2023年高考物理十年高考物理專題19功解析

專題19功

一、多選題

1.（2023?湖北）如圖所示，原長為/的輕質彈簧，一端固定在。點，另一端與一質量為，〃的小球相連。小

球套在豎直固定的粗糙桿匕與桿之間的動摩擦因數(shù)為0.5。桿上M、N兩點與。點的距離均為/,，點到。

點的距離為:/，OP與桿垂直。當小球置于桿上P點時恰好能保持靜止。設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，

重力加速度大小為g。小球以某一初速度從M點向下運動到N點，在此過程中，彈簧始終在彈性限度內。

下列說法正確的是（）

A.彈簧的勁度系數(shù)為半

B.小球在P點下方J處的加速度大小為（3式-4）g

C.從M點到N點的運動過程中，小球受到的摩擦力先變小再變大

D.從M點到。點和從。點到N點的運動過程中，小球受到的摩擦力做功相同

【答案】AD

【解析】A.小球在0點受力平衡，則有

mg=f，/=〃&，F(xiàn)N

聯(lián)立解得

A正確；

C.在PM之間任取一點A,令人。與歷N之間的夾角為。，則此時彈簧的彈力為

小球受到的摩擦力為

Z="sin。

化簡得

fx

。在MP之間增大在ON減變小，即摩擦力先變大后變小，C錯誤；

D.根據(jù)對稱性可知在任意關于戶點對稱的點摩擦力大小相等，因此由對稱性可知M到。和。到N摩擦力

做功大小相等：D正確；

B.小球運動到尸點下方g時。=45。，此時摩擦力大小為

?"蜜一3

\Z

由牛頓第二定律

mg+Fcos450-f=mu

聯(lián)立解得

a=?g

B錯誤。

故選AD。

2.（2023?山西）一質量為1kg的物體在水平拉力的作用下，由靜止開始在水平地面上沿x軸運動，出發(fā)點

為二軸零點，拉力做的功W與物體坐標x的關系如圖所示。物體與水平地面間的動摩擦因數(shù)為0.4,重力加

速度大小取10m/s2。下列說法正確的是（）

A.在x=lm時，拉力的功率為6W

B.在x=4m時，物體的動能為2J

C.從人-0運動到人-2.，物體克服摩擦力做的功為8J

D.從x=0運動到X二4的過程中，物體的動量最大為2kgTn/s

【答案】BC

【解析】由于拉力在水平方向，則拉力做的功為

\V=Fx

可看出W—x圖像的斜率代表拉力F。

AB.在物體運動的過程中根據(jù)動能定埋有

W-^mgx=—mv2

則x=Im時物體的速度為

v/=2m/s

x=Im時，拉力為

心叱=6N

Ar

則此時拉力的功率

P=Fvi=12W

x=4m時物體的動能為

Ek=2J

A錯誤、B正確；

C.從x=0運動到x=2m,物體克服摩擦力做的功為

Wf-fimgx=8J

C正確；

D.根據(jù)W—x圖像可知在0—2m的過程中F/=6N,2-4m的過程中F2=3N,由于物體受到的摩擦力恒為

/=4N,則物體在％=2m處速度最大，且根據(jù)選項AB分析可知此時的速度

v2=\/8nVs

則從x=0運動到x=4的過程中，物體的動量最大為

p=mv=2&kg-m/$

D錯誤。

故選BCo

3.（2022.廣東）如圖所示，載有防疫物資的無人駕駛小車，在水平MN段以恒定功率200W、速度5m/s勻

速行駛，在斜坡久?段以恒定功率570W、速度2m/s勻速行駛。三知小車總質量為50kg,MN=PQ=20m,

PQ段的傾角為30。，重力加速度g取lOm/s?,不計空氣阻力。下列說法正確的有（）

A.從M到N,小車牽引力大小為40NB.從M到N,小車克服摩擦力做功800J

o冒?。簓MS

-4..........-----------i

A.4s時物塊的動能為零

B.6s時物塊回到初始位置

C.3s時物塊的動量為12kg-m/s

D.0?6s時間內產(chǎn)對物塊所做的功為40J

【答案】AD

【解析】物塊與地面間的摩擦力為

f="mg=2N

AC.對物塊從03s內由動量定理可知

(F-/X=mv3

(4-2)x3=lxv3

3s時物塊的動量為

p=/叫=6kg-m/s

設3s后經(jīng)過時間I物塊的速度減為0,由動量定理可得

-(F+f)t=0-mv3

-(4+2)/=0-1x6

解得

所以物塊在4s時速度減為0,則此時物塊的動能也為0,故A正確，C錯誤;

B.03s物塊發(fā)生的位移為“，由動能定理可得

即

（4-2）耳=gx1x6?

得

xx-9m

3s~4s過程中，對物塊由動能定理可得

1C

一（尸+=0-3mvy

即

-（4+2氏=0--^xlx62

得

x2=3m

4s6s物塊開始反向運動，物塊的加速度大小為

a=-———=2m/s2

in

發(fā)生的位移為

=—x2x2'm=4m<x1-x2

即6s時物塊沒有回到初始位置，故B錯誤;

D.物塊在6s時的速度大小為

v6=2x2m/s=4m/s

0~6s拉力所做的功為

IV=(4x9-4x3+4x4)J=40J

故D正確。

故選AD,

5.（2021?全國）水平桌面上，一質量為機的物體在水平恒力/拉動下從靜止開始運動，物體通過的路程等

于4時，速度的大小為％，此時撤去F，物體繼續(xù)滑行2%的路程后停止運動，重力加速度大小為9,則（）

A.在此過程中戶所做的功力

B.在此過中產(chǎn)的沖量大小等于

2

C.物體與桌面間的動摩擦因數(shù)等于盧一

4%g

D.〃的大小等于物體所受滑動摩擦力大小的2倍

【答案】BC

【解析】CD.外力撤去前，由牛頓第二定律可知

F-〃ng=〃?4①

由速度位移公式有

片=②

外力撤去后，由牛頓第二定律可知

-/.img=nui2③

由速度位移公式有

一片=2生(250)④

由①②③④可得，水平恒力

動摩擦因數(shù)

滑動摩擦力

鼻="

可知尸的大小等于物體所受滑動摩擦力大小的3倍,

故C正確，D錯誤；

A.在此過程中，外力/做功為

故A錯誤；

B.由平均速度公式可知，外力?作用時間

°+%%

2

在此過程中，尸的沖量大小是

I=W=-/wv0

故B正確。

故選BCo

6.（2020?浙江）如圖所示，系留無人機是利用地面直流電源通過電纜供電的無人機，旋翼由電動機帶動。

現(xiàn)有質量為20kg、額定功率為5kW的系留無人機從地面起飛沿豎直方向上升，經(jīng)過200s到達100m高處后

懸停并進行工作。己知直流電源供電電壓為4（X）V,若不計電纜的質量和電阻，忽略電纜對無人機的拉力,

貝卜）

A.空氣對無人機的作用力始終大于或等于2（X）N

B.直流電源對無人機供電的額定電流為12.5A

C,無人機上升過程中消耗的平均功率為100W

D.無人機上升及懸停時均有部分功率用于對空氣做功

【答案】BD

【解析】A.無人機先向上加速后減速，最后懸停，則空氣對無人機的作用力先大于200N后小于200N,

最后等于200N,選項A錯誤;

B.直流電源對無人機供電的額定電流

下二5000

A=12.5A

(/~Too

選項B正確;

C.無人機的重力為

F=wg=200N

則無人機上升過程中克服重力做功消耗的平均功率

-Fh200x100

r=--=-------1-00W

t200

但是由于空氣阻力的作用，故對無人機向上的作用力不等于重力，則無人機上升過程中消耗的平均功率大

于I00W,則選項C錯誤；

D.無人機上升及懸停時，螺旋槳會使周圍空氣產(chǎn)生流動，則會有部分功率用于對空氣做功，選項D正確。

故選BDo

7.（2016?全國）如圖，小球套在光滑的豎直桿上，輕彈簧一端固定于。點，另一端與小球相連?，F(xiàn)將小球

從M點由靜止釋放，它在下降的過程中經(jīng)過了N點。已知M、N兩點處，彈簧對小球的彈力大小相等，且

4ONM</OMN吟。在小球從M點運動到N點的過程中（）

A.彈力對小球先做正功后做負功

B.有兩個時刻小球的加速度等于重力加速度

C.彈簧長度最短時，彈力對小球做功的功率為零

D.小球到伙N點時的動能等于其在M、N兩點的重力勢能差

【答案】BCD

【解析】A.因M和N兩點處彈簧對小球的彈力大小相等，且“NM—OMN*,可知M處的彈簧處于

壓縮狀態(tài)，N處的彈簧處于伸長狀態(tài)，則在小球從M點運動到M點的過程中，彈簧的彈性勢能先增大，后

減小再增大；彈簧的彈力對小球先做負功，后做正功再做負功，故A錯誤；

B.當彈簧水平時，豎直方向的力只有重力，小球受到的合力為重力，小球的加速度為重力加速度：當彈簧

恢復到原長時，小球只受重力作用，小球的加速度為重力加速度；故有兩個時刻小球的加速度等于重力加

速度，故B正確；

C.彈簧長度最短時，即彈簧處于水平方向，此時彈簧彈力與速度方向垂直，則彈力對小球做功的功率為零，

故C正確；

D.由于M和N兩點處彈簧對小球的彈力大小相等，可知”和/兩點處彈簧的壓縮量等于伸長量，M和N

兩點處彈簧的彈性勢能相等，根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒可知，小球到達N點時的動能等于其在M、N兩點的重

力勢能差，故D正確。

故選BCDo

8.12016?全國）兩實心小球甲和乙由同一種材料制成，甲球質量大于乙球質量。兩球在空氣中由靜止下落，

假設它們運動時受到的阻力與球的半徑成正比，與球的速率無關。若它們下落相同的距離，貝!（）

A.甲球用的時間比乙球長

B.甲球末速度的大小大于乙球末速度的大小

C.甲球加速度的大小小于乙球加速度的大小

D.甲球克服阻力做的功大于乙球克服阻力做的功

【答案】BD

44、

【解析】C.設小球的密度為半徑為「，則小球的質量為==乃，，重力G="?g=｝；rg〃/,小

JJ

球的加速度

a=G-￡=mg-kL=s_JJL_

rnm乙版，

可知，小球的質量越大，半徑越大，則下降的加速度越大，所以甲的加速度比較大，C錯誤；

B.根據(jù)可知，加速度比較大的甲球末速度的大小大于乙球末速度的大小，故B正確：

A.兩個小球下降的距離是相等的，根據(jù)x=可知，加速度比較大的甲運動的時間短。故A錯誤；

D.它們運動時受到的阻力與球的半徑成正比，所以甲的阻力大，根據(jù)W=A可知，甲球克服阻力做的功

大乙甲球克服用力做的功，故D正確。

故選BD.

二、單選題

9.（2023?全國）小車在水平地面上沿軌道從左向右運動，動能?直增加。如果用帶筋頭的線段表示小車在

軌道上相應位置處所受合力，下列四幅圖可能正確的是（）

【答案】D

【解析】AB.小車做曲線運動，所受合外力指向曲線的凹側，故AB錯誤;

CD.小車沿軌道從左向右運動，動能一直增加，故合外力與運動方向夾角為銳角，C錯誤，D正確。

故選D。

10.（2023?山東）《天工開物》中記載了古人借助水力使用高轉筒車往稻田里引水的場景。引水過程簡化如

下：兩個半徑均為R的水輪，以角速度①勻速轉動。水筒在筒車上均勻排布，單位長度上有八個，與水輪

間無相對滑動。每個水筒離開水面時裝有質量為機的水，其中的60%被輸送到高出水面”處灌入稻田。當

地的重力加速度為g,則筒車對灌入稻田的水做功的功率為（）

2nmgco2RH3nmgct)RH

A?-----------B-----.--------------C.3n嗎RHD.“RH

55

【答案】B

【解析】由題知，水筒在筒車上均勻排布，單位長度上有〃個，且每個水筒離開水面時裝有質量為〃?的水、

其中的60%被輸送到高出水面”處灌入稻田，則水輪轉一圈灌入農田的水的總質量為

m占=2nRnmx60%=1.2nRnm

則水輪轉一圈灌入稻田的水克服重力做的功

W=1.litRnmgH

則筒車對灌入稻田的水做功的功率為

T

廠紀

co

聯(lián)匯有

_3nmga)RH

r=-------------

5

故選B。

11.（2023?江蘇）滑塊以一定的初速度沿粗糙斜面從底端上滑，到達最高點8后返回到底端。利用頻閃儀分

別對上滑和下滑過程進行拍攝，頻閃照片示意圖如圖所示。與圖乙中相比，圖甲中滑塊（）

B.經(jīng)過A點的動能較小

C.在A、8之間的運動時間較短D.在A、8之間克服摩擦力做的功較小

【答案】C

【解析】A.因為頻閃照片時間間隔相同，對比圖甲和乙可知圖甲中滑塊加速度大，是上滑階段；根據(jù)牛頓

第二定律可知圖甲中滑塊收到的合力較大；故A錯誤：

B.從圖甲中的A點到圖乙中的A點，先上升后下降，重力做功為0,摩擦力做負功；根據(jù)動能定理可知圖

甲經(jīng)過4點的動能較大，故B錯誤；

C.由于圖甲中滑塊加速度大，根據(jù)

可知圖甲在A、B之間的運動時間較短，故C正確；

D.由「無論上滑或下滑均受到滑動摩擦力大小相等，故圖甲和圖乙在A、8之間克服摩擦力做的功相等，

故D錯誤；

故選C。

12.(2022.福建)福建土樓兼具居住和防御的功能，承啟樓是圓形土樓的典型代表，如圖(a)所示。承啟

樓外樓共四層，各樓層高度如圖(b)所小。同一樓層內部通過直彳仝約5()m的圓形廊道連接。若將質量為100kg

的防御物資先從二樓倉庫搬到四樓樓梯口M處，再用100s沿廊道運送到N處，如圖(c)所示。重力加速

度大小取lOm/sz,則()

，，L

(a)承啟樓

50m

(b)剖面圖(c)四樓平面圖

A.該物資從二樓地面被運送到四樓M處的過程中，克服重力所做的功為54(X)J

B.該物資從M處被運送到N處的過程中，克服重力所做的功為78500J

C.從M處沿圓形廊道運動到N處，位移大小為78.5m

D.從M處沿圓形廊道運動到N處，平均速率為0.5m/s

【答案】A

【解析】A.該物資從二樓地面被運送到四樓M處的過程中，克服重力所做的功為

WG=mgM=100x10x(2.7+2.7)J=54(X)J

故A正確：

B.該物資從M處被運送到N處的過程中，由于M、N高度差為零，所以克服重力做功為零，故B錯誤;

C.從M處沿圓形廊道運動到N處，位移大小為50m,故C錯誤；

D.從M處沿圓形廊道運動到N處，平均速率為

3.14x5?

v=-=—=-------2-m/s=0.785m/s

tt100

故D錯誤。

故選Ao

13.（2022?北京）我國航天員在“天宮課堂”中演示了多種有趣的實驗，提高了青少年科學探索的興趣。某同

學設計了如下實驗：細繩一端固定，另一端系一小球，給小球一初速度使其在豎直平面內做圓周運動。無

論在“天宮”還是在地面做此實驗（)

<—

%

A.小球的速度大小均發(fā)生變化B.小球的向心加速度大小均發(fā)生變化

C.細繩的拉力對小球均不做功D.細繩的拉力大小均發(fā)生變化

【答案】C

【解析】AC.在地面上做此實驗，忽略空氣阻力，小球受到重力和繩子拉力的作用，拉力始終和小球的速

度垂直，不做功，重力會改變小球速度的大??；在“天宮”上，小球處于完全失重的狀態(tài)，小球僅在繩子拉力

作用下做勻速圓周運動，繩子拉力仍然不做功，A錯誤，C正確：

BD.在地面上小球運動的速度大小改變，根據(jù)〃=巴和F=，〃上（重力不變）可知小球的向心加速度和拉力

rr

的大小發(fā)生改變，在“天宮”上小球的向心加速度和拉力的大小不發(fā)生改變，BD錯誤。

故選C。

14.（2022?浙江）單位為J/m的物理量是（）

A.力B.功C.動能D.電場強度

【答案】A

【解析】根據(jù)功的定義式卬=心可知

J=Nm

則行

JN-m

—==XNT

mm

因N是力的單位，故單位為J/m的物理量是力。

故選Ao

15.（2018?海南）某大瀑布的平均水流量為59OOn】3/s,水的落差為50m,已知水的密度為I.OOxICPkg/mL

在大瀑布水流下落過程中，重力做功的平均功率約為（）

A.3x1（TwB.3xl07wC.3xl0xwD.3xl0yw

【答案】D

【解析】由平均功率定義得

=也=0￡赳=。2皿2s5900x1x1（）3xi0x50Wa6000x1x10,xl0x50W=3x102

ttt

故選D。

16.（2018?浙江）用國際單位制的基本單位表示能量的單位，下列正確的是（）

A.kgm2/s2B.kg-m/s2C.N/mD.N-m

【答案】A

【解析】AB.根據(jù)

W=Fs=nuts

可得

,kg?m-m,2,，

J=/f——=kg-nr/s'

s"

故A正確，B錯誤；

CD.N不是國際單位制基本單位而是導出單位，故CD錯誤。

故選A。

17.（2017?全國）如圖，一光滑大圓環(huán)固定在桌面上，環(huán)面位于豎直平面內，在大圓環(huán)上套著一個小環(huán)。小

環(huán)由大圓環(huán)的最高點從靜止開始下滑，在小環(huán)下滑的過程中，大圓環(huán)對它的作用力（）

A.一直不做功

B.一直做正功

C.始終指向大圓環(huán)圓心

D.始終背離大圓環(huán)圓心

【答案】A

【解析】AB.大圓環(huán)光滑，則大圓環(huán)對?小環(huán)的作用力總是沿半徑方向，與速度方向垂直，故天圓環(huán)對?小環(huán)

的作用力一直不做功，A正確，B錯誤；

CD.小環(huán)在運動過程中，在大環(huán)的上半部分運動時，大環(huán)對小環(huán)的支持力背離大環(huán)圓心，運動到大環(huán)的下

半部分時，支持力指向大環(huán)的圓心，CD錯誤。

故選Ao

三、解答題

18.（2019?浙江）小明以初速度田=10m/s豎直向上拋出一個質量〃『O.lkg的小皮球，最后在拋出點接住，

假設小皮球在空氣中所受阻力大小為重力的01倍，求小皮球

（1）上升的最大高度；

（2）從拋出到接住的過程中重力和空氣阻力所做的功；

（3）上升和下降的時間。

【答案】（1）⑵0；-J；（3）白，應L

11111133

【解析】（1）小球上升過程，根據(jù)牛頓第二定律有

nig+R="1%

代人數(shù)據(jù)解得

4=1lm/s3

上升的高度

2a11

（2）從拋出小球到接住的過程中，重力做功

也=0

空氣阻力做功

IV,-=-F2/7=--J

'-r11

（3）小球上升的時間

%10

ti=—=-s

1a.11

下降過程，根據(jù)牛頓第二定律有

mg-Ft=ma2

*2

a2=9m/s

IOVH

t)=--------s

33

19.(2015?天津)某快遞公司分揀郵件的水平傳輸裝置示意如圖，皮帶在電動機的帶動下保持v=Iin/s的恒

定速度向右運動，現(xiàn)將一質量為胴=2kg的郵件輕放在皮帶上，郵件和皮帶間的動摩擦因數(shù)『=0.5.設皮帶

足夠長，取g=10m/s2,在郵件與皮帶發(fā)生相對滑動的過程中，求：

(1)郵件滑動的時間h

(2)郵件對地的位移大小x；

⑶郵件與皮帶間的摩擦力對皮帶做的功W.

【答案］⑴0.2s；(2)0.Im；(3)-2J

【解析】(1)郵件放到皮帶上與皮帶發(fā)生相對滑動過程中受到的滑動摩擦力，據(jù)牛頓第二定律有:

,ung=nici

取向右為正方向，由運動學公式得:

代人數(shù)據(jù)解得:

t/=5m/s2s/=0.2s

(2)郵件與皮帶發(fā)生相對滑動的過程中，由運動學公式得：

x=-ar=0.Im

2

⑶郵件與皮帶發(fā)生相對滑動的過程中，設皮帶相對地面的位移為$，則:

s=vt

摩擦力對皮帶做的功: