届高三物理北京版一轮复习教师用书专题六 机械能Word格式文档下载.docx

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3

牛顿第二定律

科学推理

动能定理

及其应用

动能和动能定理的应用

2015北京理综,18,6分

动量、冲量

★★★

2013北京理综,23,18分

机械能守恒

定律和功能

关系

机械能守恒定律的应用

2017课标Ⅱ,17,6分

平抛运动

能量观念

功能关系的理解和应用

弹力做功、弹性势能

分析解读　　近几年内对本专题内容的考查频率很高,且主要以计算题的形式呈现。

主要以运动情景和运动图像为依托,重点考查考生对相关核心概念的理解和认识,以及情景分析、提取信息、应用基本规律分析和推理计算的能力。

预计今后的高考中这种考查形式和方向还会继续。

【真题典例】

破考点

【考点集训】

考点一　功和功率

1.如图所示,一个小物块由静止开始从同一高度沿倾角不同的斜面下滑至斜面底端,若斜面都是光滑的,则下列说法正确的是（　　）

A.小物块滑到底端所用时间相同

B.小物块滑到底端时的动能相同

C.下滑过程中重力的平均功率相同

D.滑到底端时重力的瞬时功率相同

答案　B

2.汽车从静止开始先做匀加速直线运动,然后做匀速直线运动,汽车所受阻力恒定,下列汽车功率P与时间t的关系图像中,能描述上述过程的是（　　）

答案　C

3.（多选）将一质量为m的排球竖直向上抛出,它上升了H高度后落回抛出点。

设排球运动过程中受到方向与运动方向相反、大小恒为f的空气阻力作用,已知重力加速度为g,且f<

mg。

不考虑排球的转动,则下列说法中正确的是（　　）

A.排球运动过程中的加速度始终小于g

B.排球从抛出至上升到最高点的过程中,机械能减少了fH

C.排球整个上升过程克服重力做的功大于整个下降过程重力做的功

D.排球整个上升过程克服重力做功的平均功率大于整个下降过程重力做功的平均功率

答案　BD

4.我国高速铁路使用的和谐号动车组是由动车和拖车编组而成,提供动力的车厢叫动车,不提供动力的车厢叫拖车。

某列动车组由8节车厢组成,其中车头第1节、车中第5节为动车,其余为拖车,假设每节动车和拖车的质量均为m=2×

104kg,每节动车提供的最大功率P=600kW。

（g=10m/s2）

（1）假设行驶过程中每节车厢所受阻力f大小均为车厢重力的0.01,若该动车组从静止以加速度a=0.5m/s2加速行驶。

a.求此过程中,第5节和第6节车厢间作用力大小;

b.以此加速度行驶时所能持续的时间。

（2）若行驶过程中动车组所受阻力与速度成正比,两节动车带6节拖车的动车组所能达到的最大速度为v1。

为提高动车组速度,现将动车组改为4节动车带4节拖车,则动车组所能达到的最大速度为v2,求v1与v2的比值。

答案　

（1）a.3.6×

104N　b.25s　

（2）

考点二　动能定理及其应用

5.如图所示,水平传送带在电动机带动下始终保持以速度v匀速运动,某时刻一质量为m的物块轻放在传送带的左端。

在物块放上传送带到物块与传送带相对静止的过程中,下列说法正确的是（　　）

A.传送带对物块所做的功为-

mv2

B.物块对传送带所做的功为

C.物块与传送带间由于摩擦而产生的热量为mv2

D.由于传送该物块电动机需要多做的功为mv2

答案　D

6.如图所示,粗糙程度处处相同的半圆形竖直轨道固定放置,其半径为R,直径POQ水平。

一质量为m的小物块（可视为质点）自P点由静止开始沿轨道下滑,滑到轨道最低点N时,小物块对轨道的压力大小为2mg,g为重力加速度的大小。

则下列说法正确的是（　　）

A.小物块到达最低点N时的速度大小为

B.小物块从P点运动到N点的过程中重力做功为

mgR

C.小物块从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功为

D.小物块从P点开始运动经过N点后恰好可以到达Q点

7.动能定理描述了力对物体作用在空间上累积的效果,是力学中的重要规律。

如图所示,一个质量为m的物体,初速度为v0,在水平合外力F（恒力）的作用下,运动一段距离x后,速度变为vt。

请根据上述情境,利用牛顿第二定律推导动能定理,并写出动能定理表达式中等号两边物理量的物理意义。

答案　根据牛顿第二定律有F=ma

由运动学规律有

-

=2ax

解得合外力做功W=Fx=

m

即动能定理

W=Fx表示物体所受合外力对物体所做的功

表示该过程中物体动能的变化

8.为节约能源,设计者在建造电动公交车车站时,设想将车站站台建得高些,这样车辆进站时,通过上坡将动能转换为重力势能,出站时通过下坡将重力势能转换为动能,达到节约能源的目的,如图所示。

若已知两侧斜坡的坡长均为x,坡高为h,重力加速度为g,车辆的质量为m,进站车辆到达坡下A处时的速度为v0,此时切断电动机的电源。

（1）车辆在上坡过程中,若只考虑重力和轨道的支持力作用,求车辆“冲”到站台上的速度。

（2）实际上车辆上坡时,还受到其他阻力作用,则要使车辆能“冲”上站台,求车辆克服其他阻力做功的最大值。

答案　

（1）车辆上坡过程,机械能守恒,设车辆“冲”上站台的速度为v,则有:

0+

=mgh+

解得:

v=

（2）车辆上坡过程,受到其他阻力作用,当车辆“冲”到站台上的速度为零时,克服阻力做功最多,设为Wf,由动能定理有:

-（mgh+Wf）=0-

Wf=

-mgh

考点三　机械能守恒定律和功能关系

9.（多选）一个人竖直向上提着10kg的物体,以2m/s的速度斜向上（运动方向与水平方向成30°

）匀速直线运动,g取10m/s2,以下说法正确的是（　　）

A.人对物体做的功为零

B.人对物体做功的功率为100

W

C.物体的机械能每秒钟增加100J

D.物体的重力势能每秒钟增加100J

答案　CD

10.能量转化和守恒是自然界中一条普遍规律。

请结合相关知识完成以下问题:

机械运动中的能量转化和守恒。

如图所示,一光滑斜面固定在水平面上,斜面倾角为θ,长度为L。

一质量为m的小物块由静止开始从斜面顶端滑到底端,求此过程中重力做的功,并说明能量转化情况。

答案　物块下滑过程中重力做功WG=mgLsinθ

重力势能转化为物块的动能,总的机械能保持不变。

11.滑板运动是青少年喜爱的一项活动。

如图所示,滑板运动员（连同滑板）以某一初速度从A点水平离开h=0.8m高的平台,运动员（连同滑板）恰好能无碰撞地从B点沿圆弧切线进入竖直光滑圆弧轨道,然后经C点沿固定斜面向上运动至最高点D。

圆弧轨道的半径为1m,B、C为圆弧的两端点,其连线水平,圆弧对应圆心角θ=106°

斜面与圆弧相切于C点。

已知滑板与斜面间的动摩擦因数为μ=

g=10m/s2、sin37°

=0.6,cos37°

=0.8,不计空气阻力,运动员（连同滑板）质量为50kg,可视为质点,求:

（1）运动员（连同滑板）离开平台时的初速度v0。

（2）运动员（连同滑板）通过圆弧轨道最低点时对轨道的压力。

（3）运动员（连同滑板）在斜面上滑行的最大距离。

答案　

（1）3m/s　

（2）2150N　（3）1.25m

炼技法

【方法集训】

方法1　机车启动问题的分析方法

1.汽车在平直公路上匀速行驶,t1时刻司机减小油门使汽车的功率立即减小一半,并保持该功率继续行驶,到t2时刻,汽车又恢复了匀速行驶（设整个过程中汽车所受的阻力大小不变）。

以下说法中正确的是（　　）

A.①图描述了汽车的速度在这个过程中随时间的变化情况

B.②图描述了汽车的速度在这个过程中随时间的变化情况

C.③图描述了汽车的牵引力在这个过程中随时间的变化情况

D.④图描述了汽车的牵引力在这个过程中随时间的变化情况

答案　A

2.图为修建高层建筑常用的塔式起重机。

在起重机将质量m=5×

103kg的重物竖直吊起的过程中,重物由静止开始向上做匀加速直线运动,加速度a=0.2m/s2,当起重机输出功率达到其允许的最大值时,保持该功率直到重物做vm=1.02m/s的匀速运动。

取g=10m/s2,不计额外功。

求:

（1）起重机允许输出的最大功率。

（2）重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。

答案　

（1）5.1×

104W

（2）5s　2.04×

方法2　巧用动能定理求总路程的方法

3.质量为3×

106kg的列车,在恒定的额定功率下,沿平直的轨道由静止出发,在运动过程中受到的阻力恒定,经1×

103s后达到最大行驶速度72km/h。

此时司机关闭发动机,列车继续滑行4km停下来。

（1）关闭发动机后列车加速度的大小;

（2）列车在行驶过程中所受阻力的大小;

（3）列车的额定功率;

（4）列车在加速过程中通过的距离。

答案　

（1）0.05m/s2　

（2）1.5×

105N　（3）3×

106W　（4）16km

方法3　机械能守恒定律相关公式的选用方法

4.（多选）如图,一轻质弹簧的一端固定于O点,另一端系一重物,将重物从与悬挂点等高的地方无初速度释放,让其自由摆下,不计空气阻力,重物在摆向最低点的过程中（　　）

A.重物重力势能减小

B.重物重力势能与动能之和增大

C.重物的机械能不变

D.重物的机械能减少

答案　AD

5.把小球放在竖立的弹簧上,并把球往下按至A位置,如图甲所示。

迅速松手后,球升高至最高位置C（图丙）,途中经过B位置时弹簧正处于原长（图乙）。

忽略弹簧的质量和空气阻力。

则小球从A位置运动到C位置的过程中,下列说法正确的是（　　）

A.经过B位置时小球的加速度为0

B.经过B位置时小球的速度最大

C.小球、地球、弹簧所组成系统的机械能守恒

D.小球、地球、弹簧所组成系统的机械能先增大后减小

6.跳台滑雪是滑雪爱好者喜欢的一种运动,某滑雪轨道可以简化成如图所示的示意图。

其中助滑雪道CB段与水平方向间的夹角α=30°

BO段是水平起跳台,OA段是着陆雪道,CB段与BO段用一小段光滑圆弧相连,运动员从助滑雪道CB上的C点在自身重力作用下由静止开始运动,滑到O点后水平飞出,不计空气阻力,经2s在水平方向飞行了40m,落在着陆雪道上的A点,已知运动员和装备的总质量为50kg,C点与O点间的竖直高度为25m（g取10m/s2）,求:

（1）运动员离开O点时的速度大小v0;

（2）运动员即将落到A点时的速度大小vt;

（3）运动员经过CO段过程中减少的机械能E。

答案　

（1）运动员离开O点时的速度v0=

代入数据解得v0=20m/s

（2）运动员即将着陆时水平速度v0=20m/s

竖直速度vy=gt=20m/s

vt=

解得vt=20

m/s

（3）整个过程产生的热能即CO段损失的机械能

由功能关系得mgh=

+E

代入数据解得E=2500J

方法4　巧用功能关系处理问题

7.（多选）如图甲所示,轻弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上,一质量为m的小球,从离弹簧上端高h处由静止释放。

某同学在研究小球落到弹簧上后继续向下运动到最低点的过程,他以小球开始下落的位置为原点,沿竖直向下方向建立坐标轴Ox,作出小球所受弹力F大小随小球下落的位置坐标x的变化关系