江苏专版2019版高考物理一轮复习专题六机械能及其守恒定律课件.pptx

1、专题六 机械能及其守恒定律,高考物理(江苏专用),1.(2011江苏单科,4,3分)如图所示,演员正在进行杂技表演。由图可估算出他将一只鸡蛋抛出 的过程中对鸡蛋所做的功最接近于 ( ) A.0.3 J B.3 J C.30 J D.300 J,考点一 功和功率,五年高考,A组 自主命题江苏卷题组,答案 A 一只鸡蛋重约为1 N,人的身高一般为1.6 m,则鸡蛋被抛出的高度约为0.6 m,则鸡蛋 获得的最大机械能约为E=mgh=10.6 J=0.6 J,故人对鸡蛋做的功约为0.6 J,最接近0.3 J,故A正 确,其他错误。,错因分析 不能从生活实际出发估算一只鸡蛋的重力和被抛出的最大高度是导致

2、错解的主 要原因,另外,不理解人抛鸡蛋过程的能量转化关系也易导致错解。,评析 本题从生活实际出发,是一道立意新颖的估算题,考查了生活常识,估算能力和能量转化 规律,难度适中,得分率一般。,2.(2012江苏单科,3,3分)如图所示,细线的一端固定于O点,另一端系一小球。在水平拉力作用 下,小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点。在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是 ( ) A.逐渐增大 B.逐渐减小 C.先增大,后减小 D.先减小,后增大,答案 A 因小球速率不变,所以小球以O点为圆心做匀速圆周运动。受力如图所示,故在切 线方向上应有:mg sin =F cos ,F=mg tan 。则拉力

3、F的瞬时功率P=Fv cos =mgvsin 。从A 运动到B的过程中,拉力的瞬时功率随的增大而增大。A项正确。,3.(2018江苏单科,7,4分)(多选)如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端连接一小物块,O点为弹簧 在原长时物块的位置。物块由A点静止释放,沿粗糙程度相同的水平面向右运动,最远到达B 点。在从A到B的过程中,物块 ( ) A.加速度先减小后增大 B.经过O点时的速度最大 C.所受弹簧弹力始终做正功 D.所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功,答案 AD 本题考查牛顿第二定律的应用、动能定理。对物块受力分析,当弹簧处于压缩状 态时,由牛顿第二定律可得kx-f=ma,x减小,a减小,

4、当a=0时,物块速度最大,此时,物块在O点左侧, 选项B错误;从加速度a=0处到O点过程,由牛顿第二定律得f-kx=ma,x减小,a增大,当弹簧处于伸 长状态时,由牛顿第二定律可得kx+f=ma,x增大,a继续增大,可知物块的加速度先减小后增大,选 项A正确;物块所受弹簧的弹力对物块先做正功,后做负功,选项C错误;从A到B的过程,由动能 定理可得W弹-Wf=0,选项D正确。,思路分析 物块运动状态的确定 根据题设条件,对物块受力分析,并分阶段讨论物块的加速度和速度的变化情况。,4.(2017江苏单科,14,16分)如图所示,两个半圆柱A、B紧靠着静置于水平地面上,其上有一光滑 圆柱C,三者半径

5、均为R。C的质量为m,A、B的质量都为 ,与地面间的动摩擦因数均为。现 用水平向右的力拉A,使A缓慢移动,直至C恰好降到地面。整个过程中B保持静止。设最大静 摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。求: (1)未拉A时,C受到B作用力的大小F; (2)动摩擦因数的最小值min; (3)A移动的整个过程中,拉力做的功W。,答案 (1) mg (2) (3)(2-1)( -1)mgR,解析 本题考查共点力作用下物体的平衡、力的分解、动能定理。 (1)C受力平衡2F cos 30=mg 解得F= mg (2)C恰好降到地面时,B受C压力的水平分力最大 Fxmax= mg B受地面的最大静摩擦力f=mg

6、 根据题意fmin=Fxmax 解得min= (3)C下降的高度h=( -1)R A的位移x=2( -1)R 摩擦力做功的大小Wf=fx=2( -1)mgR 根据动能定理W-Wf+mgh=0-0 解得W=(2-1)( -1)mgR,难点突破 临界状态分析、力做功的计算。 (2)对A、B、C组成的系统受力分析,在C落地前,A和B对地的压力始终为mg。隔离C受力分析, 由平衡条件可得,C对B的压力为FNC= (其中为B、C圆心连线与竖直方向的夹角),该力在 水平方向的分力FNCx=FNC sin = mgtan ,由此式可见,当C刚要触地时,B受C压力的水平分力 最大,此时B未动,就能在整个过程中

7、保持静止。 (3)C对A做功为变力做功,由功能关系可知,此功等于C重力势能的减少量。,1.(2017课标,14,6分)如图,一光滑大圆环固定在桌面上,环面位于竖直平面内,在大圆环上套 着一个小环。小环由大圆环的最高点从静止开始下滑,在小环下滑的过程中,大圆环对它的作 用力 ( ) A.一直不做功 B.一直做正功 C.始终指向大圆环圆心 D.始终背离大圆环圆心,B组 统一命题、省(区、市)卷题组,答案 A 本题考查功、圆周运动,考查学生的理解能力、推理能力。大圆环对小环的作用 力总是沿大圆环半径方向,与速度方向垂直,故大圆环对小环的作用力不做功,选项A正确,B错 误。开始时大圆环对小环的作用力方

8、向背离大圆环圆心,一段时间后作用力方向指向大圆环 圆心,故选项C、D错误。,解题指导 (1)弹力的方向总是垂直于接触面,并且速度的方向总是沿接触面的切线方向,因此 在固定接触面上滑动时,弹力总不做功。 (2)重力在半径方向上的分量与大圆环对小环的作用力的矢量和提供小环做圆周运动的向心 力,设小环转过的角度为,如图所示,小环此时的速度为v,大圆环对小环的作用力为N,由功能 关系和圆周运动公式有 mv2=mgR(1-cos ) m =mg cos -N 解出N=3mg cos -2mg 由此可知,当3mg cos 2mg时,N的方向背离大圆环圆心,当3mg cos 2mg时,N的方向指向大圆 环圆

9、心。,2.(2015海南单科,3,3分)假设摩托艇受到的阻力的大小正比于它的速率。如果摩托艇发动机 的输出功率变为原来的2倍,则摩托艇的最大速率变为原来的 ( ) A.4倍 B.2倍 C. 倍 D. 倍,答案 D 因摩托艇受到的阻力f=kv,设原来发动机的输出功率为P,最大速率为vm,输出功率为 2P时,最大速率为vm。由P=Fv=fvm=k 得vm= ,所以 = = ,因此A、B、C错,D对。,3.(2018课标,19,6分)(多选)地下矿井中的矿石装在矿车中,用电机通过竖井运送到地面。某 竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示,其中图线分别描述两次不同 的提升过程,它们变速阶

10、段加速度的大小都相同;两次提升的高度相同,提升的质量相等。不考 虑摩擦阻力和空气阻力。对于第次和第次提升过程, ( ) A.矿车上升所用的时间之比为45 B.电机的最大牵引力之比为21 C.电机输出的最大功率之比为21 D.电机所做的功之比为45,答案 AC 本题考查v-t图像的应用。在v-t图像中,图线的斜率表示物体运动的加速度,而两 次提升过程变速阶段加速度的大小都相同,即在v-t图像中,它们变速阶段对应的图线要么重合, 要么平行,由图中几何关系可得:第次所用时间t= t0,即矿车上升所用时间之比为45,选项 A正确;对矿车受力分析可知,当矿车向上做匀加速直线运动时,电机的牵引力最大,即F

11、-mg= ma,得F=mg+ma,即最大牵引力之比为11,选项B错误;在第次提升过程中,电机输出的最大 功率P1=(mg+ma)v0,在第次提升过程中,电机输出的最大功率P2=(mg+ma) v0,即 = ,选项C 正确;对两次提升过程,由动能定理可知W-mgh=0,即 = ,选项D错误。,易错点拨 瞬时功率与平均功率的区别 瞬时功率对应的是点(位置、时刻);平均功率对应的是段(过程、时间)。本题选项C中的功率 为瞬时功率。,4.(2016课标,21,6分)(多选)如图,小球套在光滑的竖直杆上,轻弹簧一端固定于O点,另一端与 小球相连。现将小球从M点由静止释放,它在下降的过程中经过了N点。已知

12、在M、N两点处, 弹簧对小球的弹力大小相等,且ONM2Wf1 B.WF24WF1,Wf2=2Wf1 C.WF24WF1,Wf2=2Wf1 D.WF24WF1,Wf22Wf1,答案 C WF1= mv2+mg t,WF2= m4v2+mg t,故WF2vB,选项D正确。,考查点 本题考查了牛顿运动定律及其应用、动能定理、弹性势能等知识和分析综合能力, 要求考生能够理清复杂的物理情景中的物理模型。属于较难题。,解题关键 圆环下滑和上滑过程看似对称,其实并不对称,要仔细分析判断运动过程中弹力、 摩擦力和弹性势能的变化,从而弄清运动状态,通过列式比较进行判断。,5.(2012江苏单科,14,16分)某

13、缓冲装置的理想模型如图所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻 杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为f。轻杆向右移动不超过l时,装置 可安全工作。一质量为m的小车若以速度v0撞击弹簧,将导致轻杆向右移动 。轻杆与槽间的 最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且不计小车与地面的摩擦。 (1)若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x; (2)求为使装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度vm; (3)讨论在装置安全工作时,该小车弹回速度v和撞击速度v的关系。,答案 (1) (2) (3)当v 时,v=v 当 v 时,v=,解析 (1)轻杆开始移动时,弹簧的弹力F=kx 且F=f 解得

14、x= (2)设轻杆移动前小车对弹簧所做的功为W,则小车从撞击到停止的过程中由动能定理 有-f -W=0- m 同理,小车以vm撞击弹簧时-fl-W=0- m 解得vm= (3)设轻杆恰好移动时,小车撞击速度为v1 则有 m =W 由解得v1= 当v 时,v=v,当 v 时,v=,1.(2018课标,14,6分)如图,某同学用绳子拉动木箱,使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至 具有某一速度。木箱获得的动能一定 ( ) A.小于拉力所做的功 B.等于拉力所做的功 C.等于克服摩擦力所做的功 D.大于克服摩擦力所做的功,B组 统一命题、省(区、市)卷题组,答案 A 本题考查动能定理。由动能定理可知W拉

15、-Wf=Ek-0,因此,Ek mgR,质点不能到达Q点 C.W= mgR,质点到达Q点后,继续上升一段距离 D.W ,所以EpW- mga,A错误;同理,物块 在B点时,Ep=W-mg(x+a)PB=PD C.PA=PC=PDPB D.PAPC=PDPB,考查点 本题考查了瞬时功率,自由落体运动、平抛与斜抛的理解和处理方法,机械能守恒定 律的应用,速度的分解等内容,综合性强,知识点多,但均为考生熟悉的问题,难度中等。,答案 C 重力的功率P=mgvy,C球和D球下落过程中的竖直分运动与A球的运动相同,均为自 由落体,高度相同,落地瞬间,竖直速度vy相同,故PA=PC=PD。由机械能守恒可知,A

16、、B球落地时 速度大小相等,故B球的竖直分速度vByvA,由此可见PBt2 B.t1W2 D.W1 B.W1 ,所以假设正确,故t=0.3 s。,6.(2017苏北三市三模,14)如图,长为L的轻杆一端连着质量为m的小球,另一端与固定于地面上 O点的铰链相连,初始时小球静止于地面上,边长为L、质量为M的正方体左侧紧靠O点。现在 杆中点处施加一个方向始终垂直杆、大小为 的力F,经过一段时间后撤去F,小球恰好能 到达最高点,不计一切摩擦。求: (1)力F做的功; (2)撤去力F时小球的速度大小;,(3)小球运动到最高点后向右倾倒,当杆与水平面夹角为时正方体的速度大小(正方体和小球 未分开)。,解析

17、 (1)WF-mgL=0 解得WF=mgL (2)撤去F时杆与水平面夹角为, WF= =mgL,= mgL-mgL sin = mv2 解得v= (3)杆与水平面夹角为时,小球速度为v1,则正方体速度v2=v1 sin mg(L-L sin )= m + M 解得v2=,答案 (1)mgL (2) (3),考点三 机械能守恒定律 功能关系 1.(2018江苏如东中学、姜堰中学等五校联考,4)一物体静止在水平地面上,在竖直向上的拉力 F的作用下开始向上运动,如图甲所示,在物体运动过程中,空气阻力不计,其机械能E与位移x的 关系图像如图乙所示,其中图线上点A处切线的斜率最大。则 ( ) A.在x1

18、处物体所受拉力最大 B.在x2处物体的速度最大 C.在x1x3过程中,物体的动能一直减小 D.在0x2过程中,物体的加速度先增大后减小,答案 A 由功能关系有E=Fx,可见E-x图线上各点切线的斜率表示F,故A项正确。由牛顿第 二定律F-mg=ma结合E-x图像可知,x1x2过程中物体先做加速度减小的变加速运动,再做加速度 增大的变减速运动,x2之后为竖直上抛运动,故B、C、D均错。,2.(2017江苏四市一模)物体做自由落体运动,Ek代表动能,Ep代表势能,h代表下落的距离,以水平 地面为零势能面。下列所示图像中,能正确反映各物理量之间关系的是 ( ),答案 B 设物体最初距地面的高度为H,

19、则Ep=mgH-mg gt2,可见Ep-t图像应为开口向下的抛 物线,故A错。由Ep=mgH- mv2可见B正确。由Ep=mgH-Ek可知Ep-Ek图线为直线,故C错。由Ep= mgH-mgh,可见Ep-h图线为直线,故D错。,3.(2017江苏金陵中学期中)如图所示,质量为M的车停在光滑水平面上,质量为m的小球用长为 L的细绳悬挂在小车上。将小球拉至水平方向后由静止释放。小球运动到最低点时速度为v, 则在小球下落过程中 ( ) A.小球的机械能守恒 B.合外力对小球所做的功为mgL C.绳子的拉力对小球所做的功为mv2/2 D.小球克服绳子的拉力做功为mgL-mv2/2,答案 D 在小球向下

20、运动的同时,车也运动,细绳对小球做功不为零。小球与小车组成的系 统机械能守恒,小球的机械能不守恒,故A错。对小球应用动能定理:WT+mgL= mv2,则WT= mv2 -mgL,而小球克服绳子的拉力做功为-WT,由此可见,B、C均错,D正确。,4.(2018江苏南京、盐城一模联考,8)(多选)如图所示,光滑细杆上套有两个质量均为m的小球, 两球之间用轻质弹簧相连,弹簧原长为L,用长为2L的细线连接两球。现将质量为M的物块用 光滑的钩子挂在细线上,从细线绷直开始释放,物块向下运动。则物块 ( ) A.运动到最低点时,小球的动能为零 B.速度最大时,弹簧的弹性势能最大 C.速度最大时,杆对两球的支

21、持力为(M+2m)g D.运动到最低点时,杆对两球的支持力小于(M+2m)g,答案 AC 对物块受力分析可知,物块向下先做加速度减小的变加速运动,再做加速度增大 的变减速运动,加速度为零时速度最大,此时对整个系统分析,由平衡条件有2FN=Mg+2mg,由此 可见,C正确。物块运动到最低点时速度为零,弹簧压缩至最短,弹性势能最大,两小球的速度为 零,物块的加速度方向竖直向上,处于超重状态,综上分析可见,A正确,B、D均错。,解题要点 物块先加速后减速,所受合外力为零时速度最大。,5.(2018江苏无锡期末,9)(多选)如图,质量分别为m1、m2的两物块A、B通过一轻质弹簧连接,静 止放置在光滑水

22、平面上,弹簧开始时处于原长,运动过程中始终处在弹性限度内。t1=0时刻在A 上施加一个水平向左的恒力F,t2=t时刻弹簧第一次恢复到原长状态,此时A、B速度分别为v1和 v2。则t1到t2时间内 ( ) A.A、B和弹簧组成的系统的机械能先增大后减小 B.当A的加速度为零时,B的加速度为 C.当弹簧的弹性势能最大时,两物块速度相等 D.物块B移动的距离为,答案 CD 恒力F始终对系统做正功,故系统的机械能一直增大,A选项错。A的加速度为零 时,弹簧的弹力等于F,故B的加速度aB= ,B选项错。A先加速后减速运动,B一直加速运动,所 以,当A、B速度相等时,A与B之间的距离最大,弹簧伸长量最大,

23、弹性势能最大,故C选项正确。t 1到t2的过程中,A、B移动的距离相等,设为x,对A应用动能定理有Fx-W弹= m1 ;对B应用动能定 理有W弹= m2 ;两式联立解得x= ,故D选项正确。,解题思路 由功能关系分析系统机械能变化情况;分别分析A和B的运动情况,确定弹性势能的 变化。,6.(2016苏北四市一模,9)(多选)如图所示,半径为R的竖直光滑圆弧轨道与光滑水平面相切,质 量均为m的小球A、B与轻杆连接,置于圆轨道上,A位于圆心O的正下方,B与O等高。它们由静 止释放,最终在水平面上运动。下列说法正确的是 ( ) A.下滑过程中重力对B做功的功率先增大后减小 B.当B滑到圆弧轨道最低点

24、时,轨道对B的支持力大小为3mg C.下滑过程中B的机械能增加 D.整个过程中轻杆对A做的功为 mgR,答案 AD 对于B球,开始速度为零,故重力的瞬时功率为零;当下滑到水平面上时,重力方向 与速度方向垂直,故重力的瞬时功率也为零,而在圆弧上下滑的过程中,重力对B做功的功率不 为零,故A正确。A、B两球组成的系统机械能守恒:mgR= 2mv2,则v= ,A球的机械能增加, B球的机械能应该减少,杆对A做的功等于A机械能的增加量, mv2= mgR,故C错,D正确。B球 在最低点时有:FN-mg=m ,则FN=2mg,故B错。,7.(2016苏北三市联考,14)光滑管状轨道ABC由直轨道AB和圆

25、弧形轨道BC组成,二者在B处相 切并平滑连接,O 为圆心,O、A在同一条水平线上,OC竖直。一直径略小于圆管直径的质量为 m的小球,用细线穿过管道与质量为M的物块连接,将小球由A点静止释放,当小球运动到B处时 细线断裂,小球继续运动。已知圆弧形轨道的半径为R= m,所对应的圆心角为53,sin 53=0. 8,g=10 m/s2。 (1)若M=5m,求小球在直轨道部分运动时的加速度大小。 (2)若M=5m,求小球从C点抛出后下落高度h= m时到C点的水平位移。 (3)M、m满足什么关系时,小球能够运动到C点?,答案 (1)7 m/s2 (2) m (3)M m,解析 (1)设细线中张力为F,对

26、小球:F-mg sin 53=ma 对物块:Mg-F=Ma 联立解得a=7 m/s2 (2)由几何关系得xAB= 由v2=2axAB,解得v=2 m/s 从B到C,根据机械能守恒,有 mv2= m +mgR(1-cos 53) 小球离开C后做平抛运动,x=vCt h= gt2 解得x= m (3)小球由AB:物块、小球系统机械能守恒 (M+m)v2=MgxAB-mgxAB sin 53 线断后,小球由BC,vC0 m - mv2=-mgR(1-cos 53),联立解得M m,1.(2018江苏如东中学、姜堰中学等五校联考,12改编)倾角为37的光滑斜面上固定一个槽,劲 度系数k=20 N/m、

27、原长l0=0.6 m的轻弹簧下端与轻杆相连,开始时杆在槽外的长度l=0.3 m且杆 可在槽内移动,杆与槽间的滑动摩擦力大小Ff=6 N,杆与槽之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦 力。质量m=1 kg的小车从距弹簧上端L=0.6 m处由静止释放沿斜面向下运动。已知弹性势能 Ep= kx2,式中x为弹簧的形变量。g=10 m/s2,sin 37=0.6。关于小车和杆的运动情况,下列说法 不正确的是 ( ),B组 20162018年高考模拟综合题组 (时间：30分钟 分值：6分),一、选择题（每题3分，共6分）,A.小车先做匀加速运动,后做加速度逐渐减小的变加速运动 B.小车先做匀加速运动,然后做加速度

28、逐渐减小的变加速运动,最后做匀速直线运动 C.杆刚要滑动时小车通过的位移为0.9 m D.杆从开始运动到完全进入槽内所用时间为0.1 s,答案 A 小车压缩弹簧前做匀加速运动,小车压缩弹簧时,弹力逐渐增大,故小车做加速度逐 渐减小的变加速运动,当小车所受合力为零时,弹簧弹力F1=mg sin 37=6 N,而Ff=6 N,故之后小 车、弹簧及轻杆组成的系统一起做匀速直线运动,所以A错,B正确。由kx=6 N解得x=0.3 m,故 C正确。轻杆运动前,小车和弹簧组成的系统机械能守恒,故有mg(L+x) sin 37= mv2+ kx2,代 入数据解得v=3 m/s,则杆完全进入槽内的时间t= =

29、0.1 s,故D正确。综上可见应选A。,温馨提示 对于“轻弹簧”和“轻杆”模型,它们的速度大小可以突变,如本题中的“轻杆” 由静止突变为以3 m/s速度运动,这种现象对于质量不能忽略的物体,是不可思议的,所以,掌握 高中物理中一些理想化物理模型的特点,对分析、解题很重要!,2.(2016苏北四市期中,6)某踢出的足球在空中运动轨迹如图所示,足球可视为质点,空气阻力不 计。用v、E、Ek、P分别表示足球的速率、机械能、动能和重力的瞬时功率大小,用t表示足 球在空中的运动时间,下列图像中可能正确的是 ( ),答案 D 足球在空中运动的速率应该先减小后增大,故A错。足球在空中运动过程中机械能 守恒,

30、故B错。由机械能守恒有Ek=Ek0-mgh=Ek0-mg =Ek0+ mg2t2-mgv0yt,Ek-t图像应为 开口向上的抛物线,故C错。重力的瞬时功率大小P=|mgvy|=|mg(v0y-gt)|,P与t成线性关系,且P的 大小符合先减小后增大的规律,故D正确。,考查点 本题考查速率、机械能、动能、功率等知识,要求考生有较高的综合分析能力和识 图能力,属于中等难度题。,解题关键 选择恰当的物理原理,写出所要研究的物理量与时间的函数关系式,是解决本题的 关键。定量与定性相结合分析图像问题,更能事半功倍。,3.(2018江苏苏锡常镇四市联考,8)如图所示,MN为半圆环MQN的水平直径。现将甲、

31、乙两个 相同的小球分别在M、N两点同时以v1、v2的速度水平抛出,两小球刚好落在圆环上的同一 点Q,不计空气阻力。则下列说法正确的是 ( ) A.落到Q点时,甲、乙两小球重力的瞬时功率相等 B.乙球落到圆环时的速度有可能沿OQ方向 C.若仅增大v1,则两小球一定能在落到圆环前相遇 D.从抛出到落到Q点的过程中,甲球动能的增加量比乙球的小,二、多项选择题(每小题4分,共12分),答案 AC 因落到Q点时两球的竖直高度相同,则竖直速度相同,根据P=mgvy可知,重力的瞬 时功率相同,选项A正确;根据推论,做平抛运动物体的速度方向的反向延长线应该过水平位移 的中点,因O点不是水平位移的中点,则乙球落到圆环时的速度不可能沿OQ方向,选项B错误; 因两球的水平距离一定,根据2R=(v1+v2)t,若仅增大v1,则两小球相遇的时间缩短,相遇