专题06 机械能守恒定律 功能关系命题猜想高考物理命题猜想与仿真押题原卷版Word文档下载推荐.docx
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【变式探究】
(2016·
四川理综·
1)韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员.他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功1900J,他克服阻力做功100J.韩晓鹏在此过程中( )
A.动能增加了1900J
B.动能增加了2000J
C.重力势能减小了1900J
D.重力势能减小了2000J
【感悟提升】
(1)机械能守恒定律的三种表达式
①守恒观点:
Ek1+Ep1=Ek2+Ep2
②转化观点:
ΔEp=-ΔEk
③转移观点:
ΔEA增=ΔEB减
(2)机械能守恒定律解题的基本思路
①选取研究对象——物体系或物体.
②根据研究对象所经历的物理过程,进行受力、做功分析,判断机械能是否守恒.
③恰当地选取参考平面,确定研究对象初末态时的机械能.
④灵活选取机械能守恒的表达式列机械能守恒定律方程.
⑤解方程,统一单位,进行运算,求出结果,进行检验.
【变式探究】(多选)如图所示,物体A的质量为M,圆环B的质量为m,通过轻绳连接在一起,跨过光滑的定滑轮,圆环套在光滑的竖直杆上,设杆足够长.开始时连接圆环的绳处于水平,长度为l,现从静止释放圆环.不计定滑轮和空气的阻力,以下说法正确的是( )
A.当M=2m时,l越大,则圆环m下降的最大高度h越大
B.当M=2m时,l越大,则圆环m下降的最大高度h越小
C.当M=m时,且l确定,则圆环m下降过程中速度先增大后减小到零
D.当M=m时,且l确定,则圆环m下降过程中速度一直增大
【命题热点突破二】功能关系的应用
例2、【2017·
天津卷】“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮,是天津市的地标之一。
摩天轮悬挂透明座舱,乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动。
下列叙述正确的是
A.摩天轮转动过程中,乘客的机械能保持不变
B.在最高点,乘客重力大于座椅对他的支持力
C.摩天轮转动一周的过程中,乘客重力的冲量为零
D.摩天轮转动过程中,乘客重力的瞬时功率保持不变
【变式探究】
全国甲卷·
25)轻质弹簧原长为2l,将弹簧竖直放置在地面上,在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放,当弹簧被压缩到最短时,弹簧长度为l.现将该弹簧水平放置,一端固定在A点,另一端与物块P接触但不连接.AB是长度为5l的水平轨道,B端与半径为l的光滑半圆轨道BCD相切,半圆的直径BD竖直,如图5所示.物块P与AB间的动摩擦因数μ=0.5.用外力推动物块P,将弹簧压缩至长度l,然后放开,P开始沿轨道运动,重力加速度大小为g.
图5
(1)若P的质量为m,求P到达B点时速度的大小,以及它离开圆轨道后落回到AB上的位置与B点之间的距离;
(2)若P能滑上圆轨道,且仍能沿圆轨道滑下,求P的质量的取值范围.
【感悟提升】解决功能关系问题应注意的三个方面
1.分析清楚是什么力做功,并且清楚该力做正功,还是做负功;
根据功能之间的对应关系,判定能的转化形式,确定能量之间的转化情况.
2.也可以根据能量之间的转化情况,确定是什么力做功,尤其是可以方便计算变力做功的多少.
3.功能关系反映了做功和能量转化之间的对应关系,功是能量转化的量度和原因,在不同问题中的具体表现不同.
【变式探究】我国相继完成“神十”与“天宫”对接、“嫦娥”携“玉兔”落月两大航天工程.某航天爱好者提出“玉兔”回家的设想:
如图,将携带“玉兔”的返回系统由月球表面发射到h高度的轨道上,与在该轨道绕月球做圆周运动的飞船对接,然后由飞船送“玉兔”返回地球.设“玉兔”质量为m,月球半径为R,月面的重力加速度为g月.以月面为零势能面,“玉兔”在h高度的引力势能可表示为Ep=
,其中G为引力常量,M为月球质量.若忽略月球的自转,从开始发射到对接完成需要对“玉兔”做的功为( )
A.
(h+2R)B.
(h+
R)
C.
D.
【命题热点突破三】用动力学和能量观点解决传送带问题
例3、如图所示,质量为m的物体在水平传送带上由静止释放,传送带由电动机带动,始终保持以速率v匀速运动,物体与传送带间的动摩擦因数为μ,物体过一会儿能保持与传送带相对静止,对于物体从静止释放到相对传送带静止这一过程下列说法正确的是( )
A.电动机多做的功为
mv2
B.摩擦力对物体做的功为
C.电动机增加的功率为μmgv
D.传送带克服摩擦力做功为
(1)传送带模型题的分析流程:
(2)皮带问题中的功能关系:
传送带做的功WF=Fl带,功率P=Fv带;
摩擦力做功W摩=F摩l;
物体与皮带间摩擦生热Q=Ffl相对.
(3)如质量为m的物体无初速度放在水平传送带上,最终与传送带共速,则在整个加速过程中物体获得的动能Ek及因摩擦而产生的热量Q,有如下关系:
Ek=Q=
mv
.
【变式探究】如图所示,轮半径r=10cm的传送带,水平部分AB的长度L=1.5m,与一圆心在O点、半径R=1m的竖直光滑圆轨道的末端相切于A点,AB高出水平地面H=1.25m,一质量m=0.1kg的小滑块(可视为质点),由圆轨道上的P点从静止释放,OP与竖直线的夹角θ=37°
.已知sin37°
=0.6,cos37°
=0.8,g=10m/s2,滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.1,不计空气阻力.
(1)求滑块对圆轨道末端的压力;
(2)若传送带一直保持静止,求滑块的落地点与B间的水平距离;
(3)若传送带以v0=0.5m/s的速度沿逆时针方向运行(传送带上部分由B到A运动),求滑块在传送带上滑行过程中产生的内能.
【高考真题解读】
1.【2017·
新课标Ⅱ卷】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
2.【2017·
江苏卷】一小物块沿斜面向上滑动,然后滑回到原处.物块初动能为
,与斜面间的动摩擦因数不变,则该过程中,物块的动能
与位移
的关系图线是
3.【2017·
新课标Ⅲ卷】如图,一质量为m,长度为l的均匀柔软细绳PQ竖直悬挂。
用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点,M点与绳的上端P相距
。
重力加速度大小为g。
在此过程中,外力做的功为
A.
B.
C.
D.
4.【2017·
5.【2017·
新课标Ⅱ卷】如图,半圆形光滑轨道固定在水平地面上,半圆的直径与地面垂直。
一小物块以速度
从轨道下端滑入轨道,并从轨道上端水平飞出,小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半径有关,此距离最大时。
对应的轨道半径为(重力加速度大小为g)
C.
D.
6.【2017·
江苏卷】如图所示,三个小球A、B、C的质量均为m,A与B、C间通过铰链用轻杆连接,杆长为L,B、C置于水平地面上,用一轻质弹簧连接,弹簧处于原长.现A由静止释放下降到最低点,两轻杆间夹角α由60°
变为120°
,A、B、C在同一竖直平面内运动,弹簧在弹性限度内,忽略一切摩擦,重力加速度为g.则此下降过程中
(A)A的动能达到最大前,B受到地面的支持力小于
mg
(B)A的动能最大时,B受到地面的支持力等于
(C)弹簧的弹性势能最大时,A的加速度方向竖直向下
(D)弹簧的弹性势能最大值为
mgL
7.【2017·
1.(2016·
全国Ⅰ,25,18分)如图所示,一轻弹簧原长为2R,其一端固定在倾角为37°
的固定直轨道AC的底端A处,另一端位于直轨道上B处,弹簧处于自然状态.直轨道与一半径为
R的光滑圆弧轨道相切于C点,
=7R,A、B、C、D均在同一竖直平面内.质量为m的小物块P自C点由静止开始下滑,最低到达E点(未画出).随后P沿轨道被弹回,最高到达F点,
=4R.已知P与直轨道间的动摩擦因数μ=
,重力加速度大小为g.(取sin37°
=
,cos37°
)
(1)求P第一次运动到B点时速度的大小.
(2)求P运动到E点时弹簧的弹性势能.
(3)改变物块P的质量,将P推至E点,从静止开始释放.已知P自圆弧轨道的最高点D处水平飞出后,恰好通过G点.G点在C点左下方,与C点水平相距
R、竖直相距R.求P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量.
2.(2016·
江苏物理,14,16分)如图所示,倾角为α的斜面A被固定在水平面上,细线的一端固定于墙面,另一端跨过斜面顶端的小滑轮与物块B相连,B静止在斜面上.滑轮左侧的细线水平,右侧的细线与斜面平行.A、B的质量均为m.撤去固定A的装置后,A、B均做直线运动.不计一切摩擦,重力加速度为g.求:
(1)A固定不动时,A对B支持力的大小N;
(2)A滑动的位移为x时,B的位移大小s;
(3)A滑动的位移为x时的速度大小vA.
3.(2016·
四川理综,1,6分)韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员.他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功1900J,他克服阻力做功100J.韩晓鹏在此过程中( )
A.动能增加了1900J
B.动能增加了2000J
C.重力势能减小了1900J
D.重力势能减小了2000J
4.(2016·
全国Ⅱ,21,6分)(多选)如图所示,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.已知在M、N两点处,弹簧对小球的弹力大小相等,且∠ONM<
∠OMN<
.在小球从M点运动到N点的过程中( )
A.弹力对小球先做正功后做负功
B.有两个时刻小球的加速度等于重力加速度
C.弹簧长度最短时,弹力对小球做功的功率为零
D.小球到达N点时的动能等于其在M、N两点的重力势能差
1.(2015·
四川理综,1,6分)在同一位置以相同的速率把三个小球分别沿水平、斜向上、斜向下方向抛出,不计空气阻力,则落在同一水平地面时的速度大小( )
A.一样大B.水平抛的最大
C.斜向上抛的最大D.斜向下抛的最大
2.(2015·
新课标全国Ⅱ,21,6分)(多选)如图,滑块a、b的质量均为m,a套在固定竖直杆上,与光滑水平地面相距h,b放在地面上,a、b通过铰链用刚性轻杆连接,由静止开始运动,不计摩擦,a、b可视为质点,重力加速度大小为g.则( )
A.a落地前,轻杆对b一直做正功
B.a落地时速度大小为
C.a下落过程中,其加速度大小始终不大于g
D.a落地前,当a的机械能最小时,b对地面的压力大小为mg
3.(2014·
安徽理综,15,6分)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点以初速率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,t1>t2B.v1<
v2,t1>
t2
C.v1=v2,t1<
t2D.v1<
v2,t1<
4.(2014·
上海单科,11,3分)静止在地面上的物体在竖直向上的恒力作用下上升,在某一高度撤去恒力.不计空气阻力,在整个上升过程中,物体机械能随时间变化关系是( )
5.(2015·
江苏单科,9,4分)(多选)如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长.圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC=h.圆环在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A.弹簧始终在弹性限度内,重力加速度为g.则圆环( )
A.下滑过程中,加速度一直减小
B.下滑过程中,克服摩擦力做的功为
C.在C处,弹簧的弹性势能为
mv2-mgh
D.上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度
6.(2014·
广东理综,16,4分)如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图,图中①和②为楔块,③和④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
7.(2014·
福建理综,18,6分)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
8.(2015·
福建理综,21,19分)如图,质量为M的小车静止在光滑水平面上,小车AB段是半径为R的四分之一圆弧光滑轨道,BC段是长为L的水平粗糙轨道,两段轨道相切于B点.一质量为m的滑块在小车上从A点由静止开始沿轨道滑下,重力加速度为g.
(1)若固定小车,求滑块运动过程中对小车的最大压力;
(2)若不固定小车,滑块仍从A点由静止下滑,然后滑入BC轨道,最后从C点滑出小车.已知滑块质量m=
,在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,滑块与轨道BC间的动摩擦因数为μ,求:
①滑块运动过程中,小车的最大速度大小vm;
②滑块从B到C运动过程中,小车的位移大小s.
9.(2015·
北京理综,23,18分)如图所示,弹簧的一端固定,另一端连接一个物块,弹簧质量不计.物块(可视为质点)的质量为m,在水平桌面上沿x轴运动,与桌面间的动摩擦因数为μ.以弹簧原长时物块的位置为坐标原点O,当弹簧的伸长量为x时,物块所受弹簧弹力大小为F=kx,k为常量.
(1)请画出F随x变化的示意图;
并根据F-x图象求物块沿x轴从O点运动到位置x的过程中弹力所做的功;
(2)物块由x1向右运动到x3,然后由x3返回到x2,在这个过程中,
a.求弹力所做的功,并据此求弹性势能的变化量;
b.求滑动摩擦力所做的功;
并与弹力做功比较,说明为什么不存在与摩擦力对应的“摩擦力势能”的概念.
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