2020年高考物理专题卷：专题05（功和功率；动能和动能定理；重力做功与重力势能；功能关系、机械能守恒定律及其应用）

2020年高考物理专题卷：专题05（功和功率；动能和动能定理；重力做功与重力势能；功能关系、机械能守恒定律及其应用）

‎2020年专题卷物理专题五答案与解析 ‎1．【命题立意】本题以运动、力、做功等情景来考查机械能守恒及其变化。‎ ‎【思路点拨】（1）机械能是否守恒应从守恒的条件去分析判断。（2）否定判断可用举例法。‎ ‎【答案】BC【解析】物体在竖直方向向上做匀速运动时，其机械能是增加的，选项A错误、选项C正确；做匀加速运动的物体，其机械能可能守恒，如自由落体运动，选项B正确；摩擦力可以做正功、可以做负功、也可以不做功，选项D错误。‎ ‎2．【命题立意】本题考查功的基本概念与功率。‎ ‎【思路点拨】功的正负取决于力与位移（速度）的夹角，功率P=Fv求解。‎ ‎【答案】BD【解析】传送带在人的摩擦力的作用下向右运动，摩擦力与速度方向相同，所以人以传送带做正功，选项A错误、B正确；由于人处于静止状态，在传送带给人的摩擦力的方向无位移，故传送带对人不做功，C选项错误；人处于静止状态故有：f=m2g，由牛顿第三运动定律可得：f'=f=m2g，故人对传送带做功的功率为：P=f'v=m2gv，D选项正确。‎ ‎3．【命题立意】本题以匀加速运动的情景，考查力所做的功。‎ ‎【思路点拨】（1）应用牛顿第二定律求得力F；（2）根据功的定义式求力F所做的功。‎ ‎【答案】B【解析】以物体为研究对象，竖直方向有，水平方向有，联立解得，在此过程中F做功，故正确选项为B。‎ ‎4．【命题立意】本题以图象为切入点考查功与功率。‎ ‎【思路点拨】（1）由v－t图象寻找位移与速度；（2）结合功与功率的表达式求解。‎ ‎【答案】B【解析】第1s内物体保持静止状态，在推力方向没有位移产生故做功为0，A选项错误；由图象可知第3s内物体做匀速运动，F=2N，故F=f=2N，由v－t图象知第2s内物体的位移x=×1×2m=1m，第2s内物体克服摩擦力做的功Wf=fx=2.0J，故B选项正确；第1.5s时物体的速度为1m/s，故推力的功率为3W，C选项错误；第2s内推力F=3N，推力F做功WF=Fx=3.0J，故第2s内推力F做功的平均功率=WF/t=3W，故D选项错误。‎ - 6 -‎ 5． ‎【命题立意】本题以动车组为情景考查机车的功率问题。‎ ‎【思路点拨】（1）动车与拖车的质量都相等，且受到的阻力与其所受重力成正比；（2）速度最大时，牵引力等于阻力；（3）应用功率公式求解。‎ ‎【答案】C【解析】由和，解得，故正确选项为C。‎ ‎6．【命题立意】本题以图象为情景，综合考查动能、动能定理、牛顿运动定律及运动学公式等。‎ ‎【思路点拨】（1）由图象获得动能、动能变化及位移相关信息；（2）由动能定理求得动摩擦因数；（3）由动能定义式、牛顿第二定律及运动学公式求得时间。‎ ‎【答案】AC【解析】由动能定理，解得μ=0.20，选项A正确、选项B错误；由，‎ μmg=ma，0=v0-at，联立解得t=5.0s，选项C正确、选项D错误。‎ ‎7．【命题立意】本题以最新的刘翔跨栏夺冠为情景，考查机械能及动能定理等。‎ ‎【思路点拨】（1）刘翔的动能和重力势能均增加；（2）本题重力做负功；（3）由动能定理求出刘翔所做的功。‎ ‎【答案】D【解析】刘翔的机械能增加量为，选项A错误；刘翔的重力做功为，选项B错误；由动能定理，得，选项C错误、选项D正确。‎ ‎8．【命题立意】本题以彭健烽跳水为情景，综合考查动能定理、重力做功与重力势能改变及功能关系等。‎ ‎【思路点拨】（1）重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功；（2）动能变化从动能定理的角度去考虑；（3）机械能的变化对应力F所做的功。‎ ‎【答案】AD【解析】重力mg做正功，力F做负功。由重力做功与重力势能改变的关系知选项A正确；由动能定理知动能改变对应外力所做的总功，选项B错误；由功能关系，机械能的改变量在数值上等于力F做的功，选项C错误、选项D正确。‎ ‎9．【命题立意】本题通过斜面及橡皮绳情景，考查动能、弹性势能、系统机械能守恒等。‎ ‎【思路点拨】（1）圆环与橡皮绳构成的系统机械能守恒，圆环机械能不守恒。（2）橡皮绳只有在伸长状态下才有弹性势能。（3）橡皮绳再次到达原长时，合外力仍沿杆向下。‎ - 6 -‎ ‎【答案】C【解析】圆环与橡皮绳构成的系统机械能守恒，圆环的机械能先不变后减小，橡皮绳的弹性势能先不变后增加，选项AB错误、选项C正确；橡皮绳再次到达原长时，合外力仍沿杆向下，圆环仍加速向下运动，选项D错误。‎ ‎10．【命题立意】本题以竖直平面内的圆周运动为情景，考查动能定理和机械能守恒定律的应用。‎ ‎【思路点拨】（1）小球A、B组成的系统机械能守恒，但每一个小球机械能均不守恒；（2）对两小球应用机械能守恒定律，对B球应用动能定理。‎ ‎【答案】ACD【解析】小球A、B组成的系统机械能守恒，选项A正确；由于A、B两小球质量不同，选项B错误；当B球到达最低点时，两小球速度最大，由系统机械能守恒，得最大速度为，选项C正确；以B球为研究对象，由动能定理得：，解得，选项D正确。‎ ‎11．【命题立意】本题以运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演为情景，综合考查动能定理和平抛运动规律的应用。‎ ‎【思路点拨】（1）摩托车从B到E为复杂的曲线运动，应用动能定理；（2）摩托车离开E点后做平抛运动。‎ ‎【答案】27360J ‎【解析】对摩托车的平抛运动过程，有（2分）‎ ‎（2分） ‎ 摩托车在斜坡上运动时，由动能定理得 （2分） ‎ 联立解得 （2分）‎ ‎12．【命题立意】本题以环保汽车“燃气车”为情景，综合考查瞬时功率的计算和机车起动模型。‎ ‎【思路点拨】（1）瞬时功率的计算P=Fv；（2）机车恒功率起动用动能定理分析；（3）当牵引力等于阻力（F=f）时，机车速度最大，即：。‎ ‎【答案】（1）5×104N （2）370.2m ‎ ‎【解析】（1）在反应时间内驾驶员匀速运动的距离为：s0=v0t0=16m （1分）‎ 若车在标志杆前停止运动，由运动学公式可得：≤s-s0（1分）‎ - 6 -‎ 可求得：a≥50m/s2 （1分）‎ 由牛顿第二运动定律可得：F制=ma≥5×104N （1分）‎ ‎（2）在平路行驶时获得的最大速度时，汽车匀速运动由： （1分）‎ 当汽车保持总功率不变，在斜坡上运动，达到最大速度时由：(μMgcosθ+Mgsinθ)v2=P总（1分）‎ 可求得：v2=5m/s（1分）‎ 由动能定理可得： （2分）‎ 解得：s=370.2m （1分）‎ ‎13．【命题立意】本题以水平面上的匀加速度运动和竖直平面的圆周运动模型，综合考查动能定理及牛顿运动定律的应用。‎ ‎【思路点拨】（1）水平面的匀加速度运动应用动能定理比较简洁；（2）竖直平面内的圆周运动应用动能定理和牛顿运动定律。‎ ‎【答案】60N 0 ‎ ‎【解析】由动能定理，得 （2分）‎ 在B点有 （2分）‎ 联系解得 FN=60N ‎ 由牛顿第三定律知，滑块在B点对轨道的压力大小为60N （1分）‎ 滑块由B点到D点过程由动能定理，得 （2分）‎ 在D点有 （2分） ‎ 联立解得 FN2=0 ‎ 由牛顿第三定律知滑块在D点对轨道的压力大小为0 （1分）‎ 14． ‎【命题立意】本题为多研究对象，主要考查相对运动及摩擦生热。‎ ‎【思路点拨】（1）对于多研究对象，每一研究对象的运动规律分别分析；（2）对于发生相对运动的两物体，要注意二者之间位移关系、速度关系等；（3）一对滑动摩擦力产生的热量为。‎ ‎【答案】 ‎ - 6 -‎ ‎【解析】设小滑块受平板车的滑动摩擦力大小为f，经时间t后与平板车相对静止，则（2分）‎ v0=at（2分）‎ f=ma（2分）‎ ‎（2分） 联立解得 （2分）‎ ‎15．【命题立意】本题以常见的传送带为情景，综合考查运动学公式、牛顿运动定律和动能定理等的应用。‎ ‎【思路点拨】（1）货物在传送带上的运动分匀减速和匀速两个阶段；（2）货物在斜面上的运动用动能定理比较简单。‎ ‎【答案】2.5J ‎ ‎【解析】水平传送带的速度为v0=Rω=3m/s （1分）‎ 由牛顿第二定律，得μmg=ma （1分） ‎ 又 v0=vB-at1 （1分）‎ ‎ （1分）‎ L-L1=v0t2 （1分）‎ t1+t2=t （1分） ‎ 由动能定理，得 （1分）‎ 联立解得 Wf=2.5J （1分）‎ 16． ‎【命题立意】该题精心设计运动过程，综合考查小球下摆过程中的机械能守恒、水平面上动能定理和圆周运动及其临界问题。‎ ‎【思路点拨】（1）小球下摆过程中机械能守恒；（2）小球在竖直位置时按圆周运动处理；（3）水平面上匀减速过程中的动能定理；（4）小球在圆形轨道中不脱离轨道有两种情况。‎ ‎【答案】（1）10N （2）0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125 ‎ ‎【解析】（1）当摆球由C到D运动机械能守恒： （2分）‎ 由牛顿第二定律可得： （1分）‎ ‎ 可得：Fm=2mg=10N （1分）‎ （2） 小球不脱圆轨道分两种情况：①要保证小球能达到A孔，设小球到达A孔的速度恰好为零，‎ 由动能定理可得： （1分） ‎ - 6 -‎ 可得：μ1=0.5 （1分）‎ 若进入A孔的速度较小，那么将会在圆心以下做等幅摆动，不脱离轨道。其临界情况为到达圆心等高处速度为零，由机械能守恒可得：（1分）‎ 由动能定理可得：（2分）‎ 可求得：μ2=0.35（1分）‎ ‎②若小球能过圆轨道的最高点则不会脱离轨道，在圆周的最高点由牛顿第二定律可得： （1分）‎ 由动能定理可得： （2分）‎ 解得：μ3=0.125 （1分） ‎ 综上所以摩擦因数μ的范围为：0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125 （1分） ‎ - 6 -‎