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2024 高考物理二轮复习 80 热点模型
最新高考题模拟题专项训练
模型23 流体的管状模型和柔软绳模型
最新高考题
1．（2017全国III卷·16）如图，一质量为m、长度为l的均匀柔软细绳PQ竖直悬挂。用
外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点，M点与绳的上端P相距 。重力加
速度大小为 。在此过程中，外力做的功为（ ）
A． B．
C． D．
【参考答案】A
【名师解析】由题可知，缓慢提升绳子，在整个过程中，动能不变，则外力做功 等于重
力势能增加量 。将 端提升至 位置处，过程如图所示：
P
l/3
M
P
l/3
l
Q
M
Q N
由图可知：全程重力势能增加量 可视为只有 段上升增加的重力势能。取
段为研究对象，此段质量大小为： ，其重心位置上升高度为： ，则外力做功为： ，选项A正确。
最新模拟题
1.（2023湖北名校压轴质检）如图所示，柔软的绳索放置在粗糙水平桌面上，a、c为绳索
端点，b为绳索中点，且恰好处于桌面边缘。开始时绳索在外力的作用下处于平衡状态，
由静止释放绳索后，绳索开始滑动，直至离开桌面，此过程中 c点未落至地面。已知质量
分布均匀的绳索总质量为m,，总长度为L，绳索和桌面间的动摩擦因数为μ。下列分析正
确的是
A. 绳索离开桌面前的过程中重力势能减少了 mgL
B. 绳索离开桌面时的动能为 mgL- μmgL
C. 绳索离开在桌面前的过程中，ab段的动能增加得越来越快
D. 绳索离开在桌面前的过程中，bc段的机械能减小得越来越慢
【参考答案】ACD
【名师解析】绳索离开在桌面前的过程中，重力势能减少△Ep= mg· L= mgL，A正确；
绳索离开桌面前的过程中，克服摩擦力做功 Wf= = μmgL，由动能定理可知绳索离开桌面时的动能为Ek= mgL- μmgL，B错误；由题意可知 绳索离开在桌面前
的过程中，加速度逐渐增大，速度增加得越来越快，ab段的动能增加得越来越快，C正确；
对bc段利用牛顿第二定律易得b点张力逐渐减小，由功能原理可得bc段机械能减小的越
来越慢，即 绳索离开在桌面前的过程中，bc段的机械能减小得越来越慢，D正确。
2 . A、B是天花板上两点，一根长为l的轻绳穿过带有光滑孔的球，两端分别系在A、B
点，如图甲所示；现将长度也为l的均匀铁链悬挂于A、B点，如图乙所示。球和铁链的质
量相等，均处于平衡状态，A点对轻绳和铁链的拉力分别是F 和F ，球的重心和铁链的重
1 2
心到天花板的距离分别是h 和h，则( )
1 2
A．FF，hF，h>h D．F＝F，h>h
1 2 1 2 1 2 1 2
【参考答案】C
【名师解析】轻绳的质量不计，则题图甲中的重力全部集中在球上，重心在球的球
心，而题图乙中铁链的质量是均匀分布的，故其重心一定在铁链最低点的上方，故h>h ；
1 2
对球和铁链进行受力分析，如图所示。
A点对轻绳的拉力沿着轻绳的方向，A点对铁链的拉力沿着A点处铁链的切线方向，
故题图乙中A、B两点对铁链拉力的夹角比较小，由力的合成知识知F 较小，故C正确。
2
3. (2023年浙江七彩阳光名校联考)某景区景点喷泉喷出的水柱高约 ，如图所示，小明了解到喷泉专用泵额定电压为 ，正常工作时输入电流为 ，泵输出的机械功率占
输入功率的75％，则此喷泉（ ）
A. 出水流量约为
B. 电机绕组的电阻是
C. 任意时刻空中水的质量约为
D. 喷管的横截面积约为
【参考答案】D
【名师解析】
由喷泉喷出的水柱高约 ，可知水喷出喷口的速度为
设极短时间 内有质量为 的水喷出喷口，则由能量守恒
解得
这些水的体积为
则出水流量约为故A错误；
设电机绕组的电阻为r，由能量守恒定律
解得电机绕组的电阻
故B错误；
水从喷出到最高点所用的时间为
又由
任意时刻空中水的质量约为
故C错误；
设喷管的横截面积为S，则
解得喷管的横截面积约为
故D正确。
4. （2023湖北武汉4月调研）“奋进号”潮流能发电机组是世界上单台容量最大的潮流能
发电机组，它的吊装如图所示，其核心部件是“水下大风车”，它的叶片转动时可形成半
径为 的圆面。某次涨潮期间，该区域海水的潮流速度是 ，流向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知海水密度为 ，假设这台水轮机能将此圆面内20%的潮流能转
化为电能，则这台潮流能发电机发电的功率约为（ ）
A. B. C. D.
【参考答案】B
【名师解析】1s时间内流向叶片的水流动能E= ，m=Sv，S=π2，这台潮流能发电机
k
发电的功率约为P=ηE= = ，B正确。
k
5. （2023浙江杭州学军中学质检）如图所示，风力涡轮机可将风的动能转化为电能，其转
化效率为40%，已知风力涡轮机叶片的长度为 4m，每立方米空气质量为 1.2kg，风速为
10m/s，且风速方向与叶片垂直，则下列说法正确的是（ ）
A. 每秒流经涡轮机空气的体积约为
B. 每秒流经涡轮机空气的动能约为3kJ
C. 风力涡轮机产生的电功率约为12kW
D. 若风速变为原来2倍，则电功率将变为原来4倍
【参考答案】C
【名师解析】每秒流经涡轮机的空气的体积
故A错误 。
每秒流经涡轮机空气的质量
每秒流经涡轮机空气的动能
故B错误。
风力涡轮机产生的电功率
故C正确。
若风速变为原来2倍，每秒流经涡轮机的空气的体积变为原来的2倍，每秒流经涡轮机空
气的质量变为原来的2倍，每秒流经涡轮机空气的动能变为原来的8倍，风力涡轮机产生
的电功率变为原来的8倍，故D错误。
6. 如图所示，某风力发电机叶片转动可形成横截面积为S的圆面，某段时间风速为v，并
保持风正面吹向叶片。若空气密度为 ，风的动能转化为电能的效率为η，则（ ）
A. 单位时间内转化的电能为
B. 单位时间内转化的电能为
C. 转化为电能的功率为
D. 转化为电能的功率为【参考答案】C
【名师解析】
设t时间内与叶片相互作用的空气柱长度为l，则
①
空气柱质量为
②
由题意可知该发电机发电的功率为
③、
联立①②③得 ， C正确。
7.（2023湖南名校期中）某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为 的
圆面。某时间内该地区的风速 ，风向恰好跟叶片转动形成的圆面垂直，已知
空气的密度 ，若该风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能。（
）求：
（1）单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积 ；
（2）单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能 ；
（3）此风力发电机发电的功率 。
【名师解析】.（11分）
（1）每秒冲击风车车叶的气体体积为…………………………………3分
（2）气流的质量
………………………………………………2分
气流的动能
…………………………………………2分
（3）每秒风的动能转化的电能
…………………………2分
则此风力发电机发电的功率为 ……
8. （2023湖北名校高一质检）如图所示，一条质量为1kg的均匀柔软绳索置于光滑水平桌
面上，开始有一小段垂在桌边，使它从静止开始运动。重力加速度 ，在运动过
程中，绳的转折处O点的最大张力是（ ）
A. 2.5N B. 5N
C. 10N D. 7.5N
【参考答案】A
【名师解析】设均匀柔软绳索长度为L，质量为M，假设下垂部分长度为x时O处张力为
T，均匀柔软绳索下落时的加速度大小为a，分别以桌面上与垂下部分两段绳索为研究对象，
对L-x段，T= (L-x)a，对x段， xg-T= xa，联立解得：T= (L-x)x，由数学知
识可知，当L-x=x，即x=L/2时，张力T最大，在运动过程中，绳的转折处O点的最大张
力是T =Mg/4=2.5N，选项A正确。
max9. (2023江苏常州期中)如图所示，一个质量为m，均匀的细链条长为L，置于光滑水平桌
面上，用手按住一端，使 长部分垂在桌面下，（桌面高度大于链条长度），则链条上
端刚离开桌面时的动能为 （ ）
A. 0 B. mgL
C. mgL D. mgL
【参考答案】D
【名师解析】
将链条分成水平部分和竖直部分两段，水平部分的重力势能为零，竖直部分的重心中竖直
段的中间，高度为 ，而竖直部分的重力为 ，这样竖直部分的重力势能为
，这样链条总的重力势能为 ，链条上端刚离开桌面时
链条总的重力势能为 ，由机械能守恒得链条上端刚离开桌面时的动能为
，故D正确，ABC错误，10. （2023洛阳联考）如图所示,水平面O点左侧光滑,O点右侧粗糙且足够长,有10个完全
相同且质量均为m的小滑块(可视为质点)用轻细杆相连,相邻小滑块间的距离为L,滑块1恰
好位于O点,滑块2,3……依次沿直线水平向左排开,现将水平恒力F作用于滑块1,经观察发
现,在第3个小滑块进入粗糙地带后到第4个小滑块进入粗糙地带前这一过程中,小滑块做匀
速直线运动,已知重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
F
A.粗糙地带与滑块间的动摩擦因数μ=
mg
√ FL
B.匀速运动过程中速度大小为
5m
C.第一个滑块进入粗糙地带后,第二个滑块进入前各段轻杆的弹力大小相等
D.在水平恒力F作用下,10个滑块全部可以进入粗糙地带
【参考答案】.B
F
【名师解析】对整体分析,根据共点力平衡得F=3μmg,解得μ= ,故A错误;根据动能定理
3mg
1 √ FL
得F·2L-μmg·2L-μmg·L= ×10mv2,解得v= ,故B正确;第一个滑块进入粗糙地带后,整体
2 5m
仍然做加速运动,每个滑块的加速度相同,隔离分析,由于选择的研究对象质量不同,根据牛顿
第二定律知,轻杆的弹力大小不等,故C错误;在水平恒力F作用下,由于第4个滑块进入粗糙
地带后,整体将做减速运动,设第n个小滑块能进入粗糙地带,由动能定理得
F(nL)-μmgL [1+2+3+…+(n-1)]=0-0,解得n=7,所以10个滑块不能全部进入粗糙地带,故D错
误.
11.（2022·山东名校联盟5月模拟）如图所示，质量分布均匀的铁链，静止放在半径
的光滑半球体上方.给铁链一个微小的扰动使之向右沿球面下滑，当铁链的端点 B
滑至 C 处时其速度大小为 .已知 ，以 OC 所在平面为参考平面，取.则下列说法中正确的是
A．铁链下滑过程中靠近B端的一小段铁链机械能守恒
B．铁链在初始位置时其重心高度
C．铁链的端点A滑至C点时其重心下降2.8m
D．铁链的端点A滑至C处时速度大小为
【参考答案】C
【名师解析】铁链下滑过程中靠近B端的一小段铁链受到上边拉链的拉力，该拉力做负功，
故机械能不守恒，故A错误；根据几何关系可知，铁链长度为 ，铁链全部贴
在球体上时，质量分布均匀且形状规则，则其重心在几何中心且重心在 的角平分线
上，故铁链在初始位置时其重心与圆心连线长度等于端点B滑至C处时其重心与圆心连线
长度，均设为h，根据机械能守恒有 ，代入数据解得 ，
故B错误；铁链的端点A滑至C点时，其重心在参考平面下方 处，则铁链的端点A滑至
C点时其重心下降 ，故C正确；铁链的端点A滑至C处过程，根据机械
能守恒有 ，解得 ，故D错误.
12. （2023安徽皖北五校联盟联考）如图所示的水平轨道AD足够长，只有BC部分是粗糙的，其长度为L=1m，其余部分是光滑的，质量为1kg，长度为2L的粗细相同的匀质软绳
静止在B点的左侧（绳的右端在B点），软绳与粗糙部分的动摩擦因数为μ=0.8，现用
F=2N的水平向右的恒力作用在软绳上，软绳始终保持伸直状态且长度不变，重力加速度
为g=10m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则在软绳运动的过程中，下列说法正确的是
（）
A．软绳先做匀加速后做匀减速运动
B．软绳的左端能经过B点
C．软绳的最大动能为0.5J
D．软绳克服摩擦力做功4.0J
【参考答案】C
【名师解析】当软绳全部滑上粗糙面部分时，所受摩擦力f= =4N＞F=2N，所以软
绳的运动一定是先加速后减速，由于摩擦力是变化的，所以不是匀减速，A错误；
设绳子B端向右运动位移为x ，当 x＜L时，绳子所受摩擦力为f= ，为变力 ，当
x=L时，绳子所受摩擦力最大 f= =4N，当x＞L时，绳子所受摩擦力逐渐减小，绳
子所受摩擦力f随位移 x变化如图所示。
又绳子所受摩擦力f随位移 x变化 图像与坐标轴围成的面积表示物体克服摩擦力做的功 ，当x=0.5m时， 所受摩擦力等于拉力，软绳速度最大，对绳子由动能定理得Fx -
1
=E ，解得E =0.5J，C正确；设软绳运动位移为x时速度减少到零，对绳子由动能定理
km km
得Fx- =0，解得x=1m，即软绳运动1m后速度为零，B错误；软绳克服摩擦力做功
Wf= =2J，D错误。
【关键点拨】画出绳子所受摩擦力随位移 变化图，图像与坐标轴围成的面积表示物体克服
摩擦力做的功。软绳先做加速运动后做减速运动。
13.（2023上海长宁二模） 把五个同等质量的塑料小球用不可伸长的轻绳悬挂在空中，它
们在恒定的水平风力（向右）的作用下发生倾斜，则关于小球和绳子的位置正确的是（
）
A. B.
C. D.
【参考答案】D
【名师解析】
以从下往上n个小球为整体研究对象，根据小球的受力可知设绳子的拉力方向与竖直方向夹角为θ，则
故所有小球所受拉力的方向相同，斜向右下方。故选D 。
14. .(2024湖北黄冈 外国语学校质检)如图所示，2020年10月，嘉兴南湖革命纪念馆前的
七一广场喷泉经改造后重新开启。从远处看，喷泉喷出的水柱高约50m，若圆形喷管直径
约为10cm，水的密度为 ，则供水的电动机的输出功率约为（ ）
A. B.
.
C D.
【参考答案】B
【名师解析】
管口的圆形内径约有10cm，则半径
则水离开管口的速度为设供水的电动机的输出功率为P，在接近管口很短一段时间 内水柱的质量为
根据动能定理可得
解得
故选B。
15. （2023江苏七校联考）如图所示是某城市广场水柱喷泉的夜景。从远处眺望，根据周
围建筑估计水柱约有40层楼高；在近处观察，喷泉管口的直径约为10cm。请估算连接喷
泉电动机的输出功率约（ ）
A. 5×103W B. 5×105W
C. 5×107W D. 5×109W
【参考答案】B
【名师解析】
取一层楼高3m，水从喷口喷出的速度由自由落体可得
则输出功率为
故选B。16. (2023湖北三市重点高中联考)如图所示，质量为M的直—
20武装直升机旋翼有4片桨叶，桨叶旋转形成的圆面面积为S。已
知空气密度为ρ，重力加速度大小为g。当直升机悬停空中时，发
动机输出的机械功率为P，桨叶旋转推动空气，空气获得的速度为
v，则单位时间内桨叶旋转推动空气的质量可表示为
0
A. B.
C. D.
【参考答案】．BD
【名师解析】设在时间 内通过面积 S 的空气质量为 ，则 ，解得
,B正确A错误；发动机输出的机械功率 ，对空气根据动量定理
，对直升机根据平衡知识 ，考虑 ，联立解得
,C错误D正确。
17 (2023山东菏泽名校联考)若一质量为M的直升机的螺旋桨推动横截面积为S的空气以某
一速度竖直向下运动从而使直升机悬停在空中,已知空气的密度为ρ,重力加速度为g,则直升
机的输出功率为 ( )
A.ρS(√Mg) 3 B.√Mg3
ρS ρS
C.1ρS(√Mg) 3 D.1√Mg3
2 ρS 2 ρS
【参考答案】C
【名师解析】 设时间t内,螺旋桨使质量为m的空气竖直向下运动,则m=ρSvt,由动量定理p mv ρSv2t
及牛顿第三定律知,空气对直升机的作用力 F= = = =ρSv2,直升机悬停在空中,
t t t
F=Mg,则v2=Mg,所以直升机输出的功率P=W=mv2 =1ρS(√Mg) 3 ,故A、B、D错误,C正
ρS t 2t 2 ρS
确。
