专辑06 机械能（一）-2021年高考上海市高三下学期5月二模物理试题汇编（解析版）

2021 年高考上海市高三下学期 5 月二模物理试题汇编 专题 06 机械能（一） 1、（2021·上海市长宁区高三下学期 5 月二模）关于能量的转化，下列说法中正确的是（ ） A. 摩擦生热的过程在任何情况下都是不可逆的 B. 空调既能制热又能制冷说明热传递不存在方向性 C. 永动机不存在的原因是能量在某些特殊情况下是不守恒的 D. 由于能量的转化过程符合守恒定律，所以不会发生能源危机 【答案】A 【解析】 A．根据热力学第二定律可知，摩擦生热的过程在任何情况下都是不可逆的，A 正确； B．空调既能制热又能制冷，但是消耗电能，说明在不自发地条件下热传递方向可以逆向，不违背热力学第 二定律，B 错误； C．永动机不存在的原因是违背了能量守恒定律，C 错误； D．由于能量转移或转化是有方向性的，虽然能量守恒，但是还会产生能源危机，D 错误。 故选 A。 2、（2021·上海市普陀区高三下学期 5 月二模）如图所示，长度为 l 的轻杆上端连着一质量为 m 的小球 A （可视为质点），杆的下端用铰链固接于水平面上的 O 点。置于同一水平面上的立方体 B 恰与 A 接触，立 方体 B 的质量为 m2。施加微小扰动，使杆向右倾倒，各处摩擦均不计，而小球 A 与立方体 B 刚脱离接触的 瞬间，杆与地面夹角恰为 6  ，重力加速度为 g，则下列说法正确的是（ ） A. 小球 A 与立方体 B 刚脱离接触的瞬间 A 与立方体 B 的速率之比为 1:2 B. 小球 A 与立方体 B 刚脱离接触的瞬间，立方体 B 的速率为 8 gl C. 小球 A 落地时速率为 2gl D. 小球 A、立方体 B 质量之比为 1:4 【答案】BD 【解析】 A．A 与 B 刚脱离接触的瞬间，A 的速度方向垂直于杆，水平方向的分速度与 B 速度大小一样，设 B 运动 的速度为 vB，则 A Bcos60v v  因此 A B: 2 :1v v  故 A 错误； B．根据牛顿第二定律 2 Asin30 vmg m L ＝ 解得 A 1 2v gl 又 A B: 2 :1v v  得 1 8Bv gl 故 B 正确； C．由机械能守恒可知 2 2 A 1 1sin30 2 2mgl mv mv ＝ 解得 2 2 A 1 3( )2 2v v gl gl gl gl     故 C 错误； D．根据 A 与 B 脱离之前机械能守恒可知 2 2 A 2 B 1( ) 11 sin30 2 2mgl mv m v ＝ 解得 2: 1: 4m m  故 D 正确。 故选 BD。 3、（2021·上海市静安区高三下学期 5 月二模）一物体竖直向上运动，物体离地高度为 h，运动过程中物体 的机械能 E 随 h 的变化关系如图所示，其中 0 ~ h1 过程的图线平行于坐标轴，h1 ~ h2 过程的图线为倾斜直线， 则（ ） A. 0 ~ h1 过程中，物体除重力外一定不受其它力的作用 B. 0 ~ h1 过程中，物体的动能不变 C. h1 ~ h2 过程中，物体可能做匀速直线运动 D. h1 ~ h2 过程中，物体所受合外力与速度的方向一定相反 【答案】D 【解析】 A．0 ~ h1 过程中，物体的机械能不变，则除重力外的其他力做功为零，但是不一定不受其它力的作用，选 项 A 错误； B．0 ~ h1 过程中，物体的机械能不变，重力势能变大，则动能减小，选项 B 错误； CD．h1 ~ h2 过程中，物体的机械能减小，而重力势能变大，则动能一定减小，即物体不可能做匀速直线运 动，此时物体做减速运动，加速度向下，即物体所受合外力与速度的方向一定相反，选项 C 错误，D 正确； 故选 D。 4、（2021·上海市金山区高三下学期 5 月二模）如图，同一条过山车轨道上，一辆小车与多辆相同小车连 接在一起分别以初速度 v0 进入圆轨道，若滑行到重心最高时速度分别为 v1 和 v2。不计轨道和空气阻力，则 v1、v2 的大小关系是（ ） A. v1v2 C. v1=v2 D. 与小车数量有关，无法判断 【答案】A 【解析】 小车在运动过程中，只有重力做功，机械能守恒，动能转化为重力势能；但一辆小车其重心位置在圆的最 高点，多辆小车其重心位置比圆的最高点低，根据 2 2 0 1 1 2 2mgh mv mv  可得，h 小，最高点的速度大，所以 v1＜v2。 故选 A。 5、（2021·上海市黄浦区高三下学期 5 月二模）如图，A、B 两小朋友去滑雪，他们使用的滑雪板与雪面的 动摩擦因数不同。两人用与斜面平行的轻质硬杆相连，沿足够长的斜面一起匀速下滑。下滑过程中轻杆突 然断裂，两人仍各自继续沿斜面下滑，在之后的一段时间内（两人均未停止运动）（ ） A. 如果两人间距离逐渐增大，可确定 A 受到的摩擦力较大 B. A、B 各自所受合力的大小可能不同 C. A、B 各自的加速度方向可能相同 D. A、B 各自所受合力做功的大小一定不相同 【答案】D 【解析】 A．开始时匀速运动，有 f fA B A BF F F F   其中 AF 、 BF 为 A、B 的下滑分力，轻杆突然断裂两人间距增大，有 fA AF F fB BF F 由于不知道 AF 和 BF 的大小关系，故无法比较 f AF 、 f BF ，A 错误； B．A 所受合力为 1 fA AF F F  B 所受合力为 2 fB BF F F  有 1 2F F  B 错误； C．A、B 所受合力方向相反，故加速度方向一定相反， C 错误； D．由于 A、B 与雪面动摩擦因数不同，则 AB 间距改变，所以 A Bx x 合力做功 1 2A BF x F x D 正确。 故选 D。 6、（2021·上海市虹口区高三下学期 5 月二模）如图，一磁铁吸附在铁板 AB 的下方。现保持铁板与水平 面间的夹角θ不变，缓慢推动 B 端，使 AB 与磁铁一起水平向左匀速移动，则 （ ） A. 合外力对磁铁做正功 B. AB 对磁铁的作用力不做功 C. AB 对磁铁的弹力不做功 D. AB 对磁铁的摩擦力不做功 【答案】B 【解析】 A．由于磁铁做匀速运动，根据动能定理可知，合外力对磁铁不做正功，故 A 错误； B．磁铁受重力和磁铁的作用力而做匀速运动，根据平衡条件可知，AB 对磁铁的作用力大小等于重力，方 向竖直向上，与磁铁的运动方向相互垂直，故 AB 对磁铁的作用力不做功，故 B 正确； C．AB 对磁铁的弹力垂直接触面，与磁铁的运动方向不垂直，故弹力一定做功，故 C 错误； D．AB 对磁铁的摩擦力沿接触面，与磁铁运动方向不垂直，故摩擦力做功，故 D 错误。 故选 B。 7、（2021·上海市浦东新区高三下学期 5 月二模）如图所示，用一段不可伸长的轻绳，一端系有质量为 m 的小球，另一端固定在 O 点。现将小球拉至轻绳呈水平的位置，然后由 A 点静止释放，经最低点 B 运动到 C 点的过程中，不计空气阻力，小球的动能 Ek 随时间 t 的变化图像可能是（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 从 A 到 B 过程中，对小球只有重力做功，合力的功等于动能的变化 WG=△EK 两边同时除以时间，左边是重力的功率，右边是动能的变化量，即 EK-t 图象的斜率，小球竖直方向的速度 开始的时候是 0，重力的瞬时功率为 0，故图像的斜率为 0，小球运动到最低点 B 时速度水平方向，即竖直 方向的速度为 0，重力的瞬时功率也为 0，图象的斜率也为 0，小球 BC 过程和 AB 过程对称，图像对称， 故选 B。 8、（2021·上海市浦东新区高三下学期 5 月二模）如图所示，质量为 1kg 的小物体沿倾角为θ=37°的足够长 固定斜面向上经过 A 点时速度大小为 8m/s，加速度大小为 8m/s2，物体与斜面间的动摩擦因数不变。求：（取 g=10 m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8） （1）物体与斜面间的动摩擦因数和物体沿斜面下滑时的加速度大小； （2）物体从离开 A 点到最高点损失的机械能； （3）物体回到 A 点时重力的瞬时功率。 【答案】（1）0.25，4m/s2 ；（2）8J；（3） 24 2W 【解析】 （1）物体上滑受力如图 根据牛顿第二定律，上滑时 mgsinθ+μmgcosθ=ma1 可得 a1=gsinθ+μgcosθ 代入数据 8=10×0.6+μ×10×0.8 得 μ=0.25 物体下滑的受力如图 根据牛顿第二定律 mgsinθ-μmgcosθ=ma2 代入数据 a2=10×0.6-0.25×10×0.8 解方程得 a2=4m/s2 （2）物体上滑的最大位移 s= 2 0 12 v a = 28 2 8 m =4m 物体向上滑动的摩擦力 f=μmgcosθ=0.25×10×0.8N =2N 损失的机械能等于克服阻力所做的功 △E 损=Wf=2×4 J =8J （3）物块下滑回到 A 点的速度为 22Av a s =4 2 m/s 重力的功率 P=mgvsinθ=10×4 2 ×sin37° W =24 2 W 9、（2021·上海市宝山区高三下学期 5 月二模）如图，将质量 m=2kg 的圆环套在与水平面成θ=37角的足够 长的直杆上，直杆固定不动，环的直径略大于杆的截面直径，直杆在 A 点以下部分粗糙，环与杆该部分间 的动摩擦因数=0.5（最大静摩擦力与滑动摩擦力近似相等），直杆 A 点以上部分光滑。现在直杆所在的竖 直平面内，对环施加一个与杆成 37夹角斜向上的拉力 F，使环从直杆底端 O 处由静止开始沿杆向上运动， 经 4s 环到达 A 点时撤去拉力 F，圆环向上最远滑行到 B 处，已知 AB 间的距离为 4 3 m。（重力加速度 g=10m/s2， sin37=0.6，cos37=0.8） （1）求圆环经过 A 点时速度的大小； （2）求圆环在 OA 间向上运动的过程中直杆对圆环的弹力大小和方向； （3）以 O 点所在的水平面为重力势能的零势能面，求圆环在直杆上运动所具有的最大机械能； （4）若要使圆环在沿 AO 下滑的过程中机械能守恒，可加一恒力 F′，求 F′的大小和方向。 【答案】（1）4m/s；（2）4N，方向垂直于杆向上；（3）112J；（4）16N，垂直于杆向上 【解析】 （1）圆环在沿 AB 向上运动的过程中机械能守恒，有 2 sin1 2 Amv mg AB    解得 4m/sAv  （2）对于圆环沿 OA 向上的匀加速运动过程，有 24 1 /4 Ava m st    假设 Fsin37 ° 0 N 的解符合假设。 假设 Fsin37 ° >Gcos37 ° ，杆对圆环的弹力垂直于杆向下，由牛顿第二定律，得 N＋mgcos37=Fsin37 Fcos37-N-mgsin37=ma 代入数据，算得 F=12N N=-8.8N