一轮复习新人教版第五章机械能守恒定律素养提升学案

章末素养提升原创情境新题提升素养原创情境新题提升素养［科学小报］中国标准动车组是指中国标准体系占主导地位的动车组（254项重要标准中国标准占84%）,动车组中国标准（华标），代表目前世界动车组技术的先进标准体系。首次实现了动车组牵引、制动、网络控制系统的全面自主化,标志着我国已全面掌握高速铁路核心技术,高速动车组技术实现全面自主化。中国标准动车组采用CR（中国铁路）代号，三种时速等级为CR400/300/200,持续时速为350、250、160km。复兴号动车组于2017年6月26日京沪高铁首发。两个型号分别是“海豚”CR400AF（头部玻璃平、侧面有一条凸尖线）和“金凤凰”CR400BF（头部玻璃凸、侧面比较平缓）。［原创新题1］京张高铁将北京到张家口的通行时间缩短在1小时内,成为2022年北京冬奥会重要的交通保障设施。假设此高铁动车启动后沿平直轨道行驶,发动机的功率恒为P,且行驶过程中受到的阻力大小恒定。已知动车的质量为叫最高行驶速度为外。则下列说法正确的是（B）m手时,动车的加速度大小为工4 mvm•的过程中,动车牵引力所做的功为3Pm2点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图乙所示,纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T（在误差允许范围内，认为释放钩码的同时打出A点）。从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为,钩码的动能增加量为,钩码的重力势能增加量为。-雇乙⑵利用计算机软件对实验数据进行处理,得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系,如图丙所示。由图丙可知，随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,主要原因・真题解读考题题型归类:创新性实验一一实验原理的创新、实验器材的创新和数据处理方法的创新。考题的验证原理:弹簧弹性势能的减少量等于钩码的机械能增加量。考查的巧妙之处:弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量与钩码上升高度h的关系图线，两条曲线的间隔表明了摩擦力做功的变化。解析：(1)从打出A点到打出F点时间内，弹簧的弹性势能减少量为△Ep弹二色(L-Lo)23k(L-L(-h5)2,整理有AEp弹=k(L-Lo)h^kh52。打F点时钩码的速度为VF二吟,由于在误差允许的范围内，认为释放钩码的同2时打出A点,则钩码动能的增加量为AE/m产0「(鬻二)。钩码的乙 CJJ.重力势能增加量为AEp宙初ghs。p重⑵钩码机械能的增加量,即钩码动能和重力势能增加量的总和,若无阻力做功,则弹簧弹性势能的减少量等于钩码机械能的增加量。现在随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,而两条曲线在纵向的间隔即阻力做的功,则产生这个问题的主要原因是钩码和纸带运动的速度逐渐增大,导致空气阻力逐渐增大，以至于空气阻力做的功也逐渐增大。2答案：⑴k(L-晨加5-白生2 叫”rngh5(2)见解析5.(2022•广东卷，11)某实验小组为测量小球从某一高度释放,与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失,设计了如图a所示的装置,实验过程如下：释放装置□小球；图a图b⑴让小球从某一高度由静止释放，与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置，使小球从光电门正上方释放后,在下落和反弹过程中均可通过光电门。⑵用螺旋测微器测量小球的直径,示数如图b所示，小球直径d二—mmo⑶测量时,应（选填"A”或"B"，其中A为“先释放小球，后接通数字计时器”，B为“先接通数字计时器，后释放小球”）o记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间3和t2o⑷计算小球通过光电门的速度，已知小球的质量为m,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失AE二（用字母m、d、如和t2表示）。⑸若适当调高光电门的高度，将会（选填“增大”或“减小”）因空气阻力引起的测量误差。.真题解读考题题型归类:创新性实验一一实验目的和器材的创新。实验目的：测量小球从某一高度释放,与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失。数据分析:碰撞橡胶材料前后两次经过光电门的动能变化量为机械能的损失。误差分析:调高光电门的高度,增大小球在空中运动的距离，从而使小球克服空气阻力做功增加。解析：（2）根据螺旋测微器读数规则可知，小球直径d=7.5mm+O.384mm=7.884mmo(3)由于小球自由落体运动时间很短,所以测量时,应该先接通数字计时器,后释放小球。⑷小球第1次通过光电门时的速度v尸白第2次通过光电门时的速度V2二色，小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失△「2「1 21 27nd2/1 1xEqi叫2f叫2尊-(铲-铲)。(5)若适当调高光电门高度，将会增大因空气阻力引起的测量误差。答案:(2)7.884(3)B(4)华(2一9)(5)增大解析:动车速度最大时,牵引力与阻力平衡,则行驶过程中动车受到的阻力大小Ff=-,故A错误;在行驶过程中P二F-v,根据牛顿第二定律vmF-Fr=ma,a=-v增大,加速度减小,动车行驶过程中做加速度减小mvm的加速直线运动，当动车的速度为手时,动车的牵引力F二索二竺,解得4-fa=—,故B正确,D错误;从启动到速度为“的过程中，动车牵引力所mum做的功等于动车动能增加量和克服阻力做功之和,故大于I%?,故C错误。［原创新题2］（多选）某一动车以速度V。在平直的轨道上匀速行驶°到达某处时,司机使动车的输出功率减小为原来的一半,并保持该功率行驶。假设该动车受到的阻力恒定,从减小功率开始,下列能正确表示动车加速度a、速度v、时间t之间的关系的是（AD）TOC\o"1-5"\h\zC D解析:动车匀速行驶时牵引力等于阻力，即Fr=F牵）,功率突然减小一半,P'4,动车的速度由于惯性来不及变化,此时V二V。,则根据P二Fv,牵引力立刻减小一半，小于阻力,合力变为反方向,动车做减速运动，由牛顿第二定律可知F「F牵，二ma,即土上一二ma,因P，（，解得v0v 2a=-/ ,V减小,加速度减小,a与工呈线性关系，当L2,a=0,故A2mvmvQ v vv0正确,B错误;动车功率?一定时，由a二-4」+二可知,动车做加速度2 2mvmv0不断减小的减速运动，当牵引力增大到等于阻力时,加速度减为零,此时速度刚好减为孑,动车再次以：的速度做匀速直线运动,故C错误,D正确。盘点高考真题检验成效盘点高考真题检验成效题点一应用动力学和能量观点解决多过程问题（2022•河北卷,9）（多选）如图,轻质定滑轮固定在天花板上，物体P和Q用不可伸长的轻绳相连,悬挂在定滑轮上,质量mQ>mP,t=0时刻将两物体由静止释放,物体Q的加速度大小为黑T时刻轻绳突然断开，物体P能够达到的最高点恰与物体Q释放位置处于同一高度,取t=0时刻物体P所在水平面为零势能面，此时物体Q的机械能为Eo重力加速度大小为g,不计摩擦和空气阻力,两物体均可视为质点。下列说法正确的是（BCD）A.物体P和Q的质量之比为1：3E23E2T2”3■真题解读考题题型归类:连接体问题的综合应用一一功率的计算、牛顿第二定律的应用、机械能守恒定律的应用。考查的难点:T时刻与2T时刻P和Q相对于初始位置的变化及速度大小。解题关键:断裂前绳子的拉力和绳子的拉力对Q做的功。解析:开始释放时物体Q的加速度为号,贝U吸8-&二吸•pFT-mpg=mP•g,解得Fr4mQg,如二"选项A错误;在T时刻,两物体的速度P上升3Mq2 3的距离•犷二（,轻绳断后P能上升的高度h2二乎二嗒可知开始2 3 6 2g18时p、Q距离为h=hi+h2二军,若设开始时P所处的位置为零势能面，9则开始时Q的机械能为E二niQgh二生啜;从开始到绳子断裂，绳子的拉力对Q做负功,大小为WkF『h产詈上,则此时物体Q的机械能E，二E-Wf二里此后物体Q的机械能守恒,则在2T时刻物体Q的机械9 2能仍为选项B正确;在2T时亥IJ,物体P的速度v2=v-gT=-^,方向向下;此时物体P重力的瞬时功率Pg二mogIV21二1•第二誓选项C、4 O O 乙，D正确。题点二多过程和图像的综合问题（2021•福建卷，14）如图a,一倾角37。的固定斜面的AB段粗糙,BC段光滑。斜面上一轻质弹簧的一端固定在底端C处,弹簧的原长与BC长度相同。一小滑块在沿斜面向下的拉力R作用下，由A处从静止开始下滑，当滑块第一次到达B点时撤去FToE随滑块沿斜面下滑的位移s的变化关系如图b所示。已知AB段长度为2m,滑块质量为2kg,滑块与斜面AB段的动摩擦因数为0.5,弹簧始终在弹性限度内，重力加速度大小取10m/s2,sin37°=0.6。求：（1）当拉力为10N时,滑块的加速度大小；⑵滑块第一次到达B点时的动能；⑶滑块第一次在B点与弹簧脱离后,沿斜面上滑的最大距离。・真题解读考题题型归类:综合应用类一一牛顿第二定律、动能定理、机械能守恒定律。解题关键：（1）由Ft_s图像求拉力对滑块所做的功。⑵滑块在BC段运动过程机械能守恒。解析：（1）设滑块的质量为叫斜面倾角为。，滑块与斜面间的动摩擦因数为U,滑块受斜面的支持力大小为F.滑动摩擦力大小为Ff,拉力为10N时滑块的加速度大小为ao由牛顿第二定律和滑动摩擦力公式有FT+mgsin0-Ff=ma,FN=mgcos0,Ff二口Fn,联立上式并代入题给数据得a=7m/s2o⑵设滑块在AB段运动的过程中拉力所做的功为W,由功的定义有W=Ft]S1+Ft2S2,式中心、%和S1、S2分别对应滑块下滑过程中两阶段所受的拉力及相应的位移大小。依题意，Fn=8N,Si=lm,FT2=10N,s2=1mo设滑块第一次到达B点时的动能为Ek,由动能定理有W+(mgsin9-Ff)(Si+s2)=Ek-0,联立上式并代入题给数据得Ek=26Jo⑶由机械能守恒定律可知,滑块第二次到达B点时,动能仍为Ek。设滑块离B点的最大距离为smax,由动能定理有一(mgsin9+F)smax=0-Ek,联立上式并代入题给数据得Smax-1.3IBo答案：(l)7m/s2(2)26J(3)1.3mr题点三能量转化和守恒定律的应用(2021•山东卷，⑻如图所示，三个质量均为m的小物块A、B、C放置在水平地面上,A紧靠竖直墙壁,一劲度系数为k的轻弹簧将A、B连接,C紧靠B,开始时弹簧处于原长,A、B、C均静止。现给C施加一水平向左、大小为F的恒力，使B、C一起向左运动，当速度为零时，立即撤去恒力,一段时间后A离开墙壁,最终三物块都停止运动。已知A、B、C与地面间的滑动摩擦力大小均为Ff,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,弹簧始终在弹性限度内。(弹簧的弹性势能可表示为EP=1kx2,k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量)CC⑴求B、C向左移动的最大距禺X。和B、C分禺时B的动能Ek；⑵为保证A能离开墙壁,求恒力的最小值Fmin;⑶若三物块都停止时B、C间的距离为Xbc,从B、C分离到B停止运动的整个过程,B克服弹簧弹力做的功为W,通过推导比较W与FfXBc的大小；（4）若F=5Ff,请在所给坐标系中，画出C向右运动过程中加速度a随位移x变化的图像,并在坐标轴上标出开始运动和停止运动时的a、x值（用Ff、k、m表示），不要求推导过程。以撤去F时C的位置为坐标原点,水平向右为正方向。.真题解读考题题型归类:能量转化和守恒定律的应用一一能量转化和守恒定律的应用、牛顿第二定律、平衡条件。解题关键：（1）研究对象和研究过程的选取。⑵明确临界条件，如弹簧恢复原长时B、C分离、A离开墙壁时B的速度恰好为0,恒力F最小。解析：⑴从开始到B、C向左移动到最大距离的过程中，以B、C和弹簧为研究对象，由功能关系得Fxo=2FfXo+|k%o2,B、C向右运动时,分离的临界条件是速度相等且二者之间的弹力为零,故弹簧恢复原长时B、C分离,从弹簧最短到B、C分离，以B、C和弹簧为研究对象，由能量守恒定律得>02=2Ffxo+2Ek,联立方程解得x0=一,Ek=々等亚。2 k k⑵当A刚要离开墙时,设弹簧的伸长量为x,以A为研究对象，由平衡条件得kx二Ff,若A刚要离开墙壁时B的速度恰好等于零,这种情况下恒力为最小值Fmin,从弹簧恢复原长到A刚要离开墙的过程中，以B和弹簧为研究对象，由能量守恒定律得Ek=1kx2+Ffx,将Ek代入第（1）问中的结果，整理可得口1（3土"）Ff,根据题意舍去Fmin=（3-^p）Ff,所以恒力的最小值为%”二（3+手）件。⑶从B、C分离到B停止运动,设B的位移为xB,C的位移为xc,以B为研究对象，由动能定理得-W-F「Xb二O-Ek,以C为研究对象，由动能定理得-FfXc=0-Ek,由B、C的运动关系得Xb〉X「Xbc,联立可知W<FfXBCo⑷小物块B、C向左运动过程中，由动能定理得5FfX「2F