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专题05 功与功率 功能关系
目录
01 模拟基础练.................................................................................................................................................2
题型一 功的理解及计算........................................................................................................................................................2
题型二 变力做功的计算........................................................................................................................................................5
题型三 功率的理解及计算....................................................................................................................................................6
题型四 机车启动及机械功率类问题.................................................................................................................................10
题型五 动能及动能定理的理解.........................................................................................................................................12
题型六 动能定理的简单应用............................................................................................................................................. 12
题型七 常见力做功与能量变化的关系............................................................................................................................16
题型八 功能关系的综合应用............................................................................................................................................. 16
02 重难创新练..............................................................................................................................................18
题型九 动能定理在多过程问题中的应用........................................................................................................................18
1
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题型一 功的理解及计算
1.(2024·海南·高考真题)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
2.(2023·江苏·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
3.(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( )
2
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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
4.(2022·广东·高考真题)(多选)如图所示,载有防疫物资的无人驾驶小车,在水平
段以恒定功率
、速度
匀速行驶,在斜坡
段以恒定功率
、速度
匀速行驶。已知小车总质量为
,
,
段的倾角为
,重力加速度g 取
,不计空气阻力。下列说法正确的
有( )
A.从M 到N,小车牵引力大小为
B.从M 到N,小车克服摩擦力做功
C.从P 到Q,小车重力势能增加
D.从P 到Q,小车克服摩擦力做功
5.(2024·福建·高考真题)我国古代劳动人民创造了璀璨的农耕文明。图(a)为《天工开物》中描绘的
利用耕牛整理田地的场景,简化的物理模型如图(b)所示,人站立的农具视为与水平地面平行的木板,
两条绳子相互平行且垂直于木板边缘。已知绳子与水平地面夹角为
,
,
。当每条绳子拉力
的大小为
时,人与木板沿直线匀速前进,在
内前进了
,
求此过程中
(1)地面对木板的阻力大小;
(2)两条绳子拉力所做的总功;
(3)两条绳子拉力的总功率。
3
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4
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6.(2023·重庆·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。
5
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题型二 变力做功的计算
7.(2024·安徽·高考真题)某同学参加户外拓展活动,遵照安全规范,坐在滑板上,从高为h 的粗糙斜坡
顶端由静止下滑,至底端时速度为v.已知人与滑板的总质量为m,可视为质点.重力加速度大小为g,不
计空气阻力.则此过程中人与滑板克服摩擦力做的功为( )
A.
B.
C.
D.
8.(2024·新疆河南·高考真题)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。
6
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9.(2024·四川绵阳·模拟预测)如图所示,质量为m 的战士在某次爬杆训练中,采用“手握腿夹”的方式
从高h 的铁杆顶端从静止开始下滑,落地时速度大小为v,重力加速度为g,忽略空气阻力,则战士在下滑
过程中,受到的摩擦力( )
A.是静摩擦力,方向沿杆向上
B.是滑动摩擦力,方向沿杆向下
C.做功为
D.做功为
10.(2024·重庆·模拟预测)如图所示,质量为
的小球从倾斜轨道右侧最高点由静止释放,刚好
能过圆轨道最高点;已知释放点与圆轨道最高点高度差为
,圆轨道半径
,小球可看做
质点,不考虑空气阻力,g 取
,则该过程中小球克服摩擦阻力做功为( )
A.0.05J
B.0.1J
C.0.15J
D.0.2J
题型三 功率的理解及计算
11.(2024·贵州·高考真题)质量为
的物块静置于光滑水平地面上,设物块静止时的位置为x 轴零点。
现给物块施加一沿x 轴正方向的水平力F,其大小随位置x 变化的关系如图所示,则物块运动到
处,
F 做功的瞬时功率为( )
7
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A.
B.
C.
D.
12.(2024·浙江·高考真题)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
13.(2024·江西·高考真题)庐山瀑布“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”瀑布高150m,水流量
10m3/s,假设利用瀑布来发电,能量转化效率为70%,则发电功率为( )
A.109W
B.107W
C.105W
D.103W
14.(2024·安徽·高考真题)在某地区的干旱季节,人们常用水泵从深水井中抽水灌溉农田,简化模型如
图所示。水井中的水面距离水平地面的高度为H。出水口距水平地面的高度为h,与落地点的水平距离约
为l。假设抽水过程中H 保持不变,水泵输出能量的倍转化为水被抽到出水口处增加的机械能。已知水的
密度为
,水管内径的横截面积为S,重力加速度大小为g,不计空气阻力。则水泵的输出功率约为
( )
A.
B.
C.
D.
15.(2023·山东·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( )
8
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A.
B.
C.
D.nmgωRH
16.(2023·辽宁·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
17.(2024·广东·高考真题)(多选)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
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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
18.(2023·湖南·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v0冲上轨道,能沿轨道运动恰好到达C 点,下列说法正确的是( )
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v0增大,小球有可能从B 点脱离轨道
19.(2022·江苏·高考真题)在轨空间站中物体处于完全失重状态,对空间站的影响可忽略,空间站上操
控货物的机械臂可简化为两根相连的等长轻质臂杆,每根臂杆长为L,如题图1 所示,机械臂一端固定在
空间站上的O 点,另一端抓住质量为m 的货物,在机械臂的操控下,货物先绕O 点做半径为
、角速度
为
的匀速圆周运动,运动到A 点停下,然后在机械臂操控下,货物从A 点由静止开始做匀加速直线运动,
经时间t 到达B 点,A、B 间的距离为L。
(1)求货物做匀速圆周运动时受到合力提供的向心力大小
;
(2)求货物运动到B 点时机械臂对其做功的瞬时功率P。
(3)在机械臂作用下,货物、空间站和地球的位置如题图2 所示,它们在同一直线上,货物与空间站
同步做匀速圆周运动,已知空间站轨道半径为r,货物与空间站中心的距离为d,忽略空间站对货物的
引力,求货物所受的机械臂作用力与所受的地球引力之比
。
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题型四 机车启动及机械功率类问题
20.(2023·天津·高考真题)2023 年我国首套高温超导电动悬浮全要素试验系统完成首次悬浮运行,实现
重要技术突破。设该系统的试验列车质量为m,某次试验中列车以速率v 在平直轨道上匀速行驶,刹车时
牵引系统处于关闭状态,制动装置提供大小为F 的制动力,列车减速直至停止。若列车行驶时始终受到大
小为f 的空气阻力,则( )
A.列车减速过程的加速度大小
B.列车减速过程F 的冲量为mv
C.列车减速过程通过的位移大小为
D.列车匀速行驶时,牵引系统的输出功率为
21.(2023·山东·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P0为( )
A.
B.
C.
D.
22.(2023·湖北·高考真题)两节动车的额定功率分别为
和
,在某平直铁轨上能达到的最大速度分别
12
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为
和
。现将它们编成动车组,设每节动车运行时受到的阻力在编组前后不变,则该动车组在此铁轨上
能达到的最大速度为( )
A.
B.
C.
D.
23.(2022·浙江·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
24.(2025·重庆·模拟预测)如图所示为一种潮汐发电示意图,左方为陆地和海湾,右侧为大海,中间为
水坝,其下有通道,水流经通道即可带动发电机工作。涨潮时开闸蓄水,落潮时开闸放水,均在内外水面
高度相同时关闭闸门。设海湾的平均面积为S,每次涨落潮海湾内外水位落差为h,一天涨潮、落潮各一次。
水的密度为ρ,重力加速度为g,设一天的时间为t。则( )
A.一次落潮时流出海湾的海水质量为
B.一次落潮时海水流经通道对发电机做的功为
C.一天内海水流经通道对发电机做功的功率为
D.一天内海水流经通道对发电机做功的功率为
25.(2024·黑龙江·模拟预测)如图所示是麦收时的情境。已知运输车的质量为M,收割机每秒钟向运输
车传送质量为m 的麦粒,运输车在麦田受到的阻力为其总重力的k 倍。两车始终以速度v 做匀速直线运动,
运输车满载时装载麦粒的质量为m0,则运输车从空载到刚满载过程,其发动机的平均功率为( )
13
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A.
B.
C.
D.
26.(2024·四川自贡·模拟预测)(多选)2024 年9 月29 日,自贡到重庆的高铁正式开通,早上吃冷吃兔,
中午吃重庆火锅。假设此高铁列车启动后沿水平直轨道行驶,发动机的总功率恒为
。且行驶过程中受到
的阻力大小恒定,列车的质量为
,最大行驶速度为
。下列说法正确的是( )
A.在加速阶段,高铁列车的加速度保持不变
B.高铁列车受到阻力大小为
C.在加速阶段,发动机对高铁列车的牵引力逐渐增大
D.当高铁列车的速度为
时,列车的加速度大小为
题型五 动能及动能定理的理解
27.(2023·全国·高考真题)(多选)如图,一质量为M、长为l 的木板静止在光滑水平桌面上,另一质量
为m 的小物块(可视为质点)从木板上的左端以速度v0开始运动。已知物块与木板间的滑动摩擦力大小为
f,当物块从木板右端离开时( )
A.木板的动能一定等于fl
B.木板的动能一定小于fl
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C.物块的动能一定大于
D.物块的动能一定小于
题型六 动能定理的简单应用
28.(2023·全国·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.
29.(2024·福建·高考真题)(多选)如图,某同学在水平地面上先后两次从
点抛出沙包,分别落在正
前方地面
和
处。沙包的两次运动轨迹处于同一竖直平面,且交于
点,
点正下方地面处设为
点。
已知两次运动轨迹的最高点离地高度均为
,
,
,
,沙包质量为
,忽略空气阻力,重力加速度大小取
,则沙包( )
A.第一次运动过程中上升与下降时间之比
B.第一次经
点时的机械能比第二次的小
C.第一次和第二次落地前瞬间的动能之比为
D.第一次抛出时速度方向与落地前瞬间速度方向的夹角比第二次的大
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30.(2024·湖北·模拟预测)如图所示为固定在竖直平面内半径为R = 1 m 的半圆形粗糙轨道,A 为最低点,
B 为圆心等高处,C 为最高点。一质量为m = 1 kg 的遥控小车(可视为质点)从A 点水平向右以v0 = 8 m/s
无动力进入轨道,上升高度为H = 1.8 m 时脱离轨道,重力加速度g = 10 m/s2,不计空气阻力。求:(可
保留根号或π 的形式,或对应结果保留1 位小数)
(1)小车脱离轨道时的速度大小;
(2)小车从A 至脱离过程克服摩擦力所做的功;
(3)开启动力后,小车以v0 = 8 m/s 匀速率沿着轨道运动,若小车所受的摩擦阻力为小车对轨道压力的k =
0.25 倍,求小车从A 到C 过程中电动机做的功。
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题型七 常见力做功与能量变化的关系
31.(2022·山东·高考真题)我国多次成功使用“冷发射”技术发射长征十一号系列运载火箭。如图所示,
发射舱内的高压气体先将火箭竖直向上推出,火箭速度接近零时再点火飞向太空。从火箭开始运动到点火
的过程中( )
A.火箭的加速度为零时,动能最大
B.高压气体释放的能量全部转化为火箭的动能
C.高压气体对火箭推力的冲量等于火箭动量的增加量
D.高压气体的推力和空气阻力对火箭做功之和等于火箭动能的增加量
32.(2024·湖北·模拟预测)给小滑块一初速度,使其从粗糙斜面底端沿斜面上滑,上滑到最高点后又滑
回斜面底端,则下列说法正确的是( )
A.小滑块沿斜面上滑和下滑两过程的时间相等
B.小滑块沿斜面上滑过程的加速度小于下滑过程的加速度
C.小滑块沿斜面上滑过程损失的机械能大于下滑过程损失的机械能
D.小滑块沿斜面上滑过程合力的冲量大于下滑过程合力的冲量
题型八 功能关系的综合应用
33.(2024·浙江金华·二模)如图所示,内部光滑、足够长的铝管竖直固定在水平桌面上,直径略小于铝
管内径的圆柱形磁体从铝管正上方由静止开始下落,在磁体穿过铝管的过程中,磁体不与管壁碰撞,不计
空气阻力。下列选项正确的是( )
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A.磁体一直做加速运动
B.磁体下落过程中安培力对铝管做正功
C.磁体下落过程中铝管产生的焦耳热量等于磁铁动能的变化
D.经过较长时间后,铝管对桌面的压力等于铝管和磁体的重力之和
34.(2024·浙江温州·一模)在缓震材料上方高度H1为0.6 m 处,将质量0.6 kg 的钢球以一定初速度v0竖
直向下抛出,钢球刚接触缓震材料时速度大小为4 m/s,与缓震材料的接触时间为0.1 s,钢球反弹的最大
高度H2为0.45 m。假设钢球始终在竖直方向运动,不计空气阻力。钢球从抛出到反弹至最高点过程中,下
列说法正确的是( )
A.钢球的机械能损失0.9 J
B.钢球的平均速度大小为0.25 m/s
C.重力对钢球做的功等于钢球动能的变化量
D.合外力对钢球做的功等于钢球机械能的变化量
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题型九 动能定理在多过程问题中的应用
35.(2023·湖北·高考真题)如图为某游戏装置原理示意图。水平桌面上固定一半圆形竖直挡板,其半径
为2R、内表面光滑,挡板的两端A、B 在桌面边缘,B 与半径为R 的固定光滑圆弧轨道
在同一竖直
平面内,过C 点的轨道半径与竖直方向的夹角为60°。小物块以某一水平初速度由A 点切入挡板内侧,从
B 点飞出桌面后,在C 点沿圆弧切线方向进入轨道
内侧,并恰好能到达轨道的最高点D。小物块与
桌面之间的动摩擦因数为
,重力加速度大小为g,忽略空气阻力,小物块可视为质点。求:
(1)小物块到达D 点的速度大小;
(2)B 和D 两点的高度差;
(3)小物块在A 点的初速度大小。
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36.(2023·福建·高考真题)如图(a),一粗糙、绝缘水平面上有两个质量均为m 的小滑块A 和B,其电
荷量分别为
和
。A 右端固定有轻质光滑绝缘细杆和轻质绝缘弹簧,弹簧处于原长状态。整个空
间存在水平向右场强大小为E 的匀强电场。A、B 与水平面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,其大小均
为
。
时,A 以初速度
向右运动,B 处于静止状态。在时刻,A 到达位置S,速度为
,此时弹
簧未与B 相碰;在
时刻,A 的速度达到最大,此时弹簧的弹力大小为
;在细杆与B 碰前的瞬间,A
的速度为
,此时
。
时间内A 的
图像如图(b)所示,
为图线中速度的最小值,、
、
均为未知量。运动过程中,A、B 处在同一直线上,A、B 的电荷量始终保持不变,它们之间的库仑力等
效为真空中点电荷间的静电力,静电力常量为k;B 与弹簧接触瞬间没有机械能损失,弹簧始终在弹性限
度内。
(1)求
时间内,合外力对A 所做的功;
(2)求时刻A 与B 之间的距离;
(3)求
时间内,匀强电场对A 和B 做的总功;
(4)若增大A 的初速度,使其到达位置S 时的速度为
,求细杆与B 碰撞前瞬间A 的速度。
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37.(2023·江苏·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。
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38.(2022·天津·高考真题)冰壶是冬季奥运会上非常受欢迎的体育项目。如图所示,运动员在水平冰面
上将冰壶A 推到M 点放手,此时A 的速度
,匀减速滑行
到达N 点时,队友用毛刷开
始擦A 运动前方的冰面,使A 与
间冰面的动摩擦因数减小,A 继续匀减速滑行
,与静止在P
点的冰壶B 发生正碰,碰后瞬间A、B 的速度分别为
和
。已知A、B 质量相同,
A 与
间冰面的动摩擦因数
,重力加速度
取
,运动过程中两冰壶均视为质点,A、B
碰撞时间极短。求冰壶A
(1)在N 点的速度
的大小;
(2)与
间冰面的动摩擦因数
。
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39.(2022·湖北·高考真题)打桩机是基建常用工具。某种简易打桩机模型如图所示,重物A、B 和C 通
过不可伸长的轻质长绳跨过两个光滑的等高小定滑轮连接,C 与滑轮等高(图中实线位置)时,C 到两定
滑轮的距离均为L。重物A 和B 的质量均为m,系统可以在如图虚线位置保持静止,此时连接C 的绳与水
平方向的夹角为60°。某次打桩时,用外力将C 拉到图中实线位置,然后由静止释放。设C 的下落速度为
时,与正下方质量为2m 的静止桩D 正碰,碰撞时间极短,碰撞后C 的速度为零,D 竖直向下运动
距离后静止(不考虑C、D 再次相碰)。A、B、C、D 均可视为质点。
(1)求C 的质量;
(2)若D 在运动过程中受到的阻力F 可视为恒力,求F 的大小;
(3)撤掉桩D,将C 再次拉到图中实线位置,然后由静止释放,求A、B、C 的总动能最大时C 的动能。
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40.(2024·江苏淮安·一模)如图所示,倾角
的光滑绝缘斜面AB 与半径
的圆弧光滑绝缘轨
道BCD 在竖直平面内相切于B 点,圆弧轨道处于方向水平向右的有界匀强电场中,电场的电场强度大小
。质量
、电荷量
的小滑块从斜面上P 点由静止释放,沿斜面运动经B
点进入圆弧轨道,已知P、B 两点间距
,
,
,g 取
。
(1)求滑块运动到B 点时速度大小;
(2)求滑块运动到与圆心O 等高的Q 点时对轨道的压力大小;
(3)调整斜面上释放点位置,欲使滑块能从D 点飞出,求该释放点
与B 点间距的最小值。
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