【物理】2020届一轮复习人教版 机械能守恒定律学案
专题六 机械能守恒定律
挖命题
【考情探究】
考点
考向
5年考情
预测热度
考试要求
考题示例
关联考点
素养要素
功和功率
追寻守恒量——能量
b
2015.10选考,5,3分
能量观念
★☆☆☆☆
功
c
2015.10选考,10,3分
2016.10选考,4,3分
2018.06学考,15,2分
运动的合成与分解
科学论证
★★★☆☆
功率
c
2017.11选考,10,3分
2017.11选考,13,3分
科学论证
★★★★☆
动能、动
能定理
动能和动能定理
d
2015.10选考,8,3分
2016.10选考,19,12分
2017.04选考,19,12分
2017.11选考,19,12分
2018.04选考,19,12分
2018.06学考,23,9分
2018.11选考,20,12分
牛顿运动定律、
曲线运动
证据意识
★★★★☆
势能、机
械能守恒
定律
重力势能
c
2016.04选考,2,3分
2016.10选考,4,3分
2018.04选考,13,3分
功
能量观念
★★★☆☆
弹性势能
b
2016.10选考,19,3分
2018.11选考,5,3分
能量守恒定律
能量观念
★★★★☆
机械能守恒定律
d
2016.10选考,4,3分
2016.10选考,19,12分
2017.04选考,12,3分
2018.11选考,10,2分
2018.11选考,19,9分
牛顿运动定律、
曲线运动
能量观念
★★★★☆
功能关系、能量守恒
定律
能量守恒定律与能源
c
2015.10选考,10,3分
2016.04选考,12,3分
电能
能量观念
★★★★☆
分析解读 本专题包括功和功率、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律等高中物理主干内容。本专题知识与平抛运动、圆周运动、电磁感应等考点综合,以选择题、计算题的形式考查,是选考的热点和重点之一,其中应用动能定理、功能关系研究实际问题是选考的重点和难点。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 功和功率
1.(2019届浙江教育绿色评价联盟适应性考试,7)拍拍球是中小学生喜欢玩的游戏,某同学在玩的过程中发现,让球由静止下落并自由反弹,弹起的最大高度比原来低20cm,为了让球每次都能弹回到原来的高度,当球回到最高点时,向下拍打一次球,每分钟拍打100次,球的质量约为500g。则该同学拍打小球的平均功率约为(g取10m/s2)( )
A.3.5W B.1.7W C.35W D.200W
答案 B
2.(2019届浙江温州九校10月第一次联考,12)据《科技日报》2018年7月17日报道,上海中车公司生产的全球最大马力无人遥控潜水器近日在上海下线。该潜水器自重5×103kg,主要用于深海搜寻和打捞等。若在某次作业中,潜水器将4×103kg的高密度重物从3000m深的海底一起匀速提升到了海面,已知提升过程中潜水器的机械功率恒为180kW,水对潜水器的浮力和阻力相互平衡, 影响可以忽略不计,则提升的时间约为(g取10m/s2)( )
A.0.5×103s B.1.0×103s
C.1.5×103s D.2.0×103s
答案 C
3.(2017浙江11月选考,10,3分)如图所示,质量为60kg的某运动员在做俯卧撑运动,运动过程中可将她的身体视为一根直棒。已知重心在c点,其垂线与脚、两手连线中点间的距离oa、ob分别为0.9m和0.6m。若她在1min内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的距离均为0.4m,则克服重力做的功和相应的功率约为(g取10m/s2)( )
A.430J,7W B.4300J,70W
C.720J,12W D.7200J,120W
答案 B
考点二 动能、动能定理
1.(2019届浙江衢州、湖州、丽水三地9月质量检测,12)“反向蹦极”是将弹性绳拉长后固定在人身上,并通过外力作用使人停留在地面上,当撤去外力后,人被“发射”出去冲向高空。如图所示,当人从地面弹射到高空过程中(指上升过程),人可视为质点。下列说法正确的是( )
A.弹性绳对人做的功等于人动能的变化量
B.重力与阻力对人做功之和等于人重力势能的增量
C.弹性绳及阻力对人做功之和等于人机械能的增量
D.弹性绳对人做的功等于人动能的增量与重力势能的增量之和
答案 C
2.(2017浙江杭州二中高一期中,6)如图所示,半圆形轨道MON竖直放置且固定在地面上,直径MN是水平的。一小物块从M点正上方高度为H处自由下落,正好在M点滑入半圆轨道,测得其第一次离开N点后上升的最大高度为H2。小物块接着下落从N点滑入半圆轨道,在接下来的滑行过程中(整个过程不计空气阻力)( )
A.小物块正好能到达M点
B.小物块一定到不了M点
C.小物块一定能冲出M点
D.不能确定小物块能否冲出M点
答案 C
3.(2018浙江11月选考,20,12分)如图所示,在地面上竖直固定了刻度尺和轻质弹簧,弹簧原长时上端与刻度尺上的A点等高。质量m=0.5kg的篮球静止在弹簧正上方,其底端距A点高度h1=1.10m。篮球静止释放,测得第一次撞击弹簧时,弹簧的最大形变量x1=0.15m,第一次反弹至最高点,篮球底端距A点的高度h2=0.873m,篮球多次反弹后静止在弹簧的上端,此时弹簧的形变量x2=0.01m,弹性势能为Ep=0.025J。若篮球运动时受到的空气阻力大小恒定,忽略篮球与弹簧碰撞时的能量损失和篮球的形变,弹簧形变在弹性限度范围内。求:(g取10m/s2)
(1)弹簧的劲度系数;
(2)篮球在运动过程中受到的空气阻力;
(3)篮球在整个运动过程中通过的路程;
(4)篮球在整个运动过程中速度最大的位置。
答案 (1)500N/m (2)0.5N
(3)11.05m (4)第一次下落至A点下方0.009m处
4.(2017浙江温州选考模拟,20)在温州市科技馆中,有个用来模拟天体运动的装置,其内部是一个类似锥形的漏斗容器,如图甲所示。现在该装置的上方固定一个半径为R的四分之一光滑管道AB,光滑管道下端刚好贴着锥形漏斗容器的边缘。如图乙所示,将一个质量为m的小球从管道的A点静止释放,小球从管道B点射出后刚好贴着锥形容器壁运动,由于摩擦阻力的作用,运动的高度越来越低,最后从容器底部的C孔掉下(轨迹大致如图乙虚线所示),已知小球离开C孔的速度为v,A到C的高度为H。求:
(1)小球到达B端的速度大小;
(2)小球在管口B端受到的支持力大小;
(3)小球在锥形漏斗表面运动的过程中克服摩擦阻力所做的功。
甲 乙
答案 (1)2gR (2)3mg (3)mgH-12mv2
考点三 势能、机械能守恒定律
1.(2018浙江11月选考,5,3分)奥运会比赛项目撑杆跳高如图所示,下列说法不正确的是( )
A.加速助跑过程中,运动员的动能增加
B.起跳上升过程中,杆的弹性势能一直增加
C.起跳上升过程中,运动员的重力势能增加
D.越过横杆后下落过程中,运动员的重力势能减少,动能增加
答案 B
2.(2018浙江6月学考,10,2分)如图所示,质量为m的小球从距桌面h1高处的A点自由下落到地面上的B点,桌面离地高为h2。选择桌面为参考平面,则小球(重力加速度为g)( )
A.在A点时的重力势能为mg(h1+h2)
B.在A点时的机械能为mg(h1+h2)
C.在B点时的重力势能为0
D.落到B点时的动能为mg(h1+h2)
答案 D
3.(2018浙江4月选考,13,3分)如图所示,一根绳的两端分别固定在两座猴山的A、B处,A、B两点水平距离为16m,竖直距离为2m。A、B间绳长为20m。质量为10kg的猴子抓住套在绳上的滑环从A处滑到B处。以A点所在水平面为参考平面,猴子在滑行过程中重力势能最小值约为(绳处于拉直状态) ( )
A.-1.2×103J B.-7.5×102J
C.-6.0×102J D.-2.0×102J
答案 B
4.(2017浙江稽阳联考,20)如图甲所示,弯曲部分AB和CD是两个半径都为0.3m的14圆弧轨道,中间的BC段是竖直的薄壁细圆管(细圆管内径略大于小球的直径)轨道,分别与上下圆弧轨道相切连接,BC段的长度L为0.2m。下圆弧轨道与水平轨道相切,其中D、A分别是上下圆弧轨道的最高点与最低点,整个轨道固定在竖直平面内。有一质量为0.3kg的小球以一定的速度沿水平轨道向右运动并从A点进入圆弧,不计小球运动中的一切阻力。
(1)如果小球从D点以5m/s的速度水平飞出,求落地点与D点的水平距离;
(2)如果小球从D点以5m/s的速度水平飞出,求小球过圆弧A点时对轨道的压力;
(3)如果在D点右侧平滑连接一半径R=0.4m的半圆形光滑轨道DEF,如图乙所示,要使小球不脱离轨道运动,求小球在水平轨道上向右运动的速度大小范围(计算结果可以用根式表示)。
甲 乙
答案 (1)2m (2)44N,方向竖直向下 (3)小于等于10m/s或大于等于25m/s
考点四 功能关系、能量守恒定律
1.(2019届浙江温州九校10月第一次联考,13)某小组在试验汽车模型,该模型以蓄电池为驱动能源,驱动电机能够将输入功率的90%转化为牵引汽车模型前进的机械功率。该模型的总质量m=30kg,当它在水平路面上以v=18km/h的速度匀速行驶时,驱动电机的输入电流I=5A,电压U=30V。某地区地表的平均日照辐射度约为480W/m2,若以太阳能为该模型的蓄电池供电,已知能量转化效率约为15%,汽车受到太阳照射面积约为1m2。以下说法正确的是( )
A.该模型以v=18km/h速度匀速行驶时,所受的阻力大小为30N
B.该模型以v=18km/h速度匀速行驶时,驱动电机的机械功率为150W
C.该模型若由太阳能直接供电,能以速度v=18km/h正常行驶
D.若该地一天的有效日照时间为8小时,充电一天可供该模型以v=18km/h速度匀速行驶约69.1km
答案 D
2.(2017浙江温州选考模拟,8)抽水蓄能电站的工作原理是:在用电低谷时,电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中,到用电高峰时,再利用蓄水池中的水发电。浙江天荒坪抽水蓄能电站是亚洲第一大高山蓄能水电站,堪称世纪之作。山顶水库面积达2.8×105m2(水库近似为长方体),已知上、下水库水位落差H=600m,如图所示。蓄水后一个昼夜连续发电,山顶水库水位降低30m,若水的重力势能80%转化为电能,水的密度为1.0×103kg/m3。则一个昼夜连续发电所产生的电能约为( )
A.4×1010J B.4×1011J
C.4×1012J D.4×1013J
答案 D
3.(2017浙江宁波十校联考,12)如图所示,完全相同的两小球A和B,小球A穿在倾斜固定的光滑直杆上,小球A和小球B用不可伸长的细绳绕过定滑轮O相连,开始时手握小球A,使其静止,且OA段绳子呈水平紧张状态,现放开A、B让其自由运动。在A球下滑过程中,不计滑轮和绳子质量及所有摩擦,下列说法正确的是( )
A.B球的机械能一直增大
B.B球的机械能一直减小
C.A球的机械能先增大后减小
D.A球的机械能先减小后增大
答案 C
4.(2017浙江台州选考质量评估,20)人们为了探索月球表面的物理环境,在地球上制造了月球探测车。假设,月球探测车质量为2.0×102kg,在充满电的情况下,探测车在地球上水平路面最大的运动距离为1.0×103m,探测车运动时受到地表的阻力为车重的12,且探测车能以恒定功率1.6×103W运动(空气阻力不计)。登月后,
探测车在一段水平路面上以相同的恒定功率从静止启动,经过50s达到最大速度,最大速度值为12m/s,此时发现在探测车正前方6.9×103m处有一凸起的小高坡,坡顶高为24m。已知地球表面的重力加速度为g=10m/s2,月球表面重力加速度为地球的六分之一,试求:
(1)月球探测车电板充满电后的总电能;
(2)月球表面水平路面对探测车的阻力与车重的比例系数;
(3)假设探测车在爬上小高坡过程中需要克服摩擦阻力做功1.2×104J,请分析判断探测车能否爬到坡顶。
答案 见解析
解析 (1)总电能:E=kmgL=106J
(2)在月球上:P=k'mg'·v,可得:k'=0.4
(3)达到最大速度时,探测车剩下的电能:E'=E-Pt=9.2×105J
达到最大速度时,探测车可用能量为E1=E'+mv2/2=9.344×105J
探测车从此处到达小高坡坡顶需要的最小能量:
E2=k'mg'·x+mg'h+W=9.4×105J
由于E1
0.4m,滑块会脱离轨道,不能上升到B点。
14.(2016浙江理综,23,16分)在真空环境内探测微粒在重力场中能量的简化装置如图所示。P是一个微粒源,能持续水平向右发射质量相同、初速度不同的微粒。高度为h的探测屏AB竖直放置,离P点的水平距离为L,上端A与P点的高度差也为h。
(1)若微粒打在探测屏AB的中点,求微粒在空中飞行的时间;
(2)求能被屏探测到的微粒的初速度范围;
(3)若打在探测屏A、B两点的微粒的动能相等,求L与h的关系。
答案 (1)3hg
(2)Lg4h≤v≤Lg2h
(3)L=22h
15.(2015浙江10月选考,20,12分)如图所示是公路上的“避险车道”,车道表面是粗糙的碎石,其作用是供下坡的汽车在刹车失灵的情况下避险。质量m=2.0×103kg的汽车沿下坡行驶,当驾驶员发现刹车失灵的同时发动机失去动力,此时速度表示数v1=36km/h,汽车继续沿下坡匀加速直行l=350m、下降高度h=50m时到达“避险车道”,此时速度表示数v2=72km/h。
(1)求从发现刹车失灵至到达“避险车道”这一过程汽车动能的变化量;
(2)求汽车在下坡过程中所受的阻力;
(3)若“避险车道”与水平面间的夹角为17°,汽车在“避险车道”受到的阻力是在下坡公路上的3倍,求汽车在“避险车道”上运动的最大位移(sin17°≈0.3)。
答案 (1)3.0×105J (2)2×103N (3)33.3m
B组 统一命题·省（区、市）卷题组
1.(2018课标Ⅱ,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
答案 A
2.(2017课标Ⅱ,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
答案 A
3.(2017上海单科,7,3分)从大型加速器射出的电子束总能量约为500GeV(1GeV=1.6×10-10J),此能量最接近( )
A.一只爬行的蜗牛的动能 B.一个奔跑的孩子的动能
C.一辆行驶的轿车的动能 D.一架飞行的客机的动能
答案 A
4.(2017课标Ⅲ,16,6分)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13l。重力加速度大小为g。在此过程中,外力做的功为( )
A.19mgl B.16mgl C.13mgl D.12mgl
答案 A
5.(2016天津理综,8,6分)(多选)我国高铁技术处于世界领先水平。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。假设动车组各车厢质量均相等,动车的额定功率都相同,动车组在水平直轨道上运行过程中阻力与车重成正比。某列动车组由8节车厢组成,其中第1、5节车厢为动车,其余为拖车,则该动车组( )
A.启动时乘客受到车厢作用力的方向与车运动的方向相反
B.做匀加速运动时,第5、6节与第6、7节车厢间的作用力之比为3∶2
C.进站时从关闭发动机到停下来滑行的距离与关闭发动机时的速度成正比
D.与改为4节动车带4节拖车的动车组最大速度之比为1∶2
答案 BD
6.(2016课标Ⅱ,16,6分)小球P和Q用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上,P球的质量大于Q球的质量,悬挂P球的绳比悬挂Q球的绳短。将两球拉起,使两绳均被水平拉直,如图所示。将两球由静止释放。在各自轨迹的最低点( )
A.P球的速度一定大于Q球的速度
B.P球的动能一定小于Q球的动能
C.P球所受绳的拉力一定大于Q球所受绳的拉力
D.P球的向心加速度一定小于Q球的向心加速度
答案 C
7.(2016课标Ⅲ,20,6分)(多选)如图,一固定容器的内壁是半径为R的半球面;在半球面水平直径的一端有一质量为m的质点P。它在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中,克服摩擦力做的功为W。重力加速度大小为g。设质点P在最低点时,向心加速度的大小为a,容器对它的支持力大小为N,则( )
A.a=2(mgR-W)mR B.a=2mgR-WmR
C.N=3mgR-2WR D.N=2(mgR-W)R
答案 AC
8.(2017课标Ⅰ,24,12分)一质量为8.00×104kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度1.60×105m处以7.50×103m/s的速度进入大气层,逐渐减慢至速度为100m/s时下落到地面。取地面为重力势能零点,在飞船下落过程中,重力加速度可视为常量,大小取为9.8m/s2。(结果保留2位有效数字)
(1)分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能;
(2)求飞船从离地面高度600m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功,已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。
答案 (1)4.0×108J 2.4×1012J (2)9.7×108J
9.(2016上海单科,31,12分)风洞是研究空气动力学的实验设备。如图,将刚性杆水平固定在风洞内距地面高度H=3.2m处,杆上套一质量m=3kg,可沿杆滑动的小球。将小球所受的风力调节为F=15N,方向水平向左。小球以初速度v0=8m/s向右离开杆端,假设小球所受风力不变,取g=10m/s2。求:
(1)小球落地所需时间和离开杆端的水平距离;
(2)小球落地时的动能;
(3)小球离开杆端后经过多少时间动能为78J?
答案 (1)0.8s 4.8m (2)120J (3)见解析
解析 (3)小球离开杆后经过时间t的水平位移
s=v0t-12at2
由动能定理得Ek-12mv02=mg·12gt2-Fs
将Ek=78J和v0=8m/s代入得
125t2-80t+12=0
解得t1=0.4s,t2=0.24s
10.(2016江苏单科,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。
答案 (1)mgcosα (2)2(1-cosα)·x
(3)2gxsinα3-2cosα
C组 教师专用题组
1.(2017江苏单科,9,4分)(多选)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32mg
B.A的动能最大时,B受到地面的支持力等于32mg
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32mgL
答案 AB
2.(2016海南单科,3,3分)如图,光滑圆轨道固定在竖直面内,一质量为m的小球沿轨道做完整的圆周运动。已知小球在最低点时对轨道的压力大小为N1,在最高点时对轨道的压力大小为N2。重力加速度大小为g,则N1-N2的值为( )
A.3mg B.4mg C.5mg D.6mg
答案 D
3.(2016课标Ⅱ,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。已知在M、N两点处,弹簧对小球的弹力大小相等,且∠ONM<∠OMN<π2。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
答案 BCD
4.(2015课标Ⅱ,17,6分)一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始计时,发动机的功率P随时间t的变化如图所示。假定汽车所受阻力的大小f恒定不变。下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中,可能正确的是( )
答案 A
5.(2015课标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2gh
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
答案 BD
6.(2016课标Ⅱ,25,20分)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。
(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。
答案 (1)6gl 22l (2)53m≤M<52m
7.(2016课标Ⅲ,24,12分)如图,在竖直平面内有由14圆弧AB和12圆弧BC组成的光滑固定轨道,两者在最低点B平滑连接。AB弧的半径为R,BC弧的半径为R2。一小球在A点正上方与A相距R4处由静止开始自由下落,经A点沿圆弧轨道运动。
(1)求小球在B、A两点的动能之比;
(2)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点。
答案 见解析
解析 (1)设小球的质量为m,小球在A点的动能为EkA,由机械能守恒得EkA=14mgR①
设小球在B点的动能为EkB,同理有EkB=54mgR②
由①②式得EkBEkA=5③
(2)若小球能沿轨道运动到C点,小球在C点所受轨道的正压力N应满足N≥0④
设小球在C点的速度大小为vC,由牛顿运动定律和向心加速度公式有N+mg=mvC2R2⑤
由④⑤式得,vC应满足mg≤m2vC2R⑥
由机械能守恒有14mgR=12mvC2⑦
由⑥⑦式可知,小球恰好可以沿轨道运动到C点。
8.(2015海南单科,14,13分)如图,位于竖直平面内的光滑轨道由四分之一圆弧ab和抛物线bc组成,圆弧半径Oa水平,b点为抛物线顶点。已知h=2m,s=2m。取重力加速度大小g=10m/s2。
(1)一小环套在轨道上从a点由静止滑下,当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,求圆弧轨道的半径;
(2)若环从b点由静止因微小扰动而开始滑下,求环到达c点时速度的水平分量的大小 。
答案 (1)0.25m (2)293m/s
9.(2015四川理综,9,15分)严重的雾霾天气,对国计民生已造成了严重的影响,汽车尾气是形成雾霾的重要污染源,“铁腕治污”已成为国家的工作重点。地铁列车可实现零排放,大力发展地铁,可以大大减少燃油公交车的使用,减少汽车尾气排放。
若一地铁列车从甲站由静止启动后做直线运动,先匀加速运动20s达最高速度72km/h,再匀速运动80s,接着匀减速运动15s到达乙站停住。设列车在匀加速运动阶段牵引力为1×106N,匀速运动阶段牵引力的功率为6×103kW,忽略匀减速运动阶段牵引力所做的功。
(1)求甲站到乙站的距离;
(2)如果燃油公交车运行中做的功与该列车从甲站到乙站牵引力做的功相同,求公交车排放气态污染物的质量。(燃油公交车每做1焦耳功排放气态污染物3×10-6克)
答案 (1)1950m (2)2.04kg
【三年模拟】
一、选择题(每题3分,共18分)
1.(2019届浙江温州九校10月第一次联考,9)如图所示,一种清洗车辆用的手持式喷水枪,枪口横截面积为0.4cm2,喷出水的速度为 10m3/s。当它工作时,估算水枪的平均功率约为(水的密度为1×10kg/m3)( )
A.4W B.25W
C.50W D.200W
答案 B
2.(2019届浙江稽阳联谊学校10月联考,13)如图所示,竖直光滑杆固定不动,套在杆上的弹簧下端固定,将套在杆上的滑块向下压缩弹簧至离地高度h=0.1m处,滑块与弹簧不拴接。现由静止释放滑块,通过传感器测量到滑块的速度和离地高度h并作出滑块的Ek-h图像,其中高度从0.2m上升到0.35m范围内图线为直线,其余部分为曲线,以地面为零势能面,由图像可知( )
A.小滑块的质量为0.2kg
B.弹簧最大弹性势能为0.7J
C.轻弹簧初始压缩量为0.25m
D.小滑块的重力势能与弹簧的弹性势能总和最小为0.5J
答案 A
3.(2019届浙江教育绿色评价联盟适应性考试,5)某同学到中国第一高塔的广州塔旅游时,认真分析了广州塔电梯的运动情况,发现电梯上行时的运动可作如下简化:电梯在t=0时由静止开始上升,其v-t图像如图所示,该同学的质量为60kg,忽略一切阻力,下列说法正确的是(g取10m/s2)( )
A.该同学乘电梯上升过程中,一直处于超重状态
B.整个过程中该同学对电梯的压力始终为600N
C.该同学乘电梯上升过程中机械能的增加量为360000J
D.电梯对该同学的支持力的最大功率是2400W
答案 C
4.(2019届浙江金华十校9月联考,9)如图所示,某工地上的塔吊正在以额定功率P0将重物从静止开始竖直吊起,重物上升高度为h时刚好达到最大速度。重物的质量为m,绳子对重物的拉力为F,重物受到的空气阻力f大小不变。重物上升h的过程中,下列说法正确的是( )
A.重物的最大速度为P0f
B.重物的重力势能增加了Fh
C.重物的机械能增加了Fh
D.重物在做加速度不断减小的加速运动
答案 D
5.(2019届浙江“超级全能生”9月联考,13)风能是可再生能源中目前发展最快的清洁能源,风力发电也是具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式,近年来,我国风电产业规模逐渐扩大,已成为能源发展的重要领域,在风电技术发展方面,由于相同风速时发电功率的不同,我国目前正逐步采用变桨距控制风力发电机替代定桨距控制风力发电机,来提高风力发电的效率。具体风速对应的功率如图乙所示,设甲图中风力发电机每片叶片长度为30m,所处地域全天风速均为7.5m/s,空气的密度为1.29kg/m3,圆周率π取3.14,下列说法不正确的是( )
甲
乙
A.变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率为52%
B.用变桨距控制风力发电机替换定桨距控制风力发电机后,每台风力发电机每天能多发电7200kW·h
C.无论采用变桨距控制风力发电机还是定桨距控制风力发电机,每台发电机每秒钟转化的空气动能均为7.69×105J
D.若煤的热值为3.2×107J/kg,那么一台变桨距控制风力发电机每小时获得的风能与完全燃烧45kg煤所产生的内能相当
答案 D
6.(2017浙江名校协作,12)极限跳伞(skydiving)是世界上最流行的空中极限运动,它的独特魅力在于跳伞者可以从正在飞行的各种飞行器上跳下,也可以从固定在高处的器械、陡峭的山顶、高地甚至建筑物上纵身而下,并且通常起跳后伞并不是马上自动打开,而是由跳伞者自己控制开伞时间,这样冒险者就可以把刺激域值的大小完全控制在自己手中。伞打开前可看做是自由落体运动,打开伞后减速下降,最后匀速下落。如果用h表示人下落的高度,t表示下落的时间,Ep表示人的重力势能,Ek表示人的动能,E表示人的机械能,v表示人下落的速度,在整个过程中,忽略伞打开前空气阻力,如果打开伞后空气阻力与速度平方成正比,则下列图像可能符合事实的是( )
答案 B
二、非选择题(共42分)
7.(2019浙江五校10月联考,20)(14分)某兴趣小组设计了一个玩具轨道模型如图甲所示,将一质量为 m=0.5kg的玩具汽车(可以视为质点)放在O点,用弹簧装置将其从静止弹出,使其沿着光滑的半圆形竖直轨道OMA和ANB运动,BC、C'G是材料相同的水平面,其中BC段 LBC=8m,CDEFC'是与 C、C'(C、C'相互靠近且错开)点相切的竖直光滑圆形轨道。圆弧OMA的半径为 r=1.0m,圆弧 ANB和CDEFC'的半径均为R=2.0m。玩具小车与BC,C'G间的动摩擦因数均为 μ=0.5(g取10m/s2)。 求:
(1)要使玩具汽车恰好不脱离圆弧轨道OMANB,压缩弹簧具有的弹性势能 Ep;
(2)在满足第(1)问的情况下,玩具汽车在C点对轨道的压力;
(3)若在弹性限度内,弹簧的最大弹性势能 Epm=50J,以 C 点为坐标原点,CG 为 x 轴,从C到G方向为正方向,在图乙坐标上画出玩具汽车不脱离整个轨道情况下弹簧弹性势能 Ep 与玩具汽车停止位置坐标 x的关系图。
甲
乙
答案 (1)15J (2)10N 方向竖直向下 (3)见解析
解析 (3)玩具汽车不脱离轨道:
情况一:没有越过轨道CDEFC'的最高点,弹簧最大弹性势能为Ep1,此时运动到与轨道CDEFC'上圆心等高处速度为零。则:
Ep1+mgR-μmgLBC-mgR=0,解得Ep1=20J
在15Jμ,即22°<θ≤45°,物块上升到最高点后下滑,同理可得:路程s=18m5sinθ+2cosθ
9.(2017浙江宁波十校联考,20)(14分)如图所示,光滑轨道ABCD是大型游乐设施过山车轨道的简化模型,最低点B处的入、出口靠近但相互错开,C是半径为R=0.5m的圆形轨道的最高点,BD部分水平,末端D点与右端足够长的粗糙水平传送带无缝连接,传送带以恒定速度v逆时针转动。现将一质量为m=1kg的小滑块从轨道AB上离地面高度为h=2.45m处由静止释放。则:
(1)滑块第一次通过C点时,对轨道的压力为多大?
(2)若滑块能经DBCB再次返回轨道BA段,求传送带的速度v至少为多大?
(3)若v=3m/s,则滑块在传送带上的第一次往返过程中,因摩擦而产生的总热量Q为多大?
答案 (1)48N (2)5m/s (3)50J
