【物理】2020届一轮复习人教版第六单元机械能第二节　机械能守恒和能量守恒学案

【物理】2020届一轮复习人教版第六单元机械能第二节　机械能守恒和能量守恒学案

第六单元 知识内容 考试 要求 考题统计 命题分析 ‎2016/10‎ ‎2017/04‎ ‎2017/‎ ‎11‎ ‎2018/‎ ‎04‎ ‎2018/‎ ‎11‎ 追寻守恒量——能量 b ‎2‎ ‎1.命题热点 功和功率的理解及其解决生活中的实际问题，动能定理、机械能守恒或能量守恒的综合应用，有时涉及重力势能、弹性势能等。‎ ‎2．命题特点 对本单元的考查通常都与实际生活相联系，既有选择题又有计算题，且后者难度要大一些。‎ 功 c ‎2、8‎ ‎10、12‎ 功率 c ‎10、12、13‎ ‎5‎ 重力势能 c ‎4‎ ‎13‎ ‎13‎ ‎5‎ 弹性势能 b ‎5‎ 动能和 动能定理 d ‎4、20、‎ ‎23‎ ‎12、20、‎ ‎23‎ ‎13、20‎ ‎20、23‎ ‎5、20、22、23‎ 机械能 守恒定律 d ‎4、20‎ ‎12‎ 能量守恒 定律与能源 d ‎22‎ ‎9、22‎ ‎20‎ ‎20‎ 第二节　机械能守恒和能量守恒 考点一 机械能守恒定律 ‎1.机械能守恒定律 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。‎ ‎2．守恒条件 ‎(1)系统只受重力或弹簧弹力的作用，不受其他外力。‎ ‎(2)系统除受重力或弹簧弹力作用外，还受其他内力和外力，但这些力对系统不做功。‎ ‎(3)系统内除重力或弹簧弹力做功外，还有其他内力和外力做功，但这些力做功的代数和为零。‎ ‎(4)系统跟外界没有发生机械能的传递，系统内外也没有机械能与其他形式的能发生转化。‎ ‎3．用机械能守恒解题的三种观点 守恒 观点 表达式：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E1＝E2‎ 意义：系统初状态的机械能等于末状态的机械能 注意：要先选取零势能参考平面，并且在整个过程中必须选取同一个零势能参考平面 转化观点 表达式：ΔEk＝－ΔEp 意义：系统的机械能守恒时，系统增加(或减少)的动能等于系统减少(或增加)的势能 转移 观点 表达式：ΔEA增＝ΔEB减 意义：若系统由A、B两部分组成，当系统的机械能守恒时，则A部分机械能的增加量等于B部分机械能的减少量 ‎[研考题考法]‎ 　某校校园文化艺术节举行四驱车模型大赛，其中规定赛道如图所示。某四驱车以额定功率20 W在水平轨道AB上由静止开始加速4 s后从B点水平飞出，无碰撞进入圆弧轨道CD，该圆弧轨道圆心角为37°，半径R0＝5 m。随后进入圆轨道，圆轨道的半径R＝2.4 m，在恰好经过圆轨道最高点F后，继续沿着轨道运动，最后从平抛高台的H点水平飞出落入沙坑中。已知沙坑距离EG平面高度为h2＝2 m，四驱车的总质量为2 kg，g取10 m/s2 (四驱车看成质点，C点以后轨道均视为光滑轨道)。求：‎ ‎(1)四驱车在AB段克服摩擦力做的功；‎ ‎(2)四驱车在E点对轨道的压力大小；‎ ‎(3)末端平抛高台h1的高度为多少能让四驱车落地点距离H点水平位移最大，通过计算说明。‎ ‎(1)四驱车牵引力功率恒定，可以通过W＝Pt求功。‎ ‎(2)在光滑轨道上，可以通过机械能守恒定律求出到达E点的速度，根据向心力求支持力。‎ ‎(3)h1的高度影响做平抛运动的水平速度，因此需要通过建立二次函数分析极大值。‎ ‎[解析]　(1)设四驱车在AB段，摩擦力做功为Wf，根据动能定理得 Pt＋Wf＝mvB2‎ 由于四驱车无碰撞从C点进入圆弧轨道，将四驱车在C点时的速度沿水平和竖直方向分解，如图所示，则vx＝vB＝vCcos 37°‎ 根据机械能守恒定律得mvC2＋mgR0(1－cos 37°)＝mvF2＋2mgR 由于四驱车恰好经过最高点F，即mg＝m 解得vC＝10 m/s，vB＝8 m/s，Wf＝－16 J。‎ 即克服摩擦力做功为16 J。‎ ‎(2)根据机械能守恒定律得 mvC2＋mgR0(1－cos 37°)＝mvE2‎ FN－mg＝m 带入数据解得FN＝120 N，由牛顿第三定律得四驱车对轨道压力为120 N。‎ ‎(3)根据机械能守恒定律得mvE2＝mgh1＋mvH2‎ 四驱车从H点飞出后，做平抛运动，所以h1＋h2＝gt2‎ 水平位移x＝vHt，‎ 化简得x＝ · 即x＝ ，当h1＝2 m时，有水平最大位移，xmax＝8 m。‎ ‎[答案]　(1)16 J　(2)120 N　(3)2 m ‎[验备考能力]‎ ‎1.(2018·浙江6月学考)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(　　)‎ 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)‎ 解析：选D　A点在参考平面上方h1高处，小球在A点时的重力势能EpA＝mgh1，机械能为EA＝EkA＋EpA＝0＋mgh1＝mgh1，选项A、B错误；B点在参考平面下方，所以重力势能EpB＝－mgh2，选项C错误；根据机械能守恒定律有EA＝EB，解得EkB＝mg(h1＋h2)，选项D正确。‎ ‎2．(2018·浙江省“七彩阳光”联考)在一次“小学生健康体质测试”时，体重40 kg的五年级女生小丽以每分钟150次的成绩在跳绳单项评分中被评为优秀，则她每秒钟因克服重力做功而消耗的能量最接近(　　)‎ A．80 J　　　　　　　 B．160 J C．240 J D．320 J 解析：选A　小丽因跳绳重心升高的高度约为0.08 m，所以起跳一次克服重力做功W＝‎ mgh＝32 J，每秒钟可以跳2.5次，所以每秒钟克服重力做功W总＝2.5W＝80 J，所以选项A正确。‎ ‎3.如图所示，一物体从光滑斜面AB底端A点以初速度v0上滑，沿斜面上升的最大高度为h。假设下列情境中物体从A点上滑的初速度仍为v0，下列说法中正确的是(　　)‎ A．若把斜面CB部分截去，物体冲过C点后上升的最大高度仍为h B．若把斜面弯成圆弧D，物体仍沿圆弧升高h C．若把斜面AB变成曲面AEB，物体沿此曲面上升可能到不了B点 D．若把斜面从C点以上部分弯成与C相切的圆弧状，物体上升的最大高度有可能仍为h 解析：选D　若把斜面CB部分截去，物体冲过C点后做斜抛运动，物体运动到最高点有水平分速度，速度不为零，由机械能守恒定律可知，物体不能到达h高处，故A错误；若把斜面弯成圆弧D，如果能到圆弧最高点，根据机械能守恒定律得知：到达h高度处的速度应为零，而物体要到达最高点，必须由合力充当向心力，速度不为零，可知物体不可能到达h高处，故B错误；若把斜面AB变成曲面AEB，物体在最高点速度为零，根据机械能守恒定律，物体沿此曲面上升仍能到达B点，故C错误；若把斜面从C点以上部分弯成与C相切的圆弧状，若圆弧的圆心位置在B点位置以上，则物体在最高点速度为零，根据机械能守恒定律，物体沿斜面上升的最大高度仍然为h，故D正确。‎ ‎4.如图所示，离水平地面一定高度处水平固定一内壁光滑的圆筒，筒内固定一轻质弹簧，弹簧处于自然长度。现将一小球从地面以某一初速度斜向上抛出，刚好能水平进入圆筒中，不计空气阻力。下列说法中错误的是(　　)‎ A．弹簧获得的最大弹性势能小于小球抛出时的动能 B．小球斜上抛运动过程中处于失重状态 C．小球压缩弹簧的过程中，小球减小的动能等于弹簧增加的势能 D．若抛射点向右移动一小段距离，仍使小球水平进入圆筒中，可以增大抛射速度v0，同时增大抛射角θ 解析：选D　小球斜上抛运动过程中只受重力，加速度方向竖直向下，处于失重状态，B正确；小球压缩弹簧的过程中，小球与弹簧组成的系统机械能守恒，所以小球减小的动能等于弹簧增加的动能，C正确；运用逆向思维，小球从地面斜向上抛出水平进入圆筒的过程可视为平抛运动的逆过程，则小球到达圆筒时速度为v0cos θ，Ep＝m(v0cos θ)2

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