【3年高考2年模拟1年预测】高考物理 专题4 机械能（含解析）.doc

【3年高考2年模拟1年预测】2015版高考物理 专题4 机械能（含解析）【2015年高考命题预测】机械能是动力学部分各个知识点的综合和升华，是集大成者，所以2014年高考中多地的试卷中均有涉及，主要形式是以选择题为主，而且是选择题中比较难的，对考生要求比较高。选择题的考察主要通过对抛体运动，圆周运动和匀变速直线运动以功和能的角度进行分析和探究，并结合各个运动形式自身的特点设置选项。对于机动车的两种启动方式，曲线运动中功和功率的计算，以及动能定理和机械能守恒等知识点，情景很容易设置，变化形式也比较多，备考中要多加训练，2015年的高考中一定还会出现对此类知识的考察。备考工作中，在做好各种运动形式特点规律总结的同时，注意动能和势能的转化，功和能的转化，动能变化量，机械能变化量，做功和势能变化的关系，培养从功和能的角度分析问题的解析思路。机械能的考察不会单独考察一个动能、势能和做功，而是把受力分析、牛顿运动定律和各种运动结合起来，而运动是分阶段的，功和能就可以全过程分析，某些地方可以帮助我们简化分析过程，所以平时应培养考生用功和能分析解决问题的能力。其实不只是动力学部分，就是电磁学部分也常常涉及到功和能的知识，比如势能除去重力势能和弹性势能外，电学部分还会涉及到电势能，还会涉及到电场力做功，所以机械能不但是动力学部分，也是电磁学部分的重要基础，备考工作做足做好，是为整个高中物理网络巩固基础，培养能力。【2015年高考考点定位】机械能这部分考点主要集中在功和能的转化部分，其中功和功率部分要关注运动方向和力的方向，动能定理的考察形式很多，但要选择合适的运动过程进行分析才能简化过程，动能定理涉及合外力包括重力弹力和摩擦力以及电磁学部分的电场力，安培力和洛伦兹力等等，所以应用范围广泛，需要备考中对应用动能定理解析的各种情景多分析多训练。机械能守恒的考点大部分集中的三方面即守恒的条件，增加的机械能和减少的机械能。【考点pk】名师考点透析考点一、功和功率【名师点睛】1.功是描述力的作用效果的物理量，计算公式为，其中为力和位移的夹角，该公式只适用于恒力做功，若变力做功，则不适用。功率是描述做功快慢的物理量，即，此公式计算平均功率，也可以根据计算瞬时功率，此时是力和速度的夹角。功是标量，有正负但没有方向，正负表示对运动的促进或者阻碍作用。求合力做功时，可以求各个力做功的代数和，也可以先求各个力的矢量和在求功。功的计算公式中的位移是相对地面的位移。2.摩擦力做功：摩擦力（包括滑动摩擦力和静摩擦力）既可以做正功，也可以做负功还可以不做功。一对滑动摩擦力做的总共为负功，所以滑动摩擦力做功总伴随着机械能的损失。一对静摩擦力做功的总功等于0，没有机械能损失。3.机动车的两种启动方式：匀加速启动过程分为两个阶段，第一阶段为匀加速直线运动，加速度不变，根据牛顿第二定律，牵引力不变,机车功率逐渐增大，当功率增大到机车额定功率时，匀加速运动阶段结束，此时可以计算匀加速运动时间，据此还可以计算匀加速直线运动的末速度；第二阶段功率等于额定功率不再变化，但加速度不等于0所以速度继续增加，牵引力逐渐减小，当牵引力减小到等于摩擦力时，即，时，速度最大达到，此后以此速度做匀速直线运动。以额定功率启动，则功率不变，随速度逐渐增大，牵引力逐渐减小，加速度逐渐减小，当时，即时，速度达到最大，此后为匀速直线运动，此种启动过程与第一种启动方法第二阶段相类似，是个加速度逐渐减小的加速运动。不管是哪种启动方式，最后的速度都是一样的。考点二、动能定理和机械能守恒【名师点睛】1.动能的表达式，动能是个标量，只有大小没有方向，只有正没有负。动能定理的内容表述为：合外力做的功等于动能变化量即。注意合外力做功包括各个力，即不但是重力弹力摩擦力还包括电场磁场力，只有做功都要计算进去。应用动能定理时需要选择合适的运动过程，部分时候运动过程选择的越大过程越简化，需要注意某个力可能是过程中某个阶段做功，而另一个阶段不做功，计算时要分清力的作用过程来计算做功的多少。动能定理不但能把多个运动阶段结合在一起分析，还可以根据初末动能的变化计算变力做功，根据初末动能变化计算机动车以额定功率运动时做功从而计算运动时间。2.重力势能是地球和物体之间相互吸引而具有的能，弹性势能是发生弹性形变产生弹力而具有的能。重力势能表达式，大小与高度有关，而弹性势能和形变量以及劲度系数有关，无论是弹性势能还是重力势能，都和弹力或重力做功有关，若弹力（重力）做正功，弹性（重力）势能减小，若弹力（重力）做负功，弹性（重力）势能增加。对于弹性形变来说，如果拉伸的形变量和压缩的形变量相同，则弹性势能相同，即弹力没有做功。3.机械能守恒定律：只有系统内的重力（或弹力）做功，系统机械能保持不变，机械能守恒。其中弹力主要指弹簧弹力或者弹性绳的弹力，而不是压力支持力拉力等弹力。对于2个或者多个物体组成的系统应用机械能守恒定律的变式即或者增加的动能等于减少的势能分析问题能够简化过程。机械能的变化量等于除重力（或弹力）外其他力对系统做的功，做正功系统机械能增加，做负功机械能减少。【试题演练】1. 【2014辽宁省五校协作体高三上期期中考试】如图所示，细绳的一端固定在天花板上，另一端拴着一个小球。现把小球拉至细绳水平的位置，将小球由静止释放。不计空气的阻力。在小球沿圆周运动到最低点的过程中，以下说法正确的是（ ）a由于小球受到的合外力对小球做正功，所以小球的动能增大b由于细绳的拉力对小球不做功，所以小球的动能不变c由于只有重力对小球做功，所以小球的机械能守恒d该过程中重力做功的功率先增大后减小2.【2014北京市东城区示范校高三第一学期12月联考试卷】如图所示，a、b两物体用一根跨过定滑轮的细绳相连，置于固定斜面体的两个斜面上的相同高度处，且都处于静止状态，两斜面的倾角分别为和，若不计摩擦，剪断细绳后，下列关于两物体说法中正确的是a. 两物体着地时的速度一定相同 b. 两物体着地时的动能一定相同c. 两物体着地时的机械能一定相同 d. 两物体着地时所受重力的功率一定相同功率p=mgv竖；所以两物体着地时所受重力的功率一定相同，故a正确【三年高考】 12、13、14 高考试题及其解析 2014年高考试题及解析1.【2014新课标全国卷】一物体静止在粗糙水平地面上，现用一大小为f1的水平拉力拉动物体，经过一段时间后其速度变为v，若将水平拉力的大小改为f2，物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v，对于上述两个过程，用、分别表示拉力f1、f2所做的功，、分别表示前后两次克服摩擦力所做的功，则（ ）a. ， b. ，-c. ， d. ，2.【2014全国大纲卷】一物块沿倾角为的斜坡向上滑动。当物块的初速度为v时，上升的最大高度为h，如图所示；当物块的初速度为时，上升的最大高度记为h。重力加速度大小为g。物块与斜坡间的动摩擦因数和h分别为（ ）atan和 b（1）tan和 ctan和 d（1）tan和3.【2014福建卷】如图，两根相同的轻质弹簧，沿足够长的光滑斜面放置，下端固定在斜面底部挡板上，斜面固定不动。质量不同、形状相同的两物块分别置于两弹簧上端。现用外力作用在物块上，使两弹簧具有相同的压缩量，若撤去外力后，两物块由静止沿斜面向上弹出并离开弹簧，则从撤去外力到物块速度第一次减为零的过程，两物块（ ）a.最大速度相同 b.最大加速度相同c.上升的最大高度不同 d.重力势能的变化量不同【答案】c【解析】4.【2014新课标全国卷】取水平地面为重力势能零点。一物块从某一高度水平抛出，在抛出点其动能与重力势能恰好相等。不计空气阻力，该物块落地时的速度方向与水平方向的夹角为（ ）a. b. c. d. 5.【2014安徽卷】如图所示，有一内壁光滑的闭合椭圆形管道，置于竖直平面内，mn是通过椭圆中心o点的水平线。已知一小球从m点出发，初速率为v0，沿管道mpn运动，到n点的速率为v1，所需时间为t1；若该小球仍由m点以出速率v0出发，而沿管道mqn运动，到n点的速率为v2，所需时间为t2。则（ ）a.v1=v2 ，t1t2 b. v1v2，t1t2 c. v1=v2，t1t2 d. v1v2，t1t2【答案】a【解析】6.【2014新课标全国卷】如图，一质量为m的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大圆环上的质量为m的小环（可视为质点），从大圆环的最高处由静止滑下，重力加速度为g。当小圆环滑到大圆环的最低点时，大圆环对轻杆拉力的大小为：a. mg-5mg b. mg+mg c. mg+5mg d. mg+10mg 【考点定位】牛顿定律及物体的平衡。【知识拓展】解答此题关键是选择合适的研究对象，此题中先选择小圆环，然后选择大圆环为研究对象。7.【2014重庆卷】某车以相同的功率在两种不同的水平路面上行驶，受到的阻力分别为车重的和倍，最大速率分别为和，则a. b. c. d.8.【2014广东卷】如图所示是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图。图中和为楔块，和为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦。在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中a.缓冲器的机械能守恒b.摩擦力做功消耗机械能c.垫板的动能全部转化为内能d.弹簧的弹性势能全部转化为动能【考点定位】本题考查能量转化和机械能守恒的条件。【应试技巧】抓住“只有弹簧弹力做功机械能守恒，但除了弹簧弹力还有摩擦力做功，机械能减小”。9.【2014海南卷】如图，质量相同的两物体a、b，用不可伸长的轻绳跨接在一光滑的轻质定滑轮两侧，a在水平桌面的上方，b在水平粗糙桌面上，初始时用力压住b使a、b静止，撤去此压力后，a开始运动。在a下降的过程中，b始终未离开桌面。在此过程中aa的动能小于b的动能b两物体机械能的变化量相等ca的重力势能的减小量等于两物体总动能的增加量d绳的拉力对a所做的功与对b所做的功的代数和为零10.【2014上海卷】如图所示，竖直平面内的轨道和都由两段细直杆连接而成，两轨道长度相等。用相同的水平恒力将穿在轨道最低点的b静止小球，分别沿和推至最高点a，所需时间分别为t1、t2；动能增量分别为、。假定球在经过轨道转折点前后速度的大小不变，且球与、轨道间的动摩擦因数相等，则（a）；t1t2 （b）=；t1t2（c）；t1t2 （d）=；t1t22013年高考试题及解析1. 【2013山东卷】 如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮质量分别为m、m(mm)的滑块，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中()a两滑块组成系统的机械能守恒b重力对m做的功等于m动能的增加c轻绳对m做的功等于m机械能的增加d两滑块组成系统的机械能损失等于m克服摩擦力做的功2. 【2013年高考北京理综卷】在实验操作前应该对实验进行适当的分析。研究平抛运动的实验装置示意如图。小球每次都从斜槽的同一位置无初速度释放，并从斜槽末端水平飞出。改变水平板的高度，就改变了小球在板上落点的位置，从而可描绘出小球的运动轨迹。某同学设想小球先后三次做平抛，将水平板依次放在如图1、2、3的位置，且1与2的间距等于2与3的间距。若三次实验中，小球从跑出点到落点的水平位移依次是x1，x2，x3，机械能的变化量依次为e1，e2，e3，忽略空气阻力的影响，下面分析正确的是ax2- x1= x3-x2，e1=e2=e3 bx2- x1x3- x2，e1=e2=e3cx2- x1x3- x2，e1e2e3 dx2- x1 x3-x2，e1e2e33.【2013年高考江苏物理卷】如图所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块相连。.弹簧处于自然长度时物块位于o点（图中未标出）。物块的质量为m，ab =a，物块与桌面间的动摩擦因数为。现用水平向右的力将物块从o点拉至a点，拉力做的功为w。撤去拉力后物块由静止向左运动，经o点到达b点时速度为零。重力加速度为g。则上述过程中a物块在a点时，弹簧的弹性势能等于w-mgab物块在b点时，弹簧的弹性势能小于w-mgac经o点时，物块的动能小于w-mgad物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在b点时弹簧的弹性势能【考点】功能关系4.【2013年高考安徽理综卷】质量为m的人造地球卫星与地心的距离为r时，引力势能可表示为，其中g为引力常量，m为地球质量。该卫星原来的在半径为r1的轨道上绕地球做匀速圆周运动，由于受到极稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为r2，此过程中因摩擦而产生的热量为a. b. c. d.【考点】机械能守恒5.【2013年高考新课标理综卷】2012年11月，“歼15”舰载机在“辽宁号”航空母舰上着舰成功。图（a）为利用阻拦系统让舰载机在飞行甲板上快速停止的原理示意图。飞机着舰并成功钩住阻拦索后，飞机的动力系统立即关闭，阻拦系统通过阻拦索对飞机施加作用力，使飞机在甲板上短距离滑行后停止，某次降落，以飞机着舰为计时零点，飞机在t=0.4s时恰好钩住阻拦索中间位置，其着舰到停止的速度一时间图线如图（b）所示。假如无阻拦索，飞机从着舰到停止需要的滑行距离约为1000m。已知航母始终静止，重力加速度的大小为g。则a.从着舰到停止，飞机在甲板上滑行的距离约为无阻拦索时的1/10b.在0.4s-2.5s时间内，阻拦索的张力几乎不随时间变化c.在滑行过程中，飞行员所承受的加速度大小会超过2.5 gd.在0.4s-2.5s时间内，阻拦系统对飞机做功的功率几乎不变2012年高考试题及解析1.【2012年高考海南物理卷】下列关于功和机械能的说法，正确的是a在有阻力作用的情况下，物体重力势能的减少不等于重力对物体所做的功b合力对物体所做的功等于物体动能的改变量c物体的重力势能是物体与地球之间的相互作用能，其大小与势能零点的选取有关d运动物体动能的减少量一定等于其重力势能的增加量2.【2012年高考福建理综卷】如图所示，表面光滑的固定斜面顶端安装一定滑轮，小物块a、b用轻绳连接并跨过滑轮（不计滑轮的质量和摩擦）。初始时刻，a、b处于同一高度并恰好静止状态。剪断轻绳后a下落、b沿斜面下滑，则从剪断轻绳到物块着地，两物块a速率的变化量不同b机械能的变化量不同c重力势能的变化量相同d重力做功的平均功率相同3. 【2012年高考四川理综卷】如图所示，劲度系数为k的轻弹簧的一端固定在墙上，另一端与置于水平面上质量为m的物体接触（未连接），弹簧水平且无形变。用水平力f缓慢推动物体，在弹性限度内弹簧长度被压缩了x0，此时物体静止。撤去f后，物体开始向左运动，运动的最大距离为4x0。物体与水平面间的动摩擦因数为，重力加速度为g。则a撤去f后，物体先做匀加速运动，再做匀减速运动b撤去f后，物体刚运动时的加速度大小为gc物体做匀减速运动的时间为2d物体开始向左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功为mg（x0）【答案】bd 【解析】4.【2012年高考安徽理综卷】如图所示，在竖直平面内有一半径为的圆弧轨道，半径水平、竖直，一个质量为的小球自的正上方点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点时恰好对轨道没有压力。已知=2，重力加速度为，则小球从到的运动过程中 （ ）a. 重力做功 b. 机械能减少c. 合外力做功 d. 克服摩擦力做功5.【2012年高考上海物理卷】如图，可视为质点的小球a、b用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地面上、半径为r的光滑圆柱，a的质量为b的两倍。当b位于地面时，a恰与圆柱轴心等高。将a由静止释放，b上升的最大高度是 （ ）（a）2r （b）5r/3 （c）4r/3 （d）2r/3【两年模拟】 2014年名校模拟题及其答案1.【吉林市普通中学2013-2014学年度高中毕业班摸底测试】如图所示小球沿水平面通过o点进入半径为r的半圆弧轨道后恰能通过最高点p，然后落回水平面不计一切阻力。下列说法正确的是 a.小球落地点离o点的水平距离为rb.小球落地点时的动能为5mgr/2 c.小球运动到半圆弧最高点p时向心力恰好为零d.若将半圆弧轨道上部的1/4圆弧截去，其他条件不变，则小球能达到的最大高度比p点高0.5r根据动能定理，计算得,答案b对。若将半圆弧轨道上部的1/4圆弧截去，则离开轨道时速度竖直向上，到达最高点速度为0，最高点比p点高h，则有，解得【考点】：动能定理 圆周运动2.【2014贵州省六校联盟高三第一次联考】一个质量为的物体以某一速度从固定斜面底端冲上倾角的斜面，其加速度为，这物体在斜面上上升的最大高度为，则此过程中正确的是 （ ）a动能增加b重力做负功c机械能损失了d物体克服摩擦力做功 3.【2014云南省部分名校高三12月统一考试】如图，水平传送带a、b两端相距s=3.5m，工件与传送带间的动摩擦因数=0.1。工件滑上a端瞬时速度va=4m/s，达到b端的瞬时速度设为vb，则不正确的是a若传送带不动，则vb=3m/sb若传送带以速度v=4m/s逆时针匀速转动，vb=3m/s c若传送带以速度v=2m/s顺时针匀速转动，vb=3m/s d若传送带以速度v=2m/s顺时针匀速转动， vb=2m/s 【答案】d【解析】试题分析：若工件和传送带之间有相互运动则有摩擦力，根据牛顿第二定律有，若传送带不动，则做匀减速直线运动，若没有离开会一直减速到0，根据动能定理有,4.【2014郑州高三第一次质量预测】如图所示，小球从高处自由下落到竖直放置的轻弹簧上，从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的整个过程中，下列叙述中正确的是 a小球的加速度先增大后减小b小球的速度一直减小c动能和弹性势能之和保持不变d重力势能、弹性势能和动能之和保持不变5.【2014江西稳派名校学术联盟高三调研】如图甲所示，甲、乙两个小球可视为质点，甲球沿光滑斜面由静止开始下滑，乙球做自由落体运动，甲、乙两球的动能与路程的关系图象如图乙所示。下列说法正确的是a. 甲球机械能不守恒，乙球机械能守恒b. 甲、乙两球的质量之比为：4：1c. 甲、乙两球的动能均为时，两球高度相同d. 甲、乙两球的动能均为时，运动的时间之比为：l：l2013年名校模拟题及其答案1.【2013湖北武汉武昌区高三期末调研考试】如图所示，将质量为2m的重物悬挂在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质量为m的环，环套在竖直固定的光滑直杆上，光滑的轻小定滑轮与直杆的距离为d，杆上的a点与定滑轮等高，杆上的b点在a点下方距离a为d处。现将环从a处由静止释放，不计一切摩擦阻力，下列说法正确的是a环到达b处时，重物上升的高度h=d/2 b环到达b处时，环与重物的速度大小之比为c环从a到b，环减少的机械能大于重物增加的机械能d环能下降的最大高度为4d/3 2.【2013广东省珠海市高三第一学期期末质量监测】2012年8月3日中国选手董栋在伦敦奥运会夺得男子蹦床金牌。忽略空气阻力，下面说法正确的是a运动员下落到刚接触蹦床时，速度最大b运动到最低点时，床对运动员的作用力大于运动员对床的作用力c从刚接触蹦床到运动至最低点的过程中，运动员的加速度先减小后增大d在下落过程中，重力对运动员所做的功等于其重力势能的减小【考点】功能关系3.【2013北京市东城区普通校第一学期联考】如图所示，人在船上向前行走，脚与船面间不打滑。忽略水对船的阻力，则下列四个说法中不正确的有（ ）脚与船之间的摩擦力是静摩擦力；脚与船之间的摩擦力对船做负功；脚与船之间的摩擦力对人做负功；脚与船之间的摩擦力对人船组成的系统所做功的代数和不为零。a b c d4.【2013陕西省宝鸡市高三教学质量检测】如图所示，木板质量为m，长度为l，小木块质量为m，水平地面光滑，一根不计质量的轻绳通过定滑轮分别与m和m连接，小木块与木板间的动摩擦因数为。开始时木块静止在木板左端，现用水平向右的拉力f将m拉至右端，拉力f至少做功为 amgl bmgl c（m+m）gl d（m+m）gl 5.【2013河南省焦作市高三第一次模拟考试】一滑块在粗糙水平地面上，受到的水平拉力f随时间t变化关系如图甲所示，速度v随时间t变化关系如图乙所示，重力加速度g取1