上海市6年高考與等級考真題4年一二模試題匯編11 機(jī)械能及其守恒定律主觀題（三） 含詳解

上海市6年高考4年模擬物理試卷分項(xiàng)匯編

專題09機(jī)械能及其守恒定律主觀題（三）

六年高考2023一模2022二模2022一模2021二模2021一模2020二模2020一模

題量711181510281312

[2021年二模】

1、（2021?上海市浦東新區(qū)高三下學(xué)期5月二模）如圖所示，質(zhì)量為Ikg的小物體沿傾角為?37。的足夠長固定斜

面向上經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)速度大小為8m∕s,加速度大小為8m∕s2,物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)不變。求：（取g=10m∕s2,

sin37o=0.6,cos37o=0.8）

（1）物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)和物體沿斜面下滑時(shí)的加速度大小;

（2）物體從離開A點(diǎn)到最高點(diǎn)損失的機(jī)械能；

（3）物體回到A點(diǎn)時(shí)重力的瞬時(shí)功率。

一A

2、（2021?上海市寶山區(qū)高三下學(xué)期5月二模）如圖，將質(zhì)量m=2kg的圓環(huán)套在與水平面成。=37。角的足夠長的直

桿上，直桿固定不動(dòng)，環(huán)的直徑略大于桿的截面直徑，直桿在A點(diǎn)以下部分粗糙，環(huán)與桿該部分間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5

（最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力近似相等），直桿4點(diǎn)以上部分光滑?，F(xiàn)在直桿所在的豎直平面內(nèi)，對環(huán)施加一個(gè)與

桿成37。夾角斜向上的拉力凡使環(huán)從直桿底端。處由靜止開始沿桿向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)4s環(huán)到達(dá)A點(diǎn)時(shí)撤去拉力F,圓

4

環(huán)向上最遠(yuǎn)滑行到B處，已知AB間的距離為§m。（重力加速度g=10m?2,sin37o=0.6,COS37。=0.8）

（1）求圓環(huán)經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)速度的大??；

（2）求圓環(huán)在OA間向上運(yùn)動(dòng)的過程中直桿對圓環(huán)的彈力大小和方向；

（3）以O(shè)點(diǎn)所在的水平面為重力勢能的零勢能面，求圓環(huán)在直桿上運(yùn)動(dòng)所具有的最大機(jī)械能；

（4）若要使圓環(huán)在沿Ao下滑的過程中機(jī)械能守恒，可加一恒力尸，求產(chǎn)的大小和方向。

3√2021止海市黃浦區(qū)高三下學(xué)期5月二模）如圖,長L=5m的細(xì)桿AB固定于豎直平面內(nèi)，與水平方向夾角省37。。

一半徑為R=2.5m的光滑圓環(huán)與細(xì)桿相切連接于B點(diǎn)，C為圓環(huán)最高點(diǎn)。質(zhì)量〃?=lkg的小球穿在桿上，與細(xì)桿間的

動(dòng)摩擦因數(shù)"=0.5。小球開始時(shí)靜止于A點(diǎn)，現(xiàn)用大小為20N、方向沿桿向上的恒力尸拉動(dòng)小球，經(jīng)時(shí)間f后撤去F,

此時(shí)小球尚未到達(dá)B點(diǎn)。（重力加速度g取IOmsin37*O.6）

（1）求力F作用時(shí)小球運(yùn)動(dòng)的加速度大小0;

（2）為使小球能到達(dá)B點(diǎn)，求力/作用的最短時(shí)間fmin；

（3）小球到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小VB與f的函數(shù)關(guān)系式；

（4）若小球運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)與圓環(huán)間剛好無彈力，求該情況下［的大小。

4、（2021?上海市金山區(qū)高三下學(xué)期5月二模）如圖，傾角為37。的固定斜面上AB段粗糙，BC段光滑，且3AB=4BC.

一個(gè)質(zhì)量為2kg的小物體以IomZS的初速度從A點(diǎn)沿斜面向上滑動(dòng)，到達(dá)8點(diǎn)時(shí)速度為6m∕s,再經(jīng)IS時(shí)間，到達(dá)C

2

點(diǎn)時(shí)速度恰好為零。以B點(diǎn)處為零勢能面，sin37o=0.6,COS37。=0.8,g=10m∕so求:

（1）物體到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的重力勢能；

（2）物體與AB段斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)；

（3）物體沿斜面上滑過程中，其動(dòng)能與重力勢能相等的位置。

5、（2021?上海市靜安區(qū)高三下學(xué)期5月二模）如圖所示，電梯由質(zhì)量為1x103kg的轎廂、質(zhì)量為8×102kg的配重、

定滑輪和鋼纜組成，轎廂和配重分別系在繞過定滑輪的鋼纜兩端，定滑輪與鋼纜的質(zhì)量可忽略不計(jì)。在與定滑輪同

軸的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下電梯正常工作，在轎廂由靜止開始以2m∕s2的加速度向上運(yùn)行IS的過程中，鋼纜對轎廂的拉力所

做的功為J,電動(dòng)機(jī)對電梯整體共做功Jo（取g=10m∕s2）

Θ

6、（2021?上海市靜安區(qū)高三下學(xué)期5月二模）如圖，足夠長的固定斜面AB和BC的底部B處平滑連接，兩斜面

與水平方向的夾角均為53。，AB光滑，BC粗糙。質(zhì)量〃?=2kg的小物塊從AB斜面高為A=1.25m的尸處由靜止釋放。

已知小物塊與BC斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為〃=；,?sin53o=0.8,cos53o=0.6,^=10m∕s2o

（1）求小物塊從P處釋放到達(dá)B處的速度的大小VB；

（2）求小物塊沿斜面BC上滑的最大距離L及此過程中損失的機(jī)械能AE機(jī)；

（3）請分析說明小物塊最終靜止在何處。

7、（2021?上海市徐匯區(qū)高三下學(xué)期5月二模）如圖，一小球A從某高處由靜止開始下落，選擇不同平面為參考平

面，下落過程中小球具有的能量及其變化情況如下表所示，請?jiān)诒砀裰袑⑽刺顚懙臄?shù)據(jù)補(bǔ)充完整。

所選擇的下落初始時(shí)刻的機(jī)下落到地面時(shí)的機(jī)下落到地面時(shí)的重下落過程中重力勢能下落到地面

參考平面械能EI械能&力勢能心變化量AE1,時(shí)的動(dòng)能Ek

四樓地面-2.5J8J

一樓地面9J—O-9J

8、（2021?上海市徐匯區(qū)高三下學(xué)期5月二模）下面是某品牌新能源汽車介紹中的一段文字：“將近6米的超長車

身設(shè)計(jì)，使得整車車頂集成的太陽能芯片面積達(dá)到了6平方米左右。極富流線型的整車造型，使整車風(fēng)阻大幅下降。

全車采用鋁合金框架并結(jié)合碳纖維車身，整車質(zhì)量僅700千克，這一輕量化設(shè)計(jì)使整車能耗極低。”

（1）上述新能源汽車采用混合動(dòng)力裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率為30kW,在實(shí)驗(yàn)路段上行駛時(shí)所受總阻力約為車和

駕駛員總重的01倍。試估算體重為50kg的工程師駕駛這種汽車在實(shí)驗(yàn)路段上行駛的最高車速。

（2）為進(jìn)一步測試汽車性能，該工程師行駛時(shí)采集了某一段運(yùn)動(dòng)過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出了汽車牽引力F與車速倒

數(shù)戶間的關(guān)系圖線48C,如圖所示。請根據(jù)圖線描述該汽車的運(yùn)動(dòng)情況，并求B點(diǎn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

（3）目前制作太陽能電池的最好的材料為神化保，其將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率可達(dá)到31.6%。如果己知太陽輻射的

總功率PO=4X1O26W,太陽到地球的距離r=1.5xl0"m,太陽光傳播到達(dá)地面的過程中大約有34%的能量損失。試

通過計(jì)算分析，若這種汽車只采用純太陽能驅(qū)動(dòng)，且能保持最大輸出功率30kW不變的可行性。

9、（2021?上海市長寧區(qū)高三下學(xué)期5月二模）質(zhì)量為〃，的質(zhì)點(diǎn)所受的力F隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，力的方向

始終在一直線上。已知UO時(shí)質(zhì)點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)，在圖中⑶2仙3f。和4h的各時(shí)刻中，質(zhì)點(diǎn)離出發(fā)點(diǎn)距離最大的

時(shí)刻是;質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能的最大值是。

10、（2021?上海市長寧區(qū)高三下學(xué)期5月二模）如圖所示，足夠長的斜面與水平面的夾角Q37。，質(zhì)量m=2kg的

物塊在平行于斜面向上的恒力F=28N作用下以Vo=Im/s的初速度從斜面底端向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過s∣=1.25m后撤去?物

塊與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)"=0.25。（Si〃37。=0.6,cw37o=0.8,^10m∕s2）

（1）求物塊沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的總位移;

（2）求物塊沿斜面向上運(yùn)動(dòng)過程中，恒力F的最大功率;

（3）在M坐標(biāo)中畫出物塊從斜面底端開始運(yùn)動(dòng)到再次回到底端時(shí)的圖線，并將圖線上關(guān)鍵點(diǎn)的物理量標(biāo)注在縱橫

軸對應(yīng)的位置；

（4）比較在物塊沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的過程中，所有外力做功之和與動(dòng)能變化的關(guān)系。

[2021年一?！?/p>

1、（2021?上海交大附中高三上學(xué)期11月期中）如圖所示，一根細(xì)繩的上端系在。點(diǎn)，下端系一個(gè)重球8,放在

光滑的斜面體A上?，F(xiàn)用水平推力/向右推斜面體使之在光滑水平面上向右緩慢運(yùn)動(dòng)一段距離（細(xì)繩尚未到達(dá)平行

于斜面的位置）。在此過程中：A的位移大小與8的位移大?。ㄟx填：“相等”或“不相等”）；A對8所做

功的大小與B對A所做功的大小（選填：“相等”或“不相等”）。

2、（2021?上海市奉賢區(qū)高三上學(xué)期1月一模期末）如圖所示，質(zhì)量為60kg的某運(yùn)動(dòng)員在做俯臥撐運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過

程可將她的身體視為一根直棒。已知重心在C點(diǎn),其垂線與腳、兩手連線中點(diǎn)間的距離OA、。B分別為0.9m和0.6m。

若她在30s內(nèi)做了15個(gè)俯臥撐，每次肩部上升的距離均為0?4m,每次上下來回用時(shí)約1.5s,在最高處停留約0.5s,

則每次克服重力做功約為J,30s內(nèi)克服重力做功的功率約為Wo（g取IOm/S?）

3、（2021?上海市嘉定區(qū)二中高三上學(xué)期11月期中）某人站在20m的平臺上，使重為0.1kg的物體以15m∕s的初

速度做豎直上拋運(yùn)動(dòng),它從第1秒末到第3秒末之間的位移為m。第4s末重力的功率為WKg取IOm?2）

4、（2021?上海市嘉定區(qū)二中高三上學(xué)期11月期中）一輛汽車以20m∕s的速度在平直的公路上行駛，發(fā)現(xiàn)前方有

險(xiǎn)情時(shí)，駕駛員立即進(jìn)行急剎車，剎車過程中受到地面的摩擦力為600N,剎車后的速度V隨剎車位移X的變化關(guān)

2

系如圖所示，設(shè)汽車剎車后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，則汽車的加速為m∕s-從開始剎車到汽車的速度減小為

8m∕s的過程中，汽車克服地面摩擦力做的功為

v√(m∕s)

5、（2021?上海市松江區(qū)高三上學(xué)期1月一模期末）豎直向上拋出物體，從拋出點(diǎn)到最高點(diǎn)的過程中其動(dòng)能和重

力勢能隨高度力的變化圖線如圖所示，物體上升過程中空氣阻力做的功為J,加速度大小為

2

___________m∕so

6、（2021?上海市嘉定區(qū)一中高三上學(xué)期11月期中）高鐵在水平直軌道上高速運(yùn)行時(shí)，假設(shè)空氣阻力占全部阻力

的75%,在空氣阻力中90%是車頭和車尾形成的壓強(qiáng)差阻力，如圖所示。某列車在前進(jìn)時(shí)，大氣壓p。，車頭壓強(qiáng)

l.OO5po,車尾壓強(qiáng)0?985po,車身截面積等效為S。則該列車勻速前進(jìn)過程中，全部阻力大小為。保持列

車牽引功率不變，進(jìn)入平直隧道后，車頭壓強(qiáng)變?yōu)長OlOpo,車尾壓強(qiáng)變?yōu)?.980p0,如果認(rèn)為壓強(qiáng)差阻力在總阻力

中所占比例不變，列車勻速前進(jìn)的車速將變?yōu)樗淼劳廛囁俚?。

車尾壓強(qiáng)小行駛方向一車買壓強(qiáng)大

fLIllll------

7、（2021?上海市浦東新區(qū)高三上學(xué)期1月一模期末）如圖所示，長為3/的不可伸長的輕繩，穿過一長為/的豎直

輕質(zhì)細(xì)管，兩端拴著質(zhì)量分別為，小、歷機(jī)的小球A和小物塊B,開始時(shí)B先放在細(xì)管正下方的水平地面上.手握

細(xì)管輕輕搖動(dòng)一段時(shí)間后，B對地面的壓力恰好為零，A在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).已知重力加速度為g,不計(jì)

一切阻力.

（1）求A做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)繩與豎直方向夾角仇

（2）求搖動(dòng)細(xì)管過程中手所做的功；

（3）輕搖細(xì)管可使B在管口下的任意位置處于平衡，當(dāng)B在某一位置平衡時(shí)，管內(nèi)一觸發(fā)裝置使繩斷開，求A做

平拋運(yùn)動(dòng)的最大水平距離.

8、（2021?上海市浦東新區(qū)高三上學(xué)期1月一模期末）如圖所示，光滑水平面上靜止放著長L=2.0m,質(zhì)量M=3.0kg

的木板,一個(gè)質(zhì)量〃?=LOkg的小物體（可視為質(zhì)點(diǎn)）放在離木板右端占0.4Om處,小物體與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)A=O.1。

現(xiàn)對木板施加F=IO.ON水平向右的拉力，使其向右運(yùn)動(dòng)。g取IOm/s2求：

（1）木板剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大?。?/p>

（2）從開始拉動(dòng)木板到小物體脫離木板，拉力做功的大??；

（3）為使小物體能脫離木板，此拉力作用時(shí)間最短為多少？

9、（2021?上海市崇明縣高三上學(xué)期1月一模期末熱身）如圖是伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)中的一幅圖，小球從A點(diǎn)沿光

滑軌道由靜止開始運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)最高點(diǎn)8,則8點(diǎn)一選填（“高于"、"低于''或"等于''）A點(diǎn)的高度；若軌道僅CD部

分光滑，小球仍從A點(diǎn)靜止下滑，經(jīng)過4秒達(dá)到斜面另一側(cè)最高點(diǎn)夕，夕的高度是A點(diǎn)高度的工，A到夕的總路

程是2m,且已知小球在水平部分運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為Is,則C到。的距離是—m.

10、（2021?上海市崇明縣高三上學(xué)期1月一模期末熱身）如圖所示，彎折的直角輕桿ABCo通過錢鏈。連接在地

面上，AB=BC=OC=9m,一質(zhì)量為機(jī)的小滑塊以足夠大的初始速度，在桿上從C點(diǎn)左側(cè)無0=2m處向左運(yùn)動(dòng)，作用于

A點(diǎn)的水平向右拉力尸可以保證BC始終水平。若滑塊與桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)與離開C點(diǎn)的距離X滿足爐=1,則滑

塊的運(yùn)動(dòng)位移S=m時(shí)拉力/達(dá)到最小。若滑塊的初始速度vo=5m∕s,且〃=0.5-0.1x（〃=0后不再變

化），則滑塊達(dá)到C點(diǎn)左側(cè)戶4m處時(shí)，速度減為V=m/So

B

11、（2021?上海市嘉定區(qū)一中高三上學(xué)期11月期中）如圖所示，將半徑R的自行車輪架空，原地轉(zhuǎn)動(dòng)起來后測試

制動(dòng)。當(dāng)制動(dòng)片以大小N的力壓在車輪上，車輪轉(zhuǎn)過圓心角6后停止。這一過程機(jī)械能轉(zhuǎn)為能。若知道

制動(dòng)片和車制動(dòng)片輪之間動(dòng)摩擦因數(shù)〃，可估算車輪在剎車前的動(dòng)能是。

制動(dòng)片

12、（2021?上海市閔行區(qū)高三上學(xué)期1月一模期末）如圖所示，光滑軌道abc固定在豎直平面內(nèi)形成一重力勢阱，

兩側(cè)高分別為Hl和Hz可視為質(zhì)點(diǎn)的小物塊Q質(zhì)量為〃?，靜置于水平軌道匕處。設(shè)重力加速度為g；若以α處所在

平面為重力勢能零勢能面，物塊。在6處機(jī)械能為；一質(zhì)量為根的小球P從“處靜止落下，在6處與

滑塊Q相撞后小球P將動(dòng)能全部傳給滑塊Q,隨后滑塊Q從陷阱右側(cè)滑出,其到達(dá)C處的速度V大小為。

13、（2021?上海市閔行區(qū)高三上學(xué)期1月一模期末）一物塊在高3.0m、長5.0m的斜面頂端從靜止開始沿斜面下

滑，其重力勢能和動(dòng)能隨下滑距離S的變化如圖中直線［、II所示，取g=10m∕s20則物塊開始下滑2m過程中，

機(jī)械能損失J；物塊沿斜面下滑的加速度。=m∕s2。

14、（2021?上海市浦東新區(qū)高三上學(xué)期1月一模期末）如圖，光滑斜面固定在地面上，底端有小物塊P,在沿斜

面向上的拉力尸的作用下由靜止開始沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間f,拉力做功30J,此時(shí)將尸反向，又經(jīng)過2f時(shí)間

物塊P回到出發(fā)點(diǎn)，設(shè)地面為重力勢能零勢能面，則物塊回到地面時(shí)的機(jī)械能為J,當(dāng)物塊動(dòng)能為8J時(shí)，重力勢

能為_J。

15、（2021?上海市浦東新區(qū)建平中學(xué)高三上學(xué)期11月期中）如圖所示，半徑為R的薄圓板質(zhì)量不計(jì)，可繞過圓心

D

。的水平軸在豎直面內(nèi)無摩擦自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在距離圓心一處，固定一個(gè)質(zhì)量為帆的小球A?，F(xiàn)將圓板由圖中情形（A

2

在。的上方）從靜止釋放，則球A的最大速度大小為；球A與。等高時(shí)，球受到的合力大小為。

16、（2021?上海市市東中學(xué)高三上學(xué)期11月期中）如圖所示，一個(gè)粗細(xì)均勻、內(nèi)部橫截面積均為S的U形管內(nèi)，

裝有密度為P、總長度為4人的液體，開始時(shí)左右兩端液面的高度差為人現(xiàn)打開閥門C,待液體運(yùn)動(dòng)到左右液面高

度相等時(shí)，液體重力勢能改變量為,此時(shí)左側(cè)液面下降的速度為。（重力加速度為g）

17、（2021?上海市延安中學(xué)高三上學(xué)期11月期中）如圖，固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓軌道半徑為r,一質(zhì)量為，"

的小球沿軌道做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g。小球經(jīng)過最低點(diǎn)的最小速度V等于。已知小球在最低點(diǎn)

時(shí)對軌道的壓力大小為F*在最高點(diǎn)對軌道的壓力大小為FN2。則FNI-月V2的值為

18、（2021?上海市延安中學(xué)高三上學(xué)期11月期中）半徑為R的光滑圓環(huán)豎直放置，環(huán)上套有兩個(gè)質(zhì)量分別為m

和bm的小球A和B.A、B之間用一長為血R的輕桿相連，如圖所示.開始時(shí)，A、B都靜止，且A在圓環(huán)的

最高點(diǎn)，現(xiàn)將A、B釋放，試求:

(1)B球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度大小；

(2)B球到達(dá)最低點(diǎn)的過程中，桿對A球做的功;

(3)B球在圓環(huán)右側(cè)區(qū)域內(nèi)能達(dá)到的最高點(diǎn)位置.

19、(2021?上海市長寧區(qū)高三上學(xué)期1月一模期末)將傳感器安裝在蹦極運(yùn)動(dòng)員身上，可以測量出運(yùn)動(dòng)員在不同

時(shí)刻下落的高度及速度，如圖甲所示。運(yùn)動(dòng)員及所攜帶裝備的總質(zhì)量為50kg,彈性繩原長為8m。運(yùn)動(dòng)員從蹦極

臺自由下落，根據(jù)傳感器測到的數(shù)據(jù)，得到如圖乙所示的速度一位移圖像。(g取9.8m∕s2)

(1)運(yùn)動(dòng)員下落過程中受到的空氣阻力是否能忽略不計(jì)？寫出你的理由。

(2)運(yùn)動(dòng)員下落過程中最大動(dòng)能是多少？指出該位置運(yùn)動(dòng)員受力的特點(diǎn)。

(3)簡述運(yùn)動(dòng)員下落過程中的運(yùn)動(dòng)情況。

(4)運(yùn)動(dòng)員下落過程中動(dòng)能最大時(shí)和落到最低點(diǎn)時(shí)，繩的彈性勢能分別是多少？

20、(2021?上海市市東中學(xué)高三上學(xué)期U月期中)如圖，AB為光滑斜面，BC為粗糙斜面，兩斜面的傾角均為

37。，且斜面底部B處平滑連接，質(zhì)量為m=2kg的物體從高為∕7=L25m的A處由靜止開始沿斜面下滑，運(yùn)動(dòng)到BC

斜面上最終停止在C處.設(shè)物體與BC斜面間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，物體與BC斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為

"=0.75,sin37o=0.6,cos37o=0.8,?g=10m∕s2.求：

(1)物體在B處速度大小VB；

(2)物體在BC斜面上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間f；

(3)若BC斜面的傾角可在0~60。范圍內(nèi)變化，請分析并說明物體從A處釋放后在BC斜面上可能的運(yùn)動(dòng)情況.

21、(2021?上海市市東中學(xué)高三上學(xué)期11月期中)如圖，半徑R=0.4m的部分光滑圓軌道與水平面相切于B點(diǎn)，

且固定于豎直平面內(nèi)。在水平面上距8點(diǎn)s=5m處的A點(diǎn)放一質(zhì)量m=3kg的小物塊，小物塊與水平面間動(dòng)摩擦因數(shù)

為《。小物塊在與水平面夾角敘37。斜向上的拉力F的作用下由靜止向8點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)撤去F,小物塊沿圓

軌道上滑，且能到圓軌道最高點(diǎn)C。(g取IOm/S?,sin37o=0.6,cos37o=0.8)求：

(1)小物塊在8點(diǎn)的最小速度%大??；

(2)在(1)情況下小物塊在水平面上運(yùn)動(dòng)的加速度大??；

(3)為使小物塊能沿水平面運(yùn)動(dòng)并通過圓軌道C點(diǎn)，則拉力廠的大小范圍。

22、(2021?上海市松江區(qū)高三上學(xué)期1月一模期末)如圖，在豎直平面內(nèi)，AB為粗糙的長直軌道，與水平方向的

夾角為6=53°，BCD、Z)EG均為半徑為r=2m的光滑圓弧形軌道，AB與BeO相切于8點(diǎn)，。卜。2為圓心，連

線水平，C為圓弧形軌道的最低點(diǎn)，E為最高點(diǎn)。一質(zhì)量為〃?=Ikg的小環(huán)套在軌道AB上，受到水平恒力P的作用，

自尸點(diǎn)由靜止下滑，運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)撤掉水平恒力F,小環(huán)滑入光滑圓弧形軌道，恰能通過最高點(diǎn)及已知小環(huán)與48

1C八

軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為〃=0?8,P、8之間的距離為S-m,sin53o=0.8,cos53o=0.6,求：

(1)小環(huán)過B點(diǎn)的速度；

(2)小環(huán)在PB間運(yùn)動(dòng)的加速度；

(3)水平恒力尸的大?。?/p>

(4)若改變水平恒力F大小，小環(huán)能否到達(dá)E點(diǎn)？請分析說明。

上海市6年高考4年模擬物理試卷分項(xiàng)匯編

專題09機(jī)械能及其守恒定律主觀題(三)

六年高考2023一模2022二模2022一模2021二模2021一模2020二模2020一模

題量711181510281312

[2021年二?！?/p>

1、(2021?上海市浦東新區(qū)高三下學(xué)期5月二模)如圖所示，質(zhì)量為Ikg的小物體沿傾角為?37。的足夠長固定斜

面向上經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)速度大小為8m∕s,加速度大小為8m∕s2,物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)不變。求：(取g=10m∕s2,

sin37o=0.6,cos37o=0.8)

(1)物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)和物體沿斜面下滑時(shí)的加速度大?。?/p>

(2)物體從離開A點(diǎn)到最高點(diǎn)損失的機(jī)械能；

(3)物體回到A點(diǎn)時(shí)重力的瞬時(shí)功率。

-A

n_

【答案】(1)0.25,4m∕s2；(2)8J；(3)24√2W

【解析】

(1)物體上滑受力如圖

根據(jù)牛頓第二定律，上滑時(shí)

tngsinθ+μmgcosf)=ma\

可得

a↑=gsinθ+μgcosθ

代入數(shù)據(jù)

8=I0×0.6+∕∕×10×0.8

得

〃=0.25

物體下滑的受力如圖

*

π

根據(jù)牛頓第二定律

mgs?nθ-μιngcosθ=ma2

代入數(shù)據(jù)

“2=10x0.6-0.25x10x0.8

解方程得

ɑ2≈4m∕s2

(2)物體上滑的最大位移

Vo82

S=-----=-------m=4m

2%2x8

物體向上滑動(dòng)的摩擦力

/=∕∕∕πg(shù)cos^=0.25×10×0.8N=2N

損失的機(jī)械能等于克服阻力所做的功

△E*W=2X4J=8J

(3)物塊下滑回到A點(diǎn)的速度為

VA=y∣2a^s=4y∣2m/s

重力的功率

o

P=mgvsinθ=10×4λ∕2×sin37W=24后W

2、（2021?上海市寶山區(qū)高三下學(xué)期5月二模）如圖，將質(zhì)量m=2kg的圓環(huán)套在與水平面成0=37。角的足夠長的直

桿上，直桿固定不動(dòng)，環(huán)的直徑略大于桿的截面直徑，直桿在A點(diǎn)以下部分粗糙，環(huán)與桿該部分間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=O?5

（最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力近似相等），直桿A點(diǎn)以上部分光滑。現(xiàn)在直桿所在的豎直平面內(nèi)，對環(huán)施加一個(gè)與

桿成37。夾角斜向上的拉力F,使環(huán)從直桿底端O處由靜止開始沿桿向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)4s環(huán)到達(dá)A點(diǎn)時(shí)撤去拉力F,圓

4

環(huán)向上最遠(yuǎn)滑行到B處，已知A8間的距離為（重力加速度g=10m∕s2,sin37o=0.6,cos37°=0.8）

（1）求圓環(huán)經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)速度的大?。?/p>

（2）求圓環(huán)在OA間向上運(yùn)動(dòng)的過程中直桿對圓環(huán)的彈力大小和方向；

（3）以O(shè)點(diǎn)所在的水平面為重力勢能的零勢能面，求圓環(huán)在直桿上運(yùn)動(dòng)所具有的最大機(jī)械能；

（4）若要使圓環(huán)在沿A。下滑的過程中機(jī)械能守恒，可加一恒力尸，求產(chǎn)的大小和方向。

【答案】（1）4m∕si（2）4N,方向垂直于桿向上；（3）112Ji（4）16N,垂直于桿向上

【解析】

（1）圓環(huán)在沿AB向上運(yùn)動(dòng)的過程中機(jī)械能守恒，有

12

—mvA=mg-ABsinθ

解得

VA=4m∕s

（2）對于圓環(huán)沿OA向上的勻加速運(yùn)動(dòng)過程，有

a=-=-=?m/S2

t4

假設(shè)尸Sin37yGcos37。，桿對圓環(huán)的彈力垂直于桿向上，由牛頓第二定律，得

N+∕?in37°=mgcos370

T7CoS370-“V-ZngSin37°二mα

代入數(shù)據(jù)，算得

F=20N

N=4N>0

N的解符合假設(shè)。

假設(shè)尸Sin37>Gcos37。，桿對圓環(huán)的彈力垂直于桿向下，由牛頓第二定律，得

N+mgcos37°=FSin37°

Fcos37°-/.i/V-mgsin37°-ma

代入數(shù)據(jù)，算得

F=12N

N=-8.8N<0

N的解不符合假設(shè)。

綜合上面二種情況可知，圓環(huán)在OA間向上運(yùn)動(dòng)時(shí)直桿對它彈力的大小為4N,彈力的方向垂直于桿向上。

(3)由于圓環(huán)在OA間向上作勻加速直線運(yùn)動(dòng),所以其動(dòng)能和重力勢能都增加,所以在該過程中圓環(huán)的機(jī)械能增加；

撤去產(chǎn)后，沿AB向上，再沿BA向下的運(yùn)動(dòng)，圓環(huán)的機(jī)械能守恒；圓環(huán)沿4。下滑時(shí)滑動(dòng)摩擦力作負(fù)功，機(jī)械能減

少，所以圓環(huán)在A處時(shí)機(jī)械能最大。

OA=-at~=?×1×42=8m

22

11,

E機(jī)材=2mvA+m8-OA-sin0=-×2×4^+2×10×8×0.6=112J

(4)恒力F，的方向垂直于桿向上，且滿足

F'=mgcosθ

這樣產(chǎn)不作功，圓環(huán)也不受摩擦力，只有重力對圓環(huán)作功，圓環(huán)的機(jī)械能守恒，算得

F=16N

3<2021止海市黃浦區(qū)高三下學(xué)期5月二模)如圖,長L=5m的細(xì)桿AB固定于豎直平面內(nèi)，與水平方向夾角省37。。

一半徑為R=2.5m的光滑圓環(huán)與細(xì)桿相切連接于8點(diǎn)，C為圓環(huán)最高點(diǎn)。質(zhì)量〃?=lkg的小球穿在桿上，與細(xì)桿間的

動(dòng)摩擦因數(shù)"=0.5。小球開始時(shí)靜止于A點(diǎn)，現(xiàn)用大小為20N、方向沿桿向上的恒力尸拉動(dòng)小球，經(jīng)時(shí)間f后撤去F,

此時(shí)小球尚未到達(dá)B點(diǎn)。(重力加速度g取IOmsin37*O.6)

(1)求力F作用時(shí)小球運(yùn)動(dòng)的加速度大小0;

(2)為使小球能到達(dá)B點(diǎn)，求力/作用的最短時(shí)間fmin；

(3)小球到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小VB與f的函數(shù)關(guān)系式；

(4)若小球運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)與圓環(huán)間剛好無彈力，求該情況下［的大小。

22

【答案】(1)10m∕s;(2)0.707s；(3)vβ=10√2f-l(m∕s)(0.707s<f<ls);(4)0.822s

【解析】

(1)小球受到重力、彈力、摩擦力、恒力尸作用，沿桿方向有

ma1=F-ιngsinθ-f

垂直于桿方向有

IngCGSe=N

另有

月，N

得

F20

a?-----gsin。一"geos。=(——10x0.6—0.5x10x0.8)m∕s2=10m∕s2

m1

(2)F作用最短時(shí)間，小球先做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，到B點(diǎn)的速度恰為零

a2=gsine+〃gcos。=10m∕s2

小球加速運(yùn)動(dòng)的末速度即減速運(yùn)動(dòng)的初速度，兩段運(yùn)動(dòng)位移之和為L對減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)

0-V2=-2?252

有

(Gfmin)2=2a2(L----β√in2)

2m

可求出

f?nin------s≈0.707s

2

(3)小球勻減速運(yùn)動(dòng)的初速度

v=a?t

位移

S2=L——Cl2t1

2

根據(jù)

VB2-V2=-2位(L——

2

可得

2

VB=10yj2t—1(nVs)

又撤去恒力/時(shí)小球尚未到達(dá)8點(diǎn)，即

—a?t2<iL

2

解得

r<ls

所以

UB=IoAy2產(chǎn)-1(向S)(0.707s<r<ls)

(4)小球運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)與圓環(huán)間剛好無彈力，則有

V?

m=mg

R

可得

vc=5m∕s

從B到C機(jī)械能守恒，以B為零勢能面有

1P=?mvc2+mg(R-RcosO)

-mvβ

2

可得

VB2=35m2∕s2

解得

4√2021?上海市金山區(qū)高三下學(xué)期5月二模)如圖，傾角為37。的固定斜面上AB段粗糙，3C段光滑，且3AB=48C

一個(gè)質(zhì)量為2kg的小物體以10m∕s的初速度從A點(diǎn)沿斜面向上滑動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為6m∕s,再經(jīng)Is時(shí)間，到達(dá)C

o2

點(diǎn)時(shí)速度恰好為零。以B點(diǎn)處為零勢能面，sin37*0.6,cos37=0.8,g?lOnVso求:

(1)物體到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的重力勢能；

(2)物體與AB段斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)；

(3)物體沿斜面上滑過程中，其動(dòng)能與重力勢能相等的位置。

【答案】(1)36J；(2)025；(3)B點(diǎn)上方高0.9m處

【解析】

(1)物體從B運(yùn)動(dòng)到C做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，其受力如圖所示

N

▼mg

根據(jù)牛頓第二定律

mgsin31o=ma

物體減速的加速度大小為

α=gsin37°=6m∕s2

BC間的距離

物體在C處的重力勢能為

EPc=,"gSBcsin37°=2xl0x3x0.6m=36J

（2）物體從A運(yùn)動(dòng)到B做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，其受力如圖所示

N

mg

根據(jù)牛頓第二定律

∕wgsin37°+∕"agcos37°=∕na'

得

a'=gsin37°+jugcos37°

AB間的距離

44

s*B=3%c=]x3m=4m

由速度一位移關(guān)系有

VA~Vl=2^AB

加速度大小

a'=8nVs2

"=0.25

(3)物體在AB之間時(shí)重力勢能為負(fù)，重力勢能不可能與動(dòng)能相等，重力勢能與動(dòng)能相等位置在BC之間。因在

BC之間運(yùn)動(dòng)時(shí)只有重力做功，機(jī)械能守恒。

mgh--mv]i

Λ=O.9m

即重力勢能與動(dòng)能相等位置在B點(diǎn)上方高0.9m處(斜面上距B點(diǎn)1.5m處)。

5、(2021?上海市靜安區(qū)高三下學(xué)期5月二模)如圖所示，電梯由質(zhì)量為lx∣03kg的轎廂、質(zhì)量為8×102kg的配重、

定滑輪和鋼纜組成，轎廂和配重分別系在繞過定滑輪的鋼纜兩端，定滑輪與鋼纜的質(zhì)量可忽略不計(jì)。在與定滑輪同

軸的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下電梯正常工作，在轎廂由靜止開始以2m∕s2的加速度向上運(yùn)行IS的過程中，鋼纜對轎廂的拉力所

做的功為J,電動(dòng)機(jī)對電梯整體共做功(取g=10m∕s2)

Θ

【答案】(1).12xl04(2).5.6×103

【解析】

⑴對轎廂受力分析，受到重力和鋼纜的拉力，根據(jù)牛頓第二定律可得

/一π?g=m轎α

解得

R=120OON

Is內(nèi)通過的位移為

1->1-.2,

%=—αr=-×2×Γm=lm

22

鋼纜對轎廂的拉力所做的功力

4

W；=FX=12000×1J=1.2×10J

⑵對于質(zhì)量為8X102kg的配重，牽引力做負(fù)功，其值為W'.根據(jù)牛頓第二定律得

F'-mg=ma

解得

F,=64(X)N

因此起重機(jī)對配重做負(fù)功

W2=F'X=-6400×lJ=-6400J

所以電動(dòng)機(jī)對電梯共做功為

3

?{fe=W1+W2=12000J-6400J=5.6×IOJ

6、(2021?上海市靜安區(qū)高三下學(xué)期5月二模)如圖，足夠長的固定斜面4B和BC的底部B處平滑連接，兩斜面

與水平方向的夾角均為53。，AB光滑，BC粗糙。質(zhì)量∕w=2kg的小物塊從AB斜面高為∕z=1.25m的尸處由靜止釋放。

已知小物塊與BC斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為n=g,取sin53t5=0.8,cos53o=0.6,?=10m∕s2o

(1)求小物塊從尸處釋放到達(dá)5處的速度的大小VB;

(2)求小物塊沿斜面BC上滑的最大距離L及此過程中損失的機(jī)械能AE機(jī)；

(3)請分析說明小物塊最終靜止在何處。

【答案】(1)5m/s；(2)1.25m；5J；(3)最終靜止在B點(diǎn)

【解析】

(1)小物塊從A到B作只有重力做功，機(jī)械能守恒，有

,12

mgh=-mVg

代入數(shù)據(jù)可得

VB=5ΠI∕S

(2)小物塊沿BC上滑，受力分析如圖

垂直于斜面方向受力平衡

尸N?加gcos530=0

小物塊與斜面BC間滑動(dòng)摩擦力大小

F尸從FN=AmgCOS530

以初速度方向?yàn)檎较颍鶕?jù)牛頓第二定律

(-wzgsin53o)+(-Ff)=ma

代入數(shù)據(jù)可得

a=-10m∕s2

小物塊從B到C作勻減速直線運(yùn)動(dòng)至速度為零，有

O2-Vg=2as

代入數(shù)據(jù)可得

s=1.25m,L=1.25m

小物塊損失的機(jī)械能

ΔEM=mg/;-WgLSin53。

代入數(shù)據(jù)可得

△EM=5J

(3)小物塊在斜面BC時(shí)，因mgsm53°>μmgcos53°,所以小物塊速度減為零后，不會(huì)靜止在BC斜面上，會(huì)沿

BC斜面向下做勻加速運(yùn)動(dòng)；

到AB斜面后返回再沿斜面BC上滑，由于BC斜面粗糙，上滑高度小于第一次的上滑高度；

此后反復(fù)在兩斜面間運(yùn)動(dòng)若干次，最終靜止在B點(diǎn)。

7、(2021?上海市徐匯區(qū)高三下學(xué)期5月二模)如圖，一小球A從某高處由靜止開始下落，選擇不同平面為參考平

面，下落過程中小球具有的能量及其變化情況如下表所示，請?jiān)诒砀裰袑⑽刺顚懙臄?shù)據(jù)補(bǔ)充完整。

E>S

-tt

所選擇的下落初始時(shí)刻的機(jī)下落到地面時(shí)的機(jī)下落到地面時(shí)的重下落過程中重力勢能下落到地面

參考平面械能El械能E力勢能昂變化量AE,,時(shí)的動(dòng)能Ek

四樓地面-2.5J

8J

一樓地面9J—0-9J

【答案】(1).-1.5J(2).-10.5J(3).-9J(4).8J

【解析】

⑵由表中數(shù)據(jù)可知選擇四樓地面為零勢能面時(shí)，下落到地面時(shí)的機(jī)械能E2=-2.5J,下落到地面時(shí)的動(dòng)能Ek=8J,則

下落到地面時(shí)的重力勢能

%=-2.5J-8J=-10.5J

[3]重力勢能變化量與零勢能面的選取無關(guān)，故A%=-9J

[4]由表中數(shù)據(jù)可知選擇一樓地面為零勢能面時(shí)，下落到地面時(shí)的重力勢能昂=0,下落到地面時(shí)的動(dòng)能E∣i=8J,則下

落到地面時(shí)的機(jī)械能

E2=8J

⑴選擇一樓地面為零勢能面時(shí)，下落初始時(shí)刻的機(jī)械能E∣=9J,下落到地面時(shí)的機(jī)械能E2=8J,說明下落過程由于

阻力損失IJ的能量。則根據(jù)選擇四樓地面為零勢能面時(shí)，下落到地面時(shí)的機(jī)械能E2=-2.5J,其初始時(shí)刻的機(jī)械能為

-1.5Jo

8、（2021?上海市徐匯區(qū)高三下學(xué)期5月二模）下面是某品牌新能源汽車介紹中的一段文字：“將近6米的超長車

身設(shè)計(jì)，使得整車車頂集成的太陽能芯片面積達(dá)到了6平方米左右。極富流線型的整車造型，使整車風(fēng)阻大幅下降。

全車采用