2020-2024年高考物理試題分類訓練：功和能

專題06功和能

一、單選題

1.（2024?全國?統(tǒng)考高考真題）小車在水平地面上沿軌道從左向右運動，動能始終增

加。假如用帶箭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（）

c-D-“

【答案】D

【詳解】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，動能始終增加，故合外力與運動方向夾角為銳角，C錯

誤，D正確。

故選Do

2.（2024?全國?統(tǒng)考高考真題）一同學將排球自。點墊起，排球豎直向上運動，隨后

下落回到。點。設排球在運動過程中所受空氣阻力大小和速度大小成正比。則該排球

（）

A.上升時間等于下落時間B.被墊起后瞬間的速度最大

C.達到最高點時加速度為零D.下落過程中做勻加速運動

【答案】B

【詳解】A.上升過程和下降過程的位移大小相同，上升過程的末狀態(tài)和下降過程的初

狀態(tài)速度均為零。對排球受力分析，上升過程的重力和阻力方向相同，下降過程中重力

和阻力方向相反，依據(jù)牛頓其次定律可知，上升過程中隨意位置的加速度比下降過程中

對應位置的加速度大，則上升過程的平均加速度較大。由位移與時間關系可知，上升時

間比下落時間短，A錯誤；

B.上升過程排球做減速運動，下降過程排球做加速運動。在整個過程中空氣阻力始終

做負功，小球機械能始終在減小，下降過程中的最低點的速度小于上升過程的最低點的

速度，故排球被墊起時的速度最大，B正確；

C.達到最高點速度為零，空氣阻力為零，此刻排球重力供應加速度不為零，C錯誤；

D.下落過程中，排球速度在變，所受空氣阻力在變，故排球所受的合外力在變更，排

球在下落過程中做變加速運動，D錯誤。

故選Bo

3.（2024?全國?統(tǒng)考高考真題）一同學將鉛球水平推出，不計空氣阻力和轉動的影響，

鉛球在平拋運動過程中（）

A.機械能始終增加B.加速度保持不變

C.速度大小保持不變D.被推出后瞬間動能最大

【答案】B

【詳解】A.鉛球做平拋運動，僅受重力，故機械能守恒，A錯誤；

B.鉛球的加速度恒為重力加速度保持不變，B正確；

CD.鉛球做平拋運動，水平方向速度不變，豎直方向做勻加速直線運動，依據(jù)運動的合

成可知鉛球速度變大，則動能越來越大，CD錯誤。

故選Bo

4.（2024?山東?統(tǒng)考高考真題）《天工開物》中記載了古人借助水力運用高轉筒車往

稻田里引水的場景。引水過程簡化如下：兩個半徑均為斤的水輪，以角速度。勻速轉

動。水筒在筒車上勻整排布，單位長度上有〃個，與水輪間無相對滑動。每個水筒離開

水面時裝有質量為0的水，其中的60%被輸送到高出水面〃處灌入稻田。當?shù)氐闹亓?/p>

速度為g,則筒車對灌入稻田的水做功的功率為（）

A.2股鍛；"B_3nmg;RH3nmg^RHnmgaRH

【答案】B

【詳解】由題知，水筒在筒車上勻整排布，單位長度上有A個，且每個水筒離開水面時

裝有質量為m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(nóng)

田的水的總質量為

m總二2兀RnmX60%=1.2兀Rnm

則水輪轉一圈灌入稻田的水克服重力做的功

眸1.2nRnmgH

則筒車對灌入稻田的水做功的功率為

T

聯(lián)立有

故選Bo

5.（2024?江蘇?統(tǒng)考高考真題）滑塊以確定的初速度沿粗糙斜面從底端上滑，到達最

高點2?后返回原委端。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（）

甲

A.受到的合力較小B.經(jīng)過/點的動能較小

C.在4、8之間的運動時間較短D.在48之間克服摩擦力做的功較小

【答案】C

【詳解】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；依據(jù)牛頓其次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/點到圖乙中的4點，先上升后下降，重力做功為0,摩擦力做負功；

依據(jù)動能定理可知圖甲經(jīng)過/點的動能較大，故B錯誤；

C.由于圖甲中滑塊加速度大，依據(jù)

2

v-VQ=2ax

可知圖甲在/、8之間的運動時間較短，故C正確；

D.由于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4、6之間克服摩

擦力做的功相等，故D錯誤；

故選Co

6.（2024?北京?統(tǒng)考高考真題）如圖所示，一物體在力廠作用下沿水平桌面做勻加速

直線運動。已知物體質量為加加速度大小為a,物體和桌面之間的動摩擦因數(shù)為〃，

重力加速度為g,在物體移動距離為x的過程中（）

77777777777777777777777~

A.摩擦力做功大小與戶方向無關B.合力做功大小與廠方向有關

C.6為水平方向時，尸做功為〃“zgxD.尸做功的最小值為“2辦

【答案】D

【詳解】A.設力尸與水平方向的夾角為Q,則摩擦力為

f=〃(mg-FsinO')

摩擦力的功

Wf=gng-Fsin0)x

即摩擦力的功與廠的方向有關，選項A錯誤；

B.合力功

W=F^x=ma-x

可知合力功與力尸方向無關，選項B錯誤；

C.當力尸水平常，則

F=ma+"mg

力廠做功為

WF=Fx=(ma+jLimg)x

選項c錯誤；

D.因合外力功為儂x大小確定，而合外力的功等于力尸與摩擦力/'做功的代數(shù)和，而

當尸sin6=%g時，摩擦力二0,則此時摩擦力做功為零，此時力尸做功最小，最小值為

max,選項D正確。

故選Do

7.(2024?山西?統(tǒng)考高考真題)無風時，雨滴受空氣阻力的作用在地面旁邊會以恒定

的速率豎直下落。一質量為〃的雨滴在地面旁邊以速率-下落高度力的過程中，克服空

氣阻力做的功為(重力加速度大小為g)()

11

A.0B.mghC.—mv2~-mghD.-mv~2+mgh

【答案】B

【詳解】在地面旁邊雨滴做勻速運動，依據(jù)動能定理得

mgh-Wf=0

故雨滴克服空氣阻力做功為，咫/7o

故選B。

8.(2024?浙江?統(tǒng)考高考真題)鉛球被水平推出后的運動過程中，不計空氣阻力，下

列關于鉛球在空中運動時的加速度大小a、速度大小八動能Ek和機械能￡隨運動時間

力的變更關系中，正確的是（）

【答案】D

【詳解】A.由于不計空氣阻力，鉛球被水平推出后只受重力作用，加速度等于重力加

速度，不隨時間變更，故A錯誤;

B.鉛球被水平推出后做平拋運動，豎直方向有

vy=gt

則拋出后速度大小為

可知速度大小與時間不是一次函數(shù)關系，故B錯誤；

C.鉛球拋出后的動能

筑=：根丫2=；根[說+（g0[

可知動能與時間不是一次函數(shù)關系，故C錯誤；

D.鉛球水平拋出后由于忽視空氣阻力，所以拋出后鉛球機械能守恒，故D正確。

故選Do

9.（2024?湖北?統(tǒng)考高考真題）兩節(jié)動車的額定功率分別為A和鳥，在某平直鐵軌上

能達到的最大速度分別為匕和V2?，F(xiàn)將它們編成動車組，設每節(jié)動車運行時受到的阻力

在編組前后不變，則該動車組在此鐵軌上能達到的最大速度為（）

?匕+―。>?+-%（一+一）匕4（一+⑷匕險

【答案】D

【詳解】由題意可知兩節(jié)動車分別有

4=加

5=flV2

當將它們編組后有

聯(lián)立可得

1=（一+:），%

4V2+￡匕

故選Do

10.（2024?山東?統(tǒng)考高考真題）質量為〃的玩具動力小車在水平面上運動時，牽引

力廠和受到的阻力F均為恒力，如圖所示，小車用一根不行伸長的輕繩拉著質量為小的

物體由靜止起先運動。當小車拖動物體行駛的位移為每時，小車達到額定功率，輕繩從

物體上脫落。物體接著滑行一段時間后停下，其總位移為口。物體與地面間的動摩擦因

數(shù)不變，不計空氣阻力。小車的額定功率弓為（）

2產(chǎn)(尸-/)(邑-5弱2尸GF_/)(S「Sjd

-(M+m)S-MS-

2l(M+m)S2-mSx

「2尸(尸一了)(邑U瓶

C2"-f)(SS)S2

'M(M+m)S2-MS1

(M+m)S2+mSx

【答案】A

【詳解】設物體與地面間的動摩擦因數(shù)為凡當小車拖動物體行駛的位移為S的過程

中有

F—f—nmg=(卬+勵a

/-2asi

Po=Fv

輕繩從物體上脫落后

a2=J^g

v=2a2(Sz-Si)

聯(lián)立有

2F2(F-f)6-S)S\

A二(M+用電-g

故選Ao

11.（2024?遼寧?統(tǒng)考高考真題）如圖（a）,從高處〃點到地面N點有I、II兩條光

滑軌道。兩相同小物塊甲、乙同時從〃點由靜止釋放，沿不同軌道滑到“點，其速率-

與時間t的關系如圖（b）所示。由圖可知，兩物塊在離開〃點后、到達"點前的下滑

過程中（）

A.甲沿I下滑且同一時刻甲的動能比乙的大

B.甲沿II下滑且同一時刻甲的動能比乙的小

C.乙沿I下滑且乙的重力功率始終不變

D.乙沿II下滑且乙的重力功率始終增大

【答案】B

【詳解】AB.由圖乙可知，甲下滑過程中，甲做勻加速直線運動，則甲沿II下滑，乙做

加速度慢慢減小的加速運動，乙沿I下滑，隨意時刻甲的速度都小于乙的速度，可知同

一時刻甲的動能比乙的小，A錯誤，B正確；

CD.乙沿I下滑，起先時乙速度為0,到N點時乙豎直方向速度為零，依據(jù)瞬時功率公

式尸=mgvy可知重力瞬時功領先增大后減小，CD錯誤。

故選B。

12.（2024?浙江?高考真題）一位游客正在體驗蹦極，綁上蹦極專用的橡皮繩后從跳

臺縱身而下。游客從跳臺下落直到最低點過程中（）

A.彈性勢能減小B.重力勢能減小

C.機械能保持不變D.繩一繃緊動能就起先減小

【答案】B

【詳解】游客從跳臺下落，起先階段橡皮繩未拉直，只受重力作用做勻加速運動，下落

到確定高度時橡皮繩起先繃緊，游客受重力和向上的彈力作用，彈力從零慢慢增大，游

客所受合力先向下減小后向上增大，速度先增大后減小，到最低點時速度減小到零，彈

力達到最大值。

A.橡皮繩繃緊后彈性勢能始終增大，A錯誤；

B.游客高度始終降低，重力始終做正功，重力勢能始終減小，B正確；

C.下落階段橡皮繩對游客做負功，游客機械能削減，轉化為彈性勢能，C錯誤；

D.繩剛繃緊起先一段時間內(nèi)，彈力小于重力，合力向下做正功，游客動能在增加；當

彈力大于重力后，合力向上對游客做負功，游客動能慢慢減小，D錯誤。

故選Bo

13.（2024?福建?高考真題）福建土樓兼具居住和防衛(wèi)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）所示。同一樓層

內(nèi)部通過直徑約50m的圓形廊道連接。若將質量為100kg的防衛(wèi)物資先從二樓倉庫搬到

四樓樓梯口〃處，再用100s沿廊道運輸?shù)健疤?，如圖（c）所示。重力加速度大小取lOm/sZ,

則（）

（b）剖面圖

A.該物資從二樓地面被運輸?shù)剿臉恰ㄌ幍倪^程中，克服重力所做的功為5400J

B.該物資從〃處被運輸?shù)健疤幍倪^程中，克服重力所做的功為78500J

C.從〃處沿圓形廊道運動到從處，位移大小為78.5m

D.從〃處沿圓形廊道運動到N處，平均速率為0.5m/s

【答案】A

【詳解】A.該物資從二樓地面被運輸?shù)剿臉恰ㄌ幍倪^程中，克服重力所做的功為

%=mg\h=100xl0x(2.7+2.7)J=5400J

故A正確；

B.該物資從〃處被運輸?shù)健疤幍倪^程中，由于K%高度差為零，所以克服重力做功為

零，故B錯誤；

C.從〃處沿圓形廊道運動到及處，位移大小為50m,故C錯誤；

D.從〃處沿圓形廊道運動到及處，平均速率為

V----=-------—m/s=0.785m/s

tt100

故D錯誤。

故選A。

14.（2024?北京?高考真題）我國航天員在“天宮課堂”中演示了多種好玩的試驗，

提高了青少年科學探究的愛好。某同學設計了如下試驗：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(nèi)做圓周運動。無論在“天宮”還是在地面做此試

驗（）

O

vo-

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

C.細繩的拉力對小球均不做功D.細繩的拉力大小均發(fā)生變更

【答案】C

【詳解】AC.在地面上做此試驗，忽視空氣阻力，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，重力會變更小球速度的大?。辉凇疤鞂m”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，繩子拉力照舊不做功，

A錯誤，C正確；

BD.在地面上小球運動的速度大小變更，依據(jù)。=匕和尸="，匕（重力不變）可知小球

rr

的向心加速度和拉力的大小發(fā)生變更，在“天宮”上小球的向心加速度和拉力的大小不

發(fā)生變更，BD錯誤。

故選Co

15.（2024?江蘇?高考真題）如圖所示，輕質彈簧一端固定，另一端與物塊A連接在

一起，處于壓縮狀態(tài)，A由靜止釋放后沿斜面對上運動到最大位移時，馬上將物塊B輕

放在A右側，A、B由靜止起先一起沿斜面對下運動，下滑過程中A、B始終不分別，當

A回到初始位置時速度為零，A、B與斜面間的動摩擦因數(shù)相同、彈簧未超過彈性限度，

則（）

A.當上滑到最大位移的一半時，A的加速度方向沿斜面對下

B.A上滑時、彈簧的彈力方向不發(fā)生變更

C.下滑時，B對A的壓力先減小后增大

D.整個過程中A、B克服摩擦力所做的總功大于B的重力勢能減小量

【答案】B

【詳解】B.由于A、B在下滑過程中不分別，設在最高點的彈力為凡方向沿斜面對下

為正方向，斜面傾角為9,AB之間的彈力為與，摩擦因素為u,剛下滑時依據(jù)牛頓其

次定律對AB有

F+(mA+mB)gsin0-//(mA+mB)gcos0=(mA+m6)a

對B有

m^gsvaO-/uin^gcosO—Ff^=m^a

聯(lián)立可得

F::FAB

mK+H%mB

由于A對B的彈力4B方向沿斜面對上，故可知在最高點尸的方向沿斜面對上；由于在

最起先彈簧彈力也是沿斜面對上的，彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，所以A上滑時、彈簧的彈

力方向始終沿斜面對上，不發(fā)生變更，故B正確；

A.設彈簧原長在。點，A剛起先運動時距離。點為石，A運動到最高點時距離。點為

北；下滑過程AB不分別，則彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，上滑過程依據(jù)能量守恒定律可得

；履：=；kx；+(mgsin0+f^xA-x2)

化簡得

為+x2

當位移為最大位移的一半時有

心=(%一%^)一(機gsin0+f)

帶入次值可知/第0,即此時加速度為0,故A錯誤；

C.依據(jù)B的分析可知

mA+mBmB

再結合B選項的結論可知下滑過程中戶向上且慢慢變大，則下滑過程蜃慢慢變大，依

據(jù)牛頓第三定律可知B對A的壓力慢慢變大，故C錯誤；

D.整個過程中彈力做的功為0,A重力做的功為0,當A回到初始位置時速度為零，依

據(jù)功能關系可知整個過程中A、B克服摩擦力所做的總功等于B的重力勢能減小量，故

D錯誤。

故選B。

16.（2024?江蘇?高考真題）某滑雪賽道如圖所示，滑雪運動員從靜止起先沿斜面下

滑，經(jīng)圓弧滑道起跳。將運動員視為質點，不計摩擦力及空氣阻力，此過程中，運動員

的動能穌與水平位移x的關系圖像正確的是（）

【答案】A

【詳解】設斜面傾角為夕，不計摩擦力和空氣阻力，由題意可知運動員在沿斜面下滑

過程中依據(jù)動能定理有

Ek=mgxland

即

E

—k=mgtanU

x

下滑過程中起先階段傾角d不變，瓦-X圖像為一條直線；經(jīng)過圓弧軌道過程中d先減

小后增大，即圖像斜領先減小后增大。

故選Ao

17.（2024?湖北?統(tǒng)考高考真題）如圖所示，質量分別為?和2〃的小物塊P和Q,

用輕質彈簧連接后放在水平地面上，P通過一根水平輕繩連接到墻上。P的下表面光滑,

Q與地面間的動摩擦因數(shù)為P,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。用水平拉力將Q向右緩

慢拉開一段距離，撤去拉力后，Q恰好能保持靜止。彈簧形變始終在彈性限度內(nèi)，彈簧

的勁度系數(shù)為4，重力加速度大小為外若剪斷輕繩，P在隨后的運動過程中相對于其

初始位置的最大位移大小為（）

--------P-wwwvwQ

勿〃〃〃力〃/〃〃〃〃/〉〃〃）〃〃

…mgkB.2鱉C.空整D.如鱉

kkk

【答案】C

【詳解】Q恰好能保持靜止時，設彈簧的伸長量為心滿足

kx=2jumg

若剪斷輕繩后，物塊P與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，彈簧的最大壓縮量也為X,因此

P相對于其初始位置的最大位移大小為

S=2X=3

k

故選Co

18.（2024?浙江?統(tǒng)考高考真題）小明用額定功率為1200W、最大拉力為300N的提

升裝置，把靜置于地面的質量為20kg的重物豎直提升到高為85.2m的平臺，先加速再

勻速，最終做加速度大小不超過5m/s2的勻減速運動，到達平臺的速度剛好為零，g取

10m/s2,則提升重物的最短時間為（）

A.13.2sB.14.2sC.15.5sD.17.Os

【答案】C

【詳解】為了以最短時間提升重物，一起先先以最大拉力拉重物做勻加速上升，當功率

達到額定功率時，保持功率不變直到重物達到最大速度，接著做勻速運動，最終以最大

加速度做勻減速上升至平臺速度剛好為零，重物在第一階段做勻加速上升過程，依據(jù)牛

頓其次定律可得

T-mg300-20x10,_,

4=-------=----------------m/s2=5m/s2

m20

當功率達到額定功率時，設重物的速度為匕，則有

^=1200m/s=4m/s

Tm300

此過程所用時間和上上升度分別為

tx=-=—s=0.8s

ax5

工工m“6m

2q2x5

重物以最大速度勻速時，有

v=^=^=^m/s=6m/s

mTmg200

重物最終以最大加速度做勻減速運動的時間和上上升度分別為

t=—=—s=1.2s

35

v262

h,=——=-----m=3.6m

32am2x5

設重物從結束勻加速運動到起先做勻減速運動所用時間為々，該過程依據(jù)動能定理可得

1212

又

4=85.2m-1.6m-3.6m=80m

聯(lián)立解得

t2=13.5s

故提升重物的最短時間為

tmin=.+.+.=0.8s+13.5s+1.2s=15.5s

C正確，ABD錯誤；

故選Co

19.（2024?浙江?統(tǒng)考高考真題）風力發(fā)電已成為我國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑

之一。如圖所示，風力發(fā)電機是一種將風能轉化為電能的裝置。某風力發(fā)電機在風速為

9m/s時，輸出電功率為405kW,風速在5~10m/s范圍內(nèi)，轉化效率可視為不變。該

風機葉片旋轉一周掃過的面積為A,空氣密度為夕，風場風速為v,并保持風正面吹向

葉片。下列說法正確的是（）

A.該風力發(fā)電機的輸出電功率與風速成正比

B.單位時間流過面積A的流淌空氣動能為:"4"

C.若每天平均有1.0xl08kW的風能資源，則每天發(fā)電量為2.4xl（）9kW-h

D.若風場每年有5000h風速在6~10m/s范圍內(nèi)，則該發(fā)電機年發(fā)電量至少為

6.0xl05kW-h

【答案】D

【詳解】AB.單位時間流過面積A的流淌空氣體積為

%=Av

單位時間流過面積A的流淌空氣質量為

加0=0%=PAv

單位時間流過面積A的流淌空氣動能為

113

~mov2=萬網(wǎng)4

風速在5~10m/s范圍內(nèi)，轉化效率可視為不變，可知該風力發(fā)電機的輸出電功率與風

速的三次方成正比，AB錯誤；

C.由于風力發(fā)電存在轉化效率，若每天平均有1.0xl08kW的風能資源，則每天發(fā)電量

應滿足

E<1.0xl08x24kW-h=2.4xl09kW-h

C錯誤；

D.若風場每年有5000h風速在6~10m/s的風能資源，當風速取最小值6m/s時，該發(fā)

電機年發(fā)電量具有最小值，依據(jù)題意，風速為9m/s時，輸出電功率為405kW,風速在

5~10m/s范圍內(nèi)，轉化效率可視為不變，可知風速為6m/s時，輸出電功率為

尸=6釀羋kW=120kW

93

則該發(fā)電機年發(fā)電量至少為

E=Pt=120x5000kW-h=6.0xl05kW-h

D正確；

故選Do

20.（2024?山東?統(tǒng)考高考真題）我國多次成功運用“冷放射”技術放射長征十一號

系列運載火箭。如圖所示，放射倉內(nèi)的高壓氣體先將火箭豎直向上推出，火箭速度接近

零時再點火飛向太空。從火箭起先運動到點火的過程中（）

火

箭

高

壓

r

'氣

體

發(fā)

射

倉

大

動能最

時，

為零

速度

的加

火箭

A.

能

箭的動

化為火

全部轉

的能量

體釋放

高壓氣

B.

增加量

動量的

于火箭

沖量等

推力的

對火箭

壓氣體

C.高

加量

能的增

火箭動

和等于

做功之

對火箭

氣阻力

力和空

體的推

高壓氣

D.

】A

【答案

和豎直

氣阻力

下的空

豎直向

力、

的重

向下

豎直

，受

出來

放射

射倉

從放

火箭

】A.

【詳解

的推力

壓氣體

時候高

向上的

剛起先

小，

斷減

小不

力大

，且推

力作用

體的推

高壓氣

向上的

壓

上的高

，當向

運動

加速

小的