2019届二轮复习专题二第2讲　机械能守恒定律　功能关系课件（60张）

2019届二轮复习专题二第2讲　机械能守恒定律　功能关系课件（60张）

第 2 讲　机械能守恒定律　功能关系 建体系 • 记要点 研考向 • 提能力 做真题 • 明考向 目 录 ONTENTS C 4 限训练 • 通高考 专题二 能量与动量 1. (2018· 高考全国卷 Ⅰ ， T18) 如图， abc 是竖直面内的光滑固定轨道， ab 水平，长度为 2 R ； bc 是半径为 R 的四分之一圆弧，与 ab 相切于 b 点．一质量为 m 的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自 a 点处从静止开始向右运动．重力加速度大小为 g . 小球从 a 点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为 ( 　　 ) A ． 2 mgR B ． 4 mgR C ． 5 mgR D ． 6 mgR 答案： C 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 在弹簧与杆垂直时及弹簧处于自然伸长状态时，小球加速度等于重力加速度，选项 B 正确；弹簧与杆垂直时，弹力方向与小球的速度方向垂直，则弹力对小球做功的功率为零，选项 C 正确；由机械能守恒定律知，在 M 、 N 两点弹簧弹性势能相等，在 N 点小球的动能等于从 M 点到 N 点重力势能的减小值，选项 D 正确． 答案： BCD 3 ． (2017· 高考全国卷 Ⅰ ， T24) 一质量为 8.00×10 4 kg 的太空飞船从其飞行轨道返回地面．飞船在离地面高度 1.60×10 5 m 处以 7.50×10 3 m/s 的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为 100 m/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 9.8 m/s 2 .( 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 600 m 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 × 10 8 J 　 2.4 × 10 12 J 　 (2)9.7 × 10 8 J 4. (2016· 高考全国卷 Ⅱ ， T25) 轻质 弹簧原长为 2 l ，将弹簧竖直放置在 地面上，在其顶端将一质量为 5 m 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 5 l 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． ■ 命题特点与趋势 —— 怎么考 1 ． 本讲是高考的 “ 重中之重 ” ，常以选择题形式考查机械能守恒的判断及功能关系的简单分析与计算． 2 ．功能关系渗透在整个物理学内容中，是历年高考综合题命题热点，常与直线运动、平抛运动、圆周运动及电磁学知识相结合，多以计算题形式出现，难度偏大． ■ 解题要领 —— 怎么做 解决本讲问题，一是要正确理解机械能守恒的条件及表达式、常见功能关系及能量守恒定律；二是要正确应用 “ 守恒思想 ” ( 机械能守恒、能量守恒 ) 和常用方法 ( 守恒法、转化法、转移法 ) ． 判断机械能是否守恒的方法 (1) 利 用机械能的定义判断 ( 直接判断 ) ：若物体在水平面匀速运动，其动能、势能均不变，机械能不变．若一个物体沿斜面匀速下滑，其动能不变，重力势能减少，其机械能减少． (2) 利用做功判断：若物体或系统只有重力 ( 或系统内弹力 ) 做功，虽受其他力，但其他力不做功，或其他力做功的代数和为零，机械能守恒． (3) 利用能量转化来判断：若物体或系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化，则物体或系统机械能守恒． (4) 绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等，除非题目特别说明，否则机械能不守恒． [ 典例展示 1] 　 ( 多选 ) (2018· 河北衡水质 检 ) 如图所示，将质量为 2 m 的重物悬挂 在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质 量为 m 的小环，小环套在竖直固定的 光滑直杆上，光滑定滑轮与直杆的距 离为 d . 现将小环从与定滑轮等高的 A 处由静止释放，当小环沿直杆下滑距离也为 d 时 ( 图中 B 处 ) ，下列说法正确的是 ( 重力加速度为 g )( 　　 ) [ 答案 ] 　 AD 1. 把质量为 m 的小球 ( 可看作质点 ) 放在竖直的轻 质弹簧上 ( 不拴接 ) ，并用手把小球按压到位置 A ， 如图所示．迅速松手后，弹簧把小球弹起，球 升至最高位置 C 点，途中经过位置 B 时弹簧正好 处于原长．已知 A 、 B 间的高度差为 h 1 ， B 、 C 间的高度差为 h 2 ，重力加速度为 g ，不计空气阻力，则 ( 　　 ) A ．小球从 A 上升到 B 位置的过程中，动能一直增大 B ．小球从 A 上升到 C 位置的过程中，机械能一直增大 C ．小球在位置 A 时，弹簧的弹性势能为 mg ( h 2 ＋ h 1 ) D ．一定有 h 2 ≥ h 1 解析： 小球上升时先加速后减速，当 mg ＝ F 弹 时，加速度为零，速度最大，此时弹簧还处于压缩状态，选项 A 错误．从 A 到 B ，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，弹性势能减小，小球的机械能增大；而从 B 到 C ，只有重力对小球做功，机械能不变，选项 B 错误．从 A 到 C 系统的机械能守恒，弹性势能全部转化为重力势能，故 E p ＝ mg ( h 2 ＋ h 1 ) ，选项 C 正确．从 A 到 C ，弹簧的弹性势能转化为小球的重力势能，动能最大位置在 B 点下方，故 h 2 可等于零，选项 D 错误． 答案： C 2 ． ( 多选 ) 如图所示，物体 A 、 B 通过细绳及轻质弹簧连接在轻滑轮两侧，物体 B 的质量为 2 m ，放置在倾角为 30° 的光滑斜面上，物体 A 的质量为 m ，用手托着物体 A 使弹簧处于原长，细绳伸直， A 与地面的距离为 h ，物体 B 静止在斜面上挡板 P 处．放手后物体 A 下落，与地面即将接触时速度大小为 v ，此时物体 B 对挡板恰好无压力，则下列说法正确的是 ( 　　 ) 答案： AB 3.( 多选 ) 如图所示，滑块 A 、 B 的质量 均为 m ， A 套在倾斜固定的直杆上， 倾斜杆与水平面成 45° 角， B 套在水 平固定的直杆上，两杆分离不接触， 两直杆间的距离忽略不计，两直杆 足够长， A 、 B 通过铰链用长度为 L 的刚性轻杆 ( 初始时轻杆与水平面成 30° 角 ) 连接， A 、 B 从静止释放， B 开始沿水平杆向右运动，不计一切摩擦，滑块 A 、 B 视为质点，重力加速度为 g ，下列说法正确的是 ( 　　 ) 答案： AD 　 涉及做功与能量转化问题的解题方法 (1) 分清是什么力做功，并且分析该力做正功还是做负功；根据功能之间的对应关系，确定能量之间的转化情况． (2) 当涉及滑动摩擦力做功时，机械能不守恒，一般应用能量守恒定律，特别注意摩擦产生的内能 Q ＝ F f l 相对 ， l 相对 为相对滑动的两物体间相对滑动路径的总长度． (3) 解题时，首先确定初、末状态，然后分清有多少种形式的能在转化，再分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和 Δ E 减 和增加的能量总和 Δ E 增 ，最后由 Δ E 减 ＝ Δ E 增 列式求解． 4.( 多选 ) 如图所示，楔形木块 abc 固定 在水平面上，粗糙斜面 ab 和光滑斜面 bc 与水平面的夹角相同，顶点 b 处安 装一光滑定滑轮，质量分别为 M 、 m ( M > m ) 的滑块 A 、 B ，通过不可伸 长的轻绳跨过光滑定滑轮相连，轻绳与斜面平行．两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动．若不计滑轮的质量，在两滑块沿斜面运动的过程中，下列说法中正确的是 ( 　　 ) A ．两滑块组成的系统机械能守恒 B ．重力对 A 做的功等于 A 动能的增加量 C ．轻绳对 B 做的功等于 B 机械能的增加量 D ．两滑块组成的系统的机械能的减少量等于 A 克服摩擦力做的功 解析： 除重力以外的力对系统做的功等于系统机械能的变化量，故 A 克服摩擦力做的功等于两滑块组成的系统机械能的减少量，拉力对 B 做的功等于 B 机械能的增加量，重力、绳的拉力及摩擦力对 A 做的功等于 A 动能的增加量，故选项 C 、 D 正确， A 、 B 错误． 答案： CD 5 ．如图所示，在竖直平面内有一半径为 R 的圆弧轨道，半径 OA 水平、 OB 竖直，一个质量为 m 的小球自 A 点的正上方 P 点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点 B 时恰好对轨道没有压力．已知 AP ＝ 2 R ，重力加速度为 g ，则小球从 P 点运动到 B 点的过程中 ( 　　 ) 答案： D 答案： C [ 典例展示 2] 　 如 图所示，倾角为 θ 的 斜面底端固定一个挡板 P ，质量为 m 的 小物块 A 与质量不计的木板 B 叠放在斜 面上， A 位于 B 的最上端且与挡板 P 相 距 L . 已知 A 与 B 、 B 与斜面间的动摩擦因数分别为 μ 1 、 μ 2 ，且 μ 1 >tan θ > μ 2 ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力， A 与挡板 P 相撞的过程中没有机械能损失．将 A 、 B 同时由静止释放． (1) 求 A 、 B 释放瞬间小物块 A 的加速度大小 a 1 ； (2) 若 A 与挡板 P 不相撞，求木板 B 的最小长度 l 0 ； (3) 若木板 B 的长度为 l ，求整个过程中木板 B 运动的总路程． [ 思路探究 ] 　 (1) A 、 B 释放瞬间受哪些力的作用？ (2) B 与挡板相撞后， B 如何运动？ (3) A 与挡板 P 恰好不相碰的条件是什么？ [ 解析 ] 　 (1) 释放 A 、 B ，它们一起匀加速下滑．以 A 、 B 为研究对象， 由牛顿第二定律有 mg sin θ － μ 2 mg cos θ ＝ ma 1 ， 解得 a 1 ＝ g sin θ － μ 2 g cos θ . (2) 在 B 与挡板 P 相撞前， A 和 B 相对静止，以相同的加速度一起向下做匀加速运动． B 与挡板 P 相撞后立即静止， A 开始匀减速下滑．若 A 到达挡板 P 处时的速度恰好为零，此时 B 的长度即为最小长度 l 0 . (3) 分两种情况： ① 若 l ≥ l 0 ， B 与挡板 P 相撞后不反弹， A 一直减速直到静止在木板 B 上 木板 B 通过的路程 x ＝ L － l ② 若 l < l 0 ， B 与挡板 P 相撞后， A 在木板 B 上减速运动直至与挡板 P 相撞．由于碰撞过程中没有机械能损失， A 将以撞前速率返回，并带动木板一起向上减速；当它们的速度减为零后，再重复上述过程，直至物块 A 停在挡板处． 在此过程中， A 与 B 间由于摩擦产生的热量 [ 方法技巧 ] 解答与能量有关的综合题的 “ 三点技巧 ” (1) 过程分析：将复杂的物理过程分解为几个简单的物理过程，挖掘出题中的隐含条件 ( 如例题中 “ 质量不计的木板 B ”“ μ 1 >tan θ > μ 2 ” ) ，找出联系不同阶段的 “ 桥梁 ”． (2) 受力及功能分析：分析物体所经历的各个运动过程的受力情况以及做功情况的变化，选择适合的规律求解，如例题中第 (3) 问，若 l < l 0 时， A 与挡板 P 碰后运动情况的分析． (3) 规律应用：对滑块和滑板分别运用动能定理，或者对系统运用能量守恒定律．如图所示，要注意区分三个位移． 7 ． (2018· 四川成都一诊 ) 如图甲所示，倾角 θ ＝ 30° 的足够长固定光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉着质量 m ＝ 1 kg 的物体沿斜面向上运动．已知物体在 t ＝ 1 s 到 t ＝ 3 s 这段时间的 v t 图象如图乙所示，弹簧的劲度系数 k ＝ 200 N /m ，重力加速度 g 取 10 m/ s 2 . 则在该段时间内 ( 　　 ) A ．物体的加速度大小为 2 m/s 2 B ．弹簧的伸长量为 3 cm C ．弹簧的弹力做功为 30 J D ．物体的重力势能增加 36 J 根据功能关系可知，弹簧弹力做功 W ＝ Δ E k ＋ Δ E p ＝ 36 J ，选项 C 、 D 错误． 答案： B 8 ． (2018· 河南重点中学联考 ) 如图甲所示，质量 M ＝ 1.0 kg 的长木板 A 静止在光滑水平面上，在木板的左端放置一个质量 m ＝ 1.0 kg 的小铁块 B ，铁块与木板间的动摩擦因数 μ ＝ 0.2 ，对铁块施加水平向右的拉力 F ， F 大小随时间变化如图乙所示， 4 s 时撤去拉力．可认为 A 、 B 间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，重力加速度 g 取 10 m/s 2 . 求： (1)0 ～ 1 s 内， A 、 B 的加速度大小 a A 、 a B ； (2) B 相对 A 滑行的最大距离 x ； (3)0 ～ 4 s 内，拉力做的功 W ； (4)0 ～ 4 s 内系统产生的摩擦热 Q . 解析： (1) 设在 0 ～ 1 s 内， A 、 B 两物体已发生相对运动 根据牛顿第二定律得 μmg ＝ Ma A F 1 － μmg ＝ ma B ，代入数据得 a A ＝ 2 m /s 2 ， a B ＝ 4 m/ s 2 . a A < a B ，可见假设正确． (2) t 1 ＝ 1 s 后，拉力 F 2 ＝ μmg ，铁块 B 做匀速运动，速度大小为 v 1 ；木板 A 仍做匀加速运动，又经过时间 t 2 ，速度与铁块 B 相等． v 1 ＝ a B t 1 又 v 1 ＝ a A ( t 1 ＋ t 2 ) 解得 t 2 ＝ 1 s 设 A 、 B 速度相等后一起做匀加速运动，运动时间 t 3 ＝ 2 s ，加速度为 a F 2 ＝ ( M ＋ m ) a a ＝ 1 m/s 2 答案： (1)2 m /s 2 　 4 m/ s 2 　 (2)2 m 　 (3)40 J 　 (4)4 J 限训练 • 通高考 点击进入 word....