力加速度取10m/s2。求： （1）若测试员驾驶该汽车由静止以2m/s2的加速度匀加速运动，求汽车能保持匀加速运动的最长时间和匀 加速运动能达到的最大速率； （2）若测试员驾驶该汽车由静止开始从A地驶向B地，AB两地相距1200m，已知到达B地前汽车已达最 大速度。求汽车到达B地的最短时间。 【答案】（1）6s，12m/s；（2）61s 【详解】（1）当 时，汽车匀加速阶段结束。 由牛顿第二定律得： 另有 由以上两式得 根据 求得 （2）汽车以恒定功率启动时，运行时间最短。对全程由动能定理得，当 时汽车速度达到最大，最大 速度 又有 代入数据得： 03 动能定理的理解和应用 1．（2022·江苏·高考真题）某滑雪赛道如图所示，滑雪运动员从静止开始沿斜面下滑，经圆弧滑道起跳。 将运动员视为质点，不计摩擦力及空气阻力，此过程中，运动员的动能 与水平位移x的关系图像正确的 是（ ）A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设斜面倾角为θ，不计摩擦力和空气阻力，由题意可知运动员在沿斜面下滑过程中根据动能定理 有 ，即 ，下滑过程中开始阶段倾角θ不变，Ek-x图像为一条直线；经过圆弧轨 道过程中θ先减小后增大，即图像斜率先减小后增大。 故选A。 2．（2023·湖南·统考高考真题）（多选）如图，固定在竖直面内的光滑轨道ABC由直线段AB和圆弧段 BC组成，两段相切于B点，AB段与水平面夹角为θ，BC段圆心为O，最高点为C、A与C的高度差等于 圆弧轨道的直径2R。小球从A点以初速度v 冲上轨道，能沿轨道运动恰好到达C点，下列说法正确的是（ 0 ） A．小球从B到C的过程中，对轨道的压力逐渐增大 B．小球从A到C的过程中，重力的功率始终保持不变C．小球的初速度 D．若小球初速度v 增大，小球有可能从B点脱离轨道 0 【答案】AD 【详解】A．由题知，小球能沿轨道运动恰好到达C点，则小球在C点的速度为v = 0，则小球从C到B C 的过程中，有 ， ，联立有F = 3mgcosα－2mg，则从C到B的过 N 程中α由0增大到θ，则cosα逐渐减小，故FN逐渐减小，而小球从B到C的过程中，对轨道的压力逐渐 增大，A正确；B．由于A到B的过程中小球的速度逐渐减小，则A到B的过程中重力的功率为P = － mgvsinθ 则A到B的过程中小球重力的功率始终减小，则B错误；C．从A到C的过程中有 解得 ，C错误；D．小球在B点恰好脱离轨道有 ，则 ，则若小球初速度v 增大，小球在B点的速度有可能为 ，故小球有可能从B点脱 0 离轨道，D正确。 故选AD。 3．（2023·山西·统考高考真题）（多选）一质量为1kg的物体在水平拉力的作用下，由静止开始在水平地 面上沿x轴运动，出发点为x轴零点，拉力做的功W与物体坐标x的关系如图所示。物体与水平地面间的 动摩擦因数为0.4，重力加速度大小取10m/s2。下列说法正确的是（ ） A．在x = 1m时，拉力的功率为6W B．在x = 4m时，物体的动能为2J C．从x = 0运动到x = 2m，物体克服摩擦力做的功为8J D．从x = 0运动到x = 4的过程中，物体的动量最大为2kg∙m/s 【答案】BC 【详解】由于拉力在水平方向，则拉力做的功为W = Fx，可看出W—x图像的斜率代表拉力F。AB．在物 体运动的过程中根据动能定理有 ，则x = 1m时物体的速度为v1= 2m/s，x = 1m时，拉力 为 ，则此时拉力的功率P = Fv1= 12W，x = 4m时物体的动能为Ek= 2J，A错误、B正确；C．从x = 0运动到x = 2m，物体克服摩擦力做的功为Wf= μmgx = 8J，C正确；D．根据W—x图像可知在 0—2m的过程中F1= 6N，2—4m的过程中F2= 3N，由于物体受到的摩擦力恒为f = 4N，则物体在x = 2m 处速度最大，且根据选项AB分析可知此时的速度 ，则从x = 0运动到x = 4的过程中，物体的 动量最大为 ，D错误。 故选BC。 4．（2021·全国·高考真题）（多选）一质量为m的物体自倾角为 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 【答案】BC 【详解】AC．物体从斜面底端回到斜面底端根据动能定理有 ，物体从斜面底端到 斜面顶端根据动能定理有 ，整理得 ； ，A错误，C正确；B． 物体向下滑动时的根据牛顿第二定律有 ，求解得出 ，B正确；D．物体向上 滑动时的根据牛顿第二定律有 ，物体向下滑动时的根据牛顿第二定律有 ，由上式可知a > a ，由于上升过程中的末速度为零，下滑过程中的初速度 上 下 为零，且走过相同的位移，根据公式 ，则可得出 ，D错误。 故选BC。 5．（2021·湖北·统考高考真题）如图（a）所示，一物块以一定初速度沿倾角为30°的固定斜面上滑，运动 过程中摩擦力大小f恒定，物块动能E 与运动路程s的关系如图（b）所示。重力加速度大小取10 m/s2，物 k 块质量m和所受摩擦力大小f分别为（ ）A．m=0.7 kg，f=0.5 N B．m=0.7 kg，f=1.0N C．m=0.8kg，f=0.5 N D．m=0.8 kg，f=1.0N 【答案】A 【分析】本题结合 图像考查动能定理。 【详解】0~10m内物块上滑，由动能定理得 ，整理得 ， 结合0~10m内的图像得，斜率的绝对值 ，10~20 m内物块下滑，由动能定理得 ，整理得 ，结合10~20 m内的图像得， 斜率 ，联立解得 ， 。 故选A。 6．（2021·全国·高考真题）一篮球质量为 ，一运动员使其从距地面高度为 处由静止自 由落下，反弹高度为 。若使篮球从距地面 的高度由静止下落，并在开始下落的同时向下 拍球、球落地后反弹的高度也为 。假设运动员拍球时对球的作用力为恒力，作用时间为 ；该 篮球每次与地面碰撞前后的动能的比值不变。重力加速度大小取 ，不计空气阻力。求： （1）运动员拍球过程中对篮球所做的功； （2）运动员拍球时对篮球的作用力的大小。 【答案】（1） ；（2） 【详解】（1）第一次篮球下落的过程中由动能定理可得篮球反弹后向上运动的过程由动能定理可得 第二次从1.5m的高度静止下落，同时向下拍球，在篮球反弹上升的过程中，由动能定理可得 第二次从1.5m的高度静止下落，同时向下拍球，篮球下落过程中，由动能定理可得 因篮球每次和地面撞击的前后动能的比值不变，则有比例关系 代入数据可得 （2）因作用力是恒力，在恒力作用下篮球向下做匀加速直线运动，因此有牛顿第二定律可得 在拍球时间内运动的位移为 做得功为 联立可得 （ 舍去） 7．（2023·江苏·统考高考真题）如图所示，滑雪道AB由坡道和水平道组成，且平滑连接，坡道倾角均为 45°。平台BC与缓冲坡CD相连。若滑雪者从P点由静止开始下滑，恰好到达B点。滑雪者现从A点由静 止开始下滑，从B点飞出。已知A、P间的距离为d，滑雪者与滑道间的动摩擦因数均为 ，重力加速度为 g，不计空气阻力。 （1）求滑雪者运动到P点的时间t； （2）求滑雪者从B点飞出的速度大小v； （3）若滑雪者能着陆在缓冲坡CD上，求平台BC的最大长度L。 【答案】（1） ；（2） ；（3） 【详解】（1）滑雪者从A到P根据动能定理有根据动量定理有 联立解得 ， （2）由于滑雪者从P点由静止开始下滑，恰好到达B点，故从P点到B点合力做功为0，所以当从A点下 滑时，到达B点有 （3）当滑雪者刚好落在C点时，平台BC的长度最大；滑雪者从B点飞出做斜抛运动，竖直方向上有 水平方向上有 联立可得 8．（2021·湖南·高考真题）如图，竖直平面内一足够长的光滑倾斜轨道与一长为 的水平轨道通过一小段 光滑圆弧平滑连接，水平轨道右下方有一段弧形轨道 。质量为 的小物块A与水平轨道间的动摩擦因 数为 。以水平轨道末端 点为坐标原点建立平面直角坐标系 ， 轴的正方向水平向右， 轴的正方 向竖直向下，弧形轨道 端坐标为 ， 端在 轴上。重力加速度为 。 （1）若A从倾斜轨道上距 轴高度为 的位置由静止开始下滑，求 经过 点时的速度大小； （2）若A从倾斜轨道上不同位置由静止开始下滑，经过 点落在弧形轨道 上的动能均相同，求 的 曲线方程； （3）将质量为 （ 为常数且 ）的小物块 置于 点，A沿倾斜轨道由静止开始下滑，与B发生弹 性碰撞（碰撞时间极短），要使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，求A下滑的初始 位置距 轴高度的取值范围。【答案】（1） ；（2） （其中， ）；（3） 【详解】（1）物块 从光滑轨道滑至 点，根据动能定理 解得 （2）物块 从 点飞出后做平抛运动，设飞出的初速度为 ，落在弧形轨道上的坐标为 ，将平抛运 动分别分解到水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，有 ， 解得水平初速度为 物块 从 点到落点，根据动能定理可知 解得落点处动能为 因为物块 从 点到弧形轨道上动能均相同，将落点 的坐标代入，可得 化简可得 即 （其中， ） （3）物块 在倾斜轨道上从距 轴高 处静止滑下，到达 点与 物块碰前，其速度为 ，根据动能定理 可知 解得 ------- ① 物块 与 发生弹性碰撞，使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，则A与B碰撞后需 要反弹后再经过水平轨道-倾斜轨道-水平轨道再次到达O点。规定水平向右为正方向，碰后AB的速度大小分别为 和 ，在物块 与 碰撞过程中，动量守恒，能量守恒。则 解得 -------② -------③ 设碰后 物块反弹，再次到达 点时速度为 ，根据动能定理可知 解得 -------④ 据题意， A落在B落点的右侧，则 -------⑤ 据题意，A和B均能落在弧形轨道上，则A必须落在P点的左侧，即： -------⑥ 联立以上，可得 的取值范围为 9．（2023·四川宜宾·统考一模）(多选)在光滑水平面上建一直角坐标系 ．一小球以一定的速度从坐标 原点O沿 轴正方向运动的同时给小球施加一个水平的恒力，其运动的轨迹如图．A点为轨迹上距离 轴 最远的点，轨迹上的B点在 轴上，小球在O点时动能为 ，在A点的动能为 ，不计空气的阻力，则下 列判断正确的是（ ） A．小球受到的水平恒力沿 轴的正方向 B．小球水平位移x 与x 的比值为 1 2 C．小球运动到 点时的动能为 D．小球从 点运动到 点的过程中最小动能为【答案】BC 【详解】 A．由轨迹可知，小球沿y轴正向做减速运动后沿y轴负向做加速运动，则恒力F有沿y轴负向的分量；同 时沿x轴正向做加速运动，则恒力F有沿x轴正向的分量，可知水平恒力F并不是沿x轴正向，如图所示， 选项A错误；B．由对称性可知，从O到A的时间等于从A到B的时间，因在沿x轴方向做初速度为零的 匀加速运动，可知小球水平位移x 与x 的比值为 ，选项B正确；C．水平方向做匀加速运动，则到达B 1 2 点的 水平速度等于A点水平速度的2倍，则B点的动能 ,选项C正 确；D．由A的分析可知，恒力F的方向如图，当速度方向与F垂直时小球的速度最小，动能最小，但是 此位置不在A点，即小球的最小动能不是6J，选项D错误。 故选BC。 10．（2023·山西·校联考模拟预测）如图所示，固定的光滑四分之一圆弧轨道与水平地面相切于B点。现 将小球1从轨道最高点A水平向左抛出，经时间 落到地面，落地时速度大小为 ；小球2从A点由静止 开始沿圆弧轨道下滑，经时间 到达B点，速度大小为 。两小球均可视为质点，不计空气阻力。则（ ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】AB．小球1在竖直方向做自由落体运动 ，设小球2支持力与竖直方向夹角为 ，小球2在竖直方向根据牛顿第二定律可知 ，小球2做加速度减小的加速运动，且 ，高度相 等均为R，可知 ，故AB错误；CD．对小球1使用动能定理可得 ，解得 ，对小球2使用动能定理可得 ，解得 ，可知 ，故D正确。 故选D。 11．（2023·四川攀枝花·统考一模）如图所示，一端开口、质量M=2kg的圆筒底部放有一质量m=1kg的球 形物体。将圆筒倒置成如图所示的状态，开口端距水平地面的高度h=0.45m，现由静止释放圆筒，若圆筒 和水平地面撞击后不反弹，马上竖直静止，且球形物体在圆筒内运动时圆筒对球形物体的摩擦力恒为球形 物体重力的3倍，球形物体可视为质点，不计空气阻力，不计圆筒对地面的撞击时间，重力加速度g取 ，求： （1）圆筒下端刚落地时圆筒的速度大小v； （2）圆筒落地撞击地面后，地面对圆筒的支持力大小N； （3）为保证小球不会撞击地面，圆筒的最小长度L。 【答案】（1） ；（2） ；（3） 【详解】（1）设圆筒在下端刚落地时的速度为 ，对圆筒和小球，由自由落体运动规律有 得 （2）对圆筒落地后，设地面对其的支持力为N，由平衡关系有 由题意可知 得 （3）当小球速度刚减为零时刚好与地面接触，此时圆筒的长度最小。对小球，由动能定理 得 12．（2023·云南曲靖·校考模拟预测）在公元1267~1273年闻名于世的“襄阳炮”其实是一种大型抛石机。将石块放在长臂一端的石篮中，在短臂端挂上重物。发射前将长臂端往下拉至地面，然后突然松开，石袋 中的石块过最高点时就被抛出。现将其简化为图乙所示。将一质量 kg的可视为质点的石块装在长 的长臂末端的石篮中，初始时长臂与水平面成30°，松开后，长臂转至竖直位置时石块被水平抛出落 在水平地面上。石块落地点与O点的水平距离 m。忽略长臂、短臂和石袋的质量，不计空气阻力和 所有摩擦， m/s2，求： （1）石块水平抛出时的初速度 ； （2）石块从A到最高点的过程中石篮对石块做功W。 【答案】（1）50m/s；（2）1.16×105J 【详解】（1）石块平抛运动的高度 根据 解得 则初速度为 （2）根据动能定理可得 13．（2024·广东江门·统考模拟预测）如图所示是一张常见的团圆餐桌。餐桌上放一半径 可绕中 心轴转动的圆盘，近似认为餐桌与圆盘在同一水平面内，忽略两者之间的间隙，如图所示。将质量为 的物体放置在圆盘边缘，该物体与圆盘的动摩擦因数为 ，与餐桌的动摩擦因数为 ，设物体与圆盘及餐桌间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力， 。 （1）由静止开始缓慢增大圆盘的角速度，求物体从圆盘上刚好甩出时圆盘的角速度和物体速度的大小；（2）物体从圆盘上刚好甩出时，圆盘对物体的静摩擦力所做的功多大； （3）为使物体不滑落到地面，餐桌半径R的最小值。 【答案】（1） ，3m/s；（2）0.9J；（3）2.5m 【详解】（1）由题意可得，当小物体受到最大静摩擦力时，小物体将滑落，此时物体的速度达到最大， 由牛顿第二定律 又 联立得 物体的速度为 ，得 （2）设圆盘对物体的静摩擦力所做的功为W，由动能定理 代入得 （3）由题意可得，当物体滑到餐桌边缘时速度恰好减为零，对应的餐桌半径取最小值。设物体在餐桌上 滑动的位移为s，由动能定理 得 因为物体从圆盘边缘滑出时沿圆盘的切线方向，结合几何知识可得餐桌半径的最小值为 代入得 14．（2023上·广东广州·高三统考阶段练习）如图所示，半径为 、内壁光滑的半圆轨道竖直放置，与粗 糙水平直轨道在端P点平滑连接。质量为m的小球（可视为质点）以初速度 由直轨道N点向左运动。已 知小球到达轨道最高点M时对轨道的压力大小为重力的2倍，重力加速度为g，不计空气阻力，求： （1）小球刚过P点的速度大小及对圆轨道压力大小； （2）小球从N点到P点的过程中克服摩擦阻力所做的功。【答案】（1） ； （2） 【详解】（1）小球通过半圆轨道的最高点M时，由牛顿第二定律有 滑块从P点运动到M点的过程中，由动能定理有 解得 小球通过半圆轨道的P点时，由牛顿第二定律有 由牛顿第三定律可知，小球在P点时对圆轨道的压力大小 解得 （2）小球从N点运动到P点的过程中，由动能定理有 解得 15．（2024·山东·模拟预测）2022年北京冬奥会的跳台滑雪项目将在张家口赛区举行，跳台滑雪是冬奥会 中最具观赏性的项目之一，如图所示。假设一名质量 的运动员在训练中从长直助滑道AB的A处 由静止开始以加速度 匀加速滑下，到达助滑道末端B时速度 ，A与B的竖直高度差 ，为了改变运动员的运动方向，在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道衔接，其中最低点C处附 近是一段以O为圆心的圆弧。助滑道末端B与滑道最低点C的高度差 ，运动员在B、C间运动时阻 力做功 ，取 。 （1）求运动员在AB段下滑时受到阻力 的大小； （2）若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的5倍，则C点所在圆弧的半径R至少应为多大。【答案】（1） ；（2） 【详解】（1）设AB的长度为 ， 则运动员从A到B的过程由运动学公式得 由动能定理得 联立解得 （2）运动员从B到C的过程由动能定理得 设运动员在C点所受的支持力为 ，由牛顿第二定律得 由运动员所能承受的最大压力为其所受重力的5倍，联立解得 16．（2023上·海南省直辖县级单位·高三校考阶段练习）如图所示，一半径为 的光滑圆弧轨道ABC 与倾角为 的粗糙斜面CD相切于C点，A、B分别是圆弧轨道的最高点和最低点，圆弧轨道的E点 及斜面上的D点与圆弧轨道的圆心在同一水平面上。现从D点由静止释放一个质量为 的小滑块 （可视为质点，未画出）。已知小滑块与斜面间的动摩擦因数为 ，不计空气阻力，重力加速度g取 。（结果均可用根式表示） （1）求小滑块运动到轨道最低点B处时，对轨道的压力大小； （2）求小滑块再次返回到斜面上的最高点与D点的距离； （3）若要使小滑块能从A点冲出圆弧轨道，则小滑块至少以多大的初速度从D点开始沿斜面向下运动？ 【答案】（1） ；（2） ；（3）【详解】（1）根据几何关系可得DC的长度为 从D点到B点，根据动能定理有 在B点，根据牛顿第二定律有 联立解得 由牛顿第三定律可知，在最低点B处小滑块对轨道的压力大小为 。 （2）假设小滑块恰好能运动到圆弧上B点左侧与D点等高的E点，则从B点到E点，根据动能定理可得 由于 故小滑块不能运动到E点，而是沿着圆弧道轨道反向经过C点后滑上斜面CD。设小滑块再次返回到斜面 上的最高点与D点的距离为x，根据动能定理有 代入数据解得 （3）小滑块刚好能够运动到最高点A时，有 解得 小滑块从D点运动到最高点A的过程中，根据动能定理有 代入数据解得 17．（2023·河南·校联考模拟预测）某实验小组设计了如图所示的小球运动轨道，若将小球从左侧固定斜 面上、离地高度为 的位置由静止释放，经过圆弧轨道后，小球飞上右侧平台且与平台不发生碰撞， 已知斜面与圆弧轨道相切，圆弧轨道左右两端点等高，圆弧轨道所对圆心角为 ，半径为 ， 小球质量为 ，整个轨道处在竖直面内，不计空气阻力及一切摩擦，重力加速度 取 ．求： （1）小球在圆弧轨道最低点所受到的支持力大小 ； （2）平台左侧上边缘到圆弧轨道右端点的水平距离 。【答案】（1）23N；（2）3.072m 【详解】（1）由动能定理得 小球在圆弧轨道最低点时,对其由牛顿第二定律得 解得 （2）小球到圆弧轨道右端点的速度为v0, 由动能定理得 解得 飞出圆弧轨道右端点水平方向小球做匀速运动,则 ， 解得 18．（2023·浙江·模拟预测）如图所示，倾斜滑雪道AB与CD的倾角分别为θ=30°和θ=45°，水平滑雪道 1 2 BC长度L=25m，水平滑雪道与斜滑雪道之间均平滑连接。一位质量m=60kg的滑雪者从距水平滑道高 h=25m处由静止开始下滑，经过水平滑道后冲上另一斜滑道。已知滑雪者与水平滑道BC和斜滑道CD的 动摩擦因数μ=0.2，与斜滑道AB的摩擦忽略不计。重力加速度g=10m/s2（计算结果可用根式表示） （1）求滑雪者在滑道AB上运动所用的时间； （2）求滑雪者经过C点时的速度大小； （3）求滑雪者沿斜滑道CD上滑的最大距离。 【答案】（1） ；（2）20m/s；（3） 【详解】（1）滑雪者在滑道AB上运动时加速度 根据匀变速直线运动规律解得滑雪者在滑道AB上运动所用的时间 （2）滑雪者由开始出发到C点的过程中，根据动能定理有 解得滑雪者经过C点时的速度大小 （3）设滑雪者沿斜滑道CD上滑的最大距离为 ，根据动能定理有 解得 19．（2023·辽宁大连·校考模拟预测）如图所示轨道内，足够长的斜面与圆弧面光滑，水平地面各处粗糙 程度相同，圆弧半径为R，水平面长度 ，现将一质量为m的金属滑块从距水平面高 处的P 点沿斜面由静止释放，运动到斜面底端无能量损失，滑块滑至圆弧最高点Q时对轨道的压力大小恰好等于 滑块重力， ，求： （1）金属滑块与水平地面的动摩擦因数μ； （2）欲使滑块滑至圆弧最高点平抛后不落在斜面上，释放高度的取值范围. 【答案】（1）0.25；（2） 【详解】（1）对滑块，在Q点，重力和轨道对滑块的压力提供向心力，有 对滑块，从P到Q，根据动能定理得 联立两式得 （2）当滑块恰好能运动到Q点时，释放高度最小，设为 ，恰到Q时的速度设为 ，对滑块，在Q点， 重力提供向心力 从释放到Q点，根据动能定理得 联立两式得当滑块恰好能抛到M点时，释放高度最大，设为 ，到Q点时的速度设为 ，滑块由Q点平抛到M点， 水平方向 竖直方向 从释放到Q点，根据动能定理得 联立求得 故释放的高度范围为 20．（2023下·上海宝山·高三上海交大附中校考阶段练习）某兴趣小组设计了一个游戏装置，其简化模型 如图所示，斜面轨道AB长L=2m，倾角 37°，与小球间动摩擦因数 =0.5，BC为光滑水平轨道， CDEFG轨道竖直放置，由4个半径R=0.2m的四分之一光滑圆弧轨道组成，D点与F点为竖直连接点，当 小球在圆弧轨道上运动时，轨道与小球间存在沿半径方向（指向圆心）、大小为F=4N的特殊引力。上述 各部分轨道平滑连接，连接处无能量损失，一质量为m=0.1kg的小球从斜面项端A点以一定的初速度沿斜 面滑下，不计空气阻力。 （1）若小球以v=2m/s的初速度从A点滑下时； ①求小球到达斜面底端B点的速度v ； B ②求小球刚过D点瞬间对轨道的压力F ； N （2）要使小球能沿轨道运动，且能够到达圆弧轨道最高点E，求小球在A点初速度v 的取值范围。 A 【答案】（1）① ；② ；（2） 【详解】（1）①从A点到B点，由动能定理得 解得 ②B点到D点，由动能定理得 解得设小球在D点受到轨道给它的弹力 ,由牛顿第二定律得 解得 由牛顿第三定律得，小球刚过D点瞬间对轨道的压力 （2）从A点到E点，由动能定理得，由动能定理得 解得 能够到达圆弧轨道最高点E最小速度为零。为了保证小球不脱离轨道，在D点轨道对小球弹力大于等于零。 由（1）②可知，在D点 时，A点速度为v=2m/s。 要使小球能沿轨道运动，且能够到达圆弧轨道最高点E，小球在A点初速度vA的取值范围 21．（2023·河南·统考一模）过山车是一项惊险刺激的娱乐项目，如图甲所示。图乙为类似的模型，由三 段玻璃细管平滑连接而成：中间为光滑圆形轨道，左侧段 是光滑圆弧轨道，右侧 段为粗糙直轨道。 可视为质点的钢球自 点由静止释放，沿斜轨道运动后经过圆轨道最高点B，继续运动到圆轨道最低点 后，沿 段轨道恰能运动到D点。已知圆形轨道半径为R， 段倾角为 ，钢球质量为 ，在经过圆轨 道最高点 时对上管壁的压力大小为 ，钢球在 段运动时受到的摩擦阻力为其重力的 倍。求： （1）钢球释放点 距离点 的高度差H； （2）求 段长度 的表达式。 【答案】（1） ；（2） 【详解】（1）根据题意，钢球经B点时，由牛顿第二定律有 其中 解得钢球由A到B过程中，由动能定理有 解得 （2）根据题意，钢球A到D过程中，由动能定理有 解得 22．（2023·安徽淮北·统考一模）2022年2月我国成功举办了第24届“冬奥会”，冬奥会让冰雪运动走向 大众，让更多人认识冰雪，爱上冰雪，北京冬奥留下的不只是场馆设施等物质遗产，还有影响深远的文化 和精神遗产。如图甲所示为2022年北京冬奥会首钢滑雪大跳台，将其简化为如图乙所示模型： 段和 段是长度均为 的倾斜滑道，倾角均为 ； 段是半径 的一段圆弧轨道，圆心角为 ，与 段平滑连接； 段为结束区。一滑雪爱好者连同装备总质量 ，从A点由静止出发沿 着滑道 下滑，从C点水平抛出落到斜面 上的 点，点 到 的距离 。该爱好者可看 作质点，将 到 的运动简化为平抛运动处理。忽略其运动过程中所受的空气阻力， ，重力加速度 取 。求： （1）该人运动到 点时对滑道的压力大小； （2）从开始运动到落至 点的过程中摩擦阻力做的功。 【答案】（1） ；（2） 【详解】（1）从 处平抛，竖直方向有 水平方向有 得 在 处，据牛顿第二定律有 解得滑道对人的支持力为据牛顿第三定律，人运动到 点时对滑道的压力与 大小相等，为 。 （2）从 到 由动能定理得 解得 23．（2023·湖北武汉·高三统考阶段练习）如图所示，足够长的光滑倾斜轨道倾角为 ，圆形管道半径为 R、内壁光滑，倾斜轨道与圆形管道之间平滑连接，相切于B点，C、D分别为圆形管道的最低点和最高点， 整个装置固定在竖直平面内。一小球质量为m，小球直径略小于圆形管道内径，圆形管道内径远小于R， 重力加速度为g， ， 。 （1）从倾斜轨道上距离C点多高的位置A由静止释放小球，小球滑下后，在圆形管道内运动通过D点时， 管道内壁对小球的作用力恰好为0？ （2）若将圆形管道的上面三分之一部分（PDQ段）取下来，并保证剩余圆弧管道的P、Q两端等高，将 小球仍然从第（1）问中的位置A由静止释放，通过计算说明小球还能否从Q处进入管道继续在管道内运 动？ （3）若将圆形管道的DQB段取下来，改变小球在倾斜轨道上由静止释放的位置，小球从D点飞出后落到 倾斜轨道时的动能也随之改变，求小球从D点飞出后落到倾斜轨道上动能的最小值（只考虑小球落到倾斜 轨道上的第一落点）。 【答案】（1）2.5R；（2）见解析；（3） 【详解】（1）小球从A点到D点，设在D点的速度大小为 ，根据动能定理，有 小球运动到D点时，管道内壁对小球的作用力恰好为0，根据牛顿第二定律，有 联立解得 （2）若将圆形管道的PDQ段取下来，设小球从P点开始以大小为 的速度做斜上抛运动，则 与水平方向的夹角为 ，小球从A点运动的过程中，根据动能定理，有 设小球从P点抛出后经过时间t，落回P点所在的水平面，根据抛体运动规律，在水平方向的位移设为s， 有 在竖直方向上，有 联立解得 根据几何关系可知 则 即小球能从Q处进入管道继续在管道内运动。 （3）若将圆形管道的DQB段取下来，小球从倾斜轨道的某一位置释放后，到达D点的速度大小为 ；此 后，小球做平抛运动，经过时间t，落到倾斜轨道时的动能为 ，水平位移为x，竖直位移为y，有 根据几何关系可知 联立解得 当 时，小球动能有最小值，最小值为 04 功能关系的理解和应用 1．（2020下·江苏淮安·高三校联考阶段练习）(多选)将三个木板1、2、3固定在墙角，木板与墙壁和地面 构成了三个不同的三角形，如图所示，其中1与2底边相同，2和3高度相同。现将一个可以视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放，并沿斜面下滑到底端，物块与木板之间的动摩擦因数 均相同。在 这三个过程中，下列说法正确的是（ ） A．沿着1和2下滑到底端时，物块的速度不同；沿着2和3下滑到底端时，物块的速度相同 B．沿着1下滑到底端时，物块的速度最大 C．物块沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量是最少的 D．物块沿着1和2下滑到底端的过程，产生的热量是一样多的 【答案】BD 【详解】AB．设任意一斜面倾角为 ，斜面的长度为L，则物体下滑过程中克服摩擦力做功为 ，Lcosθ即为斜面底边的长度，设物体滑到底端时的速度为v，根据动能定理得： ，根据图中斜面高度和底边长度可知，滑到底边时速度大小关系为 ， 即沿着1下滑到底端时，物块的速度最大，故A错误，B正确。CD．摩擦生热等于物块克服摩擦力做功， 即 ，由图可知1和2底边相等且小于3的底边，故摩擦生热关系为 ，即物块沿 着1和2下滑到底端的过程中，产生的热量一样多，物块沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量最多， 故C错误，D正确； 故选BD。 2．（2022下·天津西青·高一天津市西青区杨柳青第一中学校考阶段练习）(多选)质量为m的物体，在距地 面h高处以加速度 由静止竖直下落到地面。下列说法中正确的是（ ） A．物体的重力势能减少mgh B．物体的动能增加 C．物体的机械能减少 D．重力做功 【答案】AB 【详解】AD．物体在下落过程中，重力做正功为，做功为W =mgh，则重力势能减少了mgh，故A正确， G D错误；B．物体的合力为 ，则合力做功为 ，根据动能定理可知物体的动能增加 ，故B正确；C．物体除重力做功外，阻力做负功，导致机械能减少。根据牛顿第二定律得 ，得 ，所以阻力做功为 ，所以机械能减少为 ，故 C错误。 故选AB。 3．（2023·北京通州·潞河中学校考三模）某游乐园的大型“跳楼机”游戏，以惊险刺激深受年轻人的欢迎。 某次游戏中，质量m=60kg的小明同学坐在载人平台上，并系好安全带、锁好安全杆。游戏的过程简化为 巨型升降机将平台拉升100m高度，然后由静止开始下落，在忽略空气和台架对平台阻力的情况下，该运 动可近似看作自由落体运动。下落 时，制动系统启动，使平台均匀减速，再下落 时刚好 停止运动。取 ，求： （1）下落的过程中小明运动速度的最大值 ； （2）当平台落到离地面15m高的位置时，小明对跳楼机作用力 的大小； （3）在全部下落过程中，跳楼机对小明做的功 。 【答案】（1）40m/s；（2）3000N；（3） 【详解】（1）制动系统启动前，小明做自由落体运动，下落 时速度最大，则有 解得 （2）制动系统启动后，小明再下落 时刚好停止运动，则有 解得 制动系统启动后，平台均匀减速，根据牛顿第二定律有 解得 根据牛顿第三定律有 ，方向竖直向下；（3）根据功能关系有 解得 4．（2023·北京丰台·统考二模）物理源自生活，生活中处处有物理。 清洗玻璃杯外表面时，水流与玻璃杯表面的粘滞力会影响水流下落的速度，并使水流沿着玻璃杯的外表面 流动，如图所示。已知该水龙头水流的流量为Q（单位时间内流出水的体积），水龙头内径为D。 （1）求水流出水龙头的速度 ； （2）现用该水龙头清洗水平放置的圆柱形玻璃杯，柱状水流离开水龙头，下落高度为h，与玻璃杯横截面 圆心O处于同一水平面时，开始贴着玻璃杯外表面流动，经过一段时间后达到如图所示的稳定状态。水流 经过玻璃杯的最低点A时，垂直于速度方向的横截面可认为是宽度为d的矩形。水流在A点沿水平方向离 开玻璃杯，落至水池底部B点，落点B到A点正下方C点的距离为x，AC竖直高度为H（H远大于玻璃杯 表面水流厚度）。已知水池底面为水平面，不考虑空气阻力的影响，且认为下落过程水不散开，水的密度 为 ，玻璃杯的外半径为R，重力加速度为g，求： a.水流在A点还未离开玻璃杯时，竖直方向上单位面积受到的合力大小F； b.达到稳定状态后，t时间内玻璃杯对水流的作用力所做的功W。 【答案】（1） ；（2）a. ，b. 【详解】（1）极短的时间 内水龙头流出水的体积 解得 （2）a.以极短的时间 内水龙头流出水为研究对象，水的质量为 ，该部分水在A点与玻璃杯底部接触 面积为 ，水流在A点速度大小为v，则有 ， 水流离开玻璃杯后在空中运动的时间为 ，则有 ，该部分水在A点，在竖直方向受到的合力提供向心力，则有 解得 b.设t时间内从水龙头流出的水质量为m，则有 在水从水龙头出水口运动至玻璃杯最低点A的过程中，由动能定理得 解得