高考物理二轮复习 第一板块 力学选择题 锁定9大命题区间 第8讲巧用“能量观点”解决力学选择题讲义-人教版高三全册物理试题.doc
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1、第8讲 “能量观点”是解决力学问题的三大观点之一。高考既可能在选择题中单独考查功和能,也可能在计算题中综合考查到功能问题,本讲主要解决的是选择题中的能量观点的应用。考查内容几种常见的功能关系动能定理的综合应用利用机械能守恒定律和能量守恒定律分析问题思想方法整体法和隔离法全程法和分段法守恒思想一、几个重要的功能关系的应用基础保分类考点1(2016四川高考)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1 900 J,他克服阻力做功100 J。韩晓鹏在此过程中()A动能增加了1 900 J B动能增加了2 000
2、JC重力势能减小了1 900 J D重力势能减小了2 000 J解析:选C根据动能定理得韩晓鹏动能的变化EWGWf1 900 J100 J1 800 J0,故其动能增加了1 800 J,选项A、B错误;根据重力做功与重力势能变化的关系WGEp,所以EpWG1 900 J0,故韩晓鹏的重力势能减小了1 900 J,选项C正确,选项D错误。2.多选(2018届高三天津联考)如图所示,楔形木块abc固定在水平面上,粗糙斜面ab与水平面的夹角为60,光滑斜面bc与水平面的夹角为30,顶角b处安装一定滑轮。质量分别为M、m(M m)的滑块,通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接,轻绳与斜面平行。两滑块由静止释
3、放后,沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦,在两滑块沿斜面运动的过程中()A轻绳对滑轮作用力的方向竖直向下B拉力和重力对M做功之和大于M动能的增加C拉力对M做的功等于M机械能的增加D两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功解析:选BD因作用在滑轮上的左右两边绳子的拉力大小相等,但是与竖直方向的夹角不同,故由力的合成知识可知,轻绳对滑轮作用力的方向沿右下方,选项A错误;根据动能定理,拉力、重力和摩擦力做功之和等于M的动能增量,故拉力和重力对M做功之和大于M动能的增加,选项B正确;由功能关系可知,拉力和摩擦力对M做的功等于M机械能的增加,选项C错误;由功能关系可知,两滑块组成系统的机
4、械能损失等于M克服摩擦力做的功,选项D正确。3.多选(2017南昌模拟)如图所示,物体以100 J的初动能从斜面的底端向上运动,斜面足够长。当它向上通过斜面上的M点时,其动能减少了75 J,机械能减少了30 J。如果以地面为零势能参考面,物体能从斜面上返回底端,则()A物体在向上运动过程中,机械能共减少100 JB物体到达斜面上最高点时,重力势能增加了60 JC物体返回斜面底端时动能为40 JD物体返回M点时机械能为50 J解析:选BD设物体的质量为m,受到的摩擦力大小为f。从出发点到M点,动能减少了75 J,根据动能定理得:(mgsin f)s1Ek175 J;根据功能关系得:fs1E130
5、 J,联立得:2.5;物体从出发点到斜面上最高点的过程中,根据动能定理得:(mgsin f)s2Ek20100 J100 J;根据功能关系得:fs2E2;联立得E240 J,故物体在向上运动过程中,机械能共减少40 J,故A错误;物体在向上运动过程中,机械能减少40 J,动能减少100 J,说明重力势能增加了60 J,故B正确;物体在向下运动过程中,摩擦力做功与向上运动时摩擦力做功相等,所以向下运动的过程中,机械能也减少40 J,整个过程机械能减少80 J,所以物体返回斜面底端时动能为100 J80 J20 J,故C错误;从M点到斜面上最高点的过程,机械能减少40 J30 J10 J,从出发到
6、返回M点时,机械能一共减少30 J210 J50 J。物体返回M点时机械能为100 J50 J50 J,故D正确。1常见的功能关系(1)重力做功与重力势能变化的关系:WGEp。(2)弹力做功与弹性势能变化的关系:W弹Ep。(3)合外力做功与动能变化的关系:W合Ek。(4)除重力以外其他力做功与机械能变化的关系:W其他E机。(5)滑动摩擦力、相对位移乘积与内能变化的关系:Ffx相对E内。2功能关系的理解和应用(1)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。(2)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,判定能的
7、转化情况。(3)也可以根据能量转化情况,确定是什么力做功,尤其可以方便计算变力做的功。二、“解题利器”动能定理的灵活应用多维探究类考点题点(一)应用动能定理求解变力做功例1如图所示,质量为m的物块与水平转台间的动摩擦因数为,物块与转轴相距R,物块随转台由静止开始转动。当转速增至某一值时,物块即将在转台上滑动,此时转台已开始匀速转动,在这一过程中,摩擦力对物块做的功是(假设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()A0B2mgRC2mgR D.mgR解析选D物块即将在转台上滑动但还未滑动时,转台对物块的最大静摩擦力恰好提供向心力,设此时物块做圆周运动的线速度为v,则有mg。在物块由静止到获得速度
8、v的过程中,物块受到的重力和支持力不做功,只有摩擦力对物块做功,由动能定理得Wmv20。联立解得WmgR。D正确。题点(二)应用动能定理解决多过程问题例2多选(2016浙江高考)如图所示为一滑草场。某条滑道由上下两段高均为h,与水平面倾角分别为45和37的滑道组成,滑草车与草地之间的动摩擦因数为。质量为m的载人滑草车从坡顶由静止开始自由下滑,经过上、下两段滑道后,最后恰好静止于滑道的底端(不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失,sin 370.6,cos 370.8)。则()A动摩擦因数B载人滑草车最大速度为 C载人滑草车克服摩擦力做功为mghD载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为g解析选AB由
9、题意知,上、下两段斜坡的长分别为s1、s2由动能定理(或功能关系)知:2mghmgs1cos 45mgs2cos 370解得动摩擦因数,选项A正确;载人滑草车在上下两段的加速度分别为a1g(sin 45cos 45)g,a2g(sin 37cos 37)g,则在下落h时的速度最大,由动能定理知:mghmg s1cos 45mv2解得v ,选项B正确,D错误;载人滑草车克服摩擦力做的功与重力做功相等,即W2mgh,选项C错误。题点(三)动能定理和图像的综合例3(2017江苏高考)一小物块沿斜面向上滑动,然后滑回到原处。物块初动能为Ek0,与斜面间的动摩擦因数不变,则该过程中,物块的动能Ek与位移
10、x关系的图线是()解析选C设物块与斜面间的动摩擦因数为,物块的质量为m,则物块在上滑过程中根据动能定理有(mgsin mgcos )xEkEk0,即EkEk0(mgsin mgcos )x,所以物块的动能Ek与位移x的函数关系图线为直线且斜率为负;物块沿斜面下滑的过程中根据动能定理有(mgsin mgcos )(x0x)Ek,其中x0为小物块到达最高点时的位移,即Ek(mgsin mgcos )x(mgsin mgcos )x0,所以下滑时Ek随x的减小而增大且为直线。由此可以判断C项正确。1把握两点,准确理解动能定理(1)动能定理表达式中,W表示所有外力做功的代数和,包括物体重力所做的功。(
11、2)动能定理表达式中,Ek为所研究过程的末动能与初动能之差,而且物体的速度均是相对地面的速度。2应用动能定理的“两线索、两注意”(1)应用动能定理解题从两条线索着手: (2)两注意:动能定理往往用于单个物体的运动过程,由于不涉及加速度和时间,比动力学研究方法更简便。当物体的运动包含多个不同过程时,可分段应用动能定理求解;当所求解的问题不涉及中间的速度时,也可以全过程应用动能定理求解。三、巧用机械能守恒定律破解三类连接体问题多维探究类考点题点(一)绳连接的系统机械能守恒问题例1(2017南京模拟)如图所示,一半圆形碗的边缘上装有一定滑轮,滑轮两边通过一不可伸长的轻质细线挂着两个小物体,质量分别为
12、m1、m2,m1m2。现让m1从靠近定滑轮处由静止开始沿碗内壁下滑。设碗固定不动,其内壁光滑、半径为R。则m1滑到碗最低点时的速度为()A2 B. C. D2 解析选D设当m1到达碗最低点时速率为v1,此时m2的速率为v2,则有v1cos 45v2,对m1、m2由机械能守恒定律得m1gRm2gRm1v12m2v22,解得v12 ,D正确。题点(二)杆连接的系统机械能守恒问题例2多选 (2018届高三广州五校联考)如图所示,有一光滑轨道ABC,AB部分为半径为R的圆弧,BC部分水平,质量均为m的小球a、b固定在竖直轻杆的两端,轻杆长为R,不计小球大小。开始时a球处在圆弧上端A点,由静止释放小球和
13、轻杆,使其沿光滑轨道下滑,下列说法正确的是()Aa球下滑过程中机械能保持不变Ba、b两球和轻杆组成的系统在下滑过程中机械能保持不变Ca、b滑到水平轨道上时速度为D从释放到a、b滑到水平轨道上,整个过程中轻杆对a球做的功为解析选BD由机械能守恒的条件得,a机械能不守恒,a、b系统机械能守恒,所以A错误,B正确。对ab系统由机械能守恒定律得:mgR2mgR2mv2,解得v,C错误。对a由动能定理得:mgRWmv2,解得W,D正确。题点(三)弹簧连接的系统机械能守恒问题例3多选(2017石家庄质检)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2m,放置在倾角为30的光滑斜面
14、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()A弹簧的劲度系数为B此时弹簧的弹性势能等于mghmv2C此时物体A的加速度大小为g,方向竖直向上D此后物体B可能离开挡板沿斜面向上运动解析选AB物体A刚落地时,弹簧伸长量为h,物体B受力平衡,所以kh2mgsin ,所以k,选项A对;物体A落地前,系统机械能守恒,所以弹性势能等于mghmv2,选项B对;物体A即将落地时,对A应用牛顿第二定律得:mgkhma,所以a0,选项C错;物体A落地后
15、,弹簧不再伸长,故物体B不可能离开挡板沿斜面向上运动,选项D错。1判断机械能守恒的两个角度(1)用做功判断:若物体(或系统)只受重力(或系统内弹力),或者虽受其他力,但其他力不做功,则机械能守恒。(2)用能量转化判断:若物体(或系统)只有动能和势能的相互转化,而无机械能与其他形式能的相互转化,则机械能守恒。2机械能守恒定律的三种表达形式3应用机械能守恒定律解题的基本思路四、应用功能关系破解叠放体问题基础保分类考点1.如图所示,木块A放在木板B的左端,用恒力F将A拉至B的右端,第一次将B固定在地面上,F做功为W1,产生的热量为Q1;第二次让B可以在光滑地面上自由滑动,F做的功为W2,产生的热量为
16、Q2,则应有()AW1W2,Q1Q2BW1W2,Q1Q2CW1W2,Q1Q2 DW1W2,Q1Q2解析:选A木板不固定时木块的位移比固定时位移要长,由WFx,知W1W2,B、D错误;摩擦产生的热量QFfx相对,两次木块相对木板的位移均为板长,故Q1Q2,A正确,C错误。2多选如图所示,质量为M、长度为L的小车静止在光滑的水平面上。质量为m的小物块(可视为质点)放在小车的最左端。现用一水平恒力F作用在小物块上,使物块从静止开始做匀加速直线运动。物块和小车之间的摩擦力为Ff。物块滑到小车的最右端时,小车运动的距离为l。在这个过程中,以下结论正确的是()A物块到达小车最右端时具有的动能为(FFf)(
17、Ll)B物块到达小车最右端时,小车具有的动能为FflC物块克服摩擦力所做的功为Ff(Ll)D物块和小车增加的机械能为Fl解析:选ABC物块对地位移为(lL),根据动能定理,物块到达最右端时具有的动能为Ek1Ek1F(Ll)Ff(Ll)(FFf)(Ll),A正确;物块到达小车最右端时,小车具有的动能可根据动能定理列式:Ek2Ek2Ffl,B正确;由功的公式,物块克服摩擦力所做的功为WfFf(Ll),C正确;物块增加的机械能E1(FFf)(Ll),小车增加的机械能E2Ffl,物块和小车增加的机械能为E1E2F(Ll)FfL,或直接由功能关系得出结论,D错误。3.如图所示,水平传送带长为s,以速度v
18、始终保持匀速运动,把质量为m的货物放到A点,货物与皮带间的动摩擦因数为,当货物从A点运动到B点的过程中,摩擦力对货物做的功不可能()A等于mv2 B小于mv2C大于mgs D小于mgs解析:选C货物在传送带上相对地面的运动可能先加速后匀速,也可能一直加速而货物的最终速度小于v,根据动能定理知摩擦力对货物做的功可能等于mv2,可能小于mv2,可能等于mgs,可能小于mgs,不可能大于mgs,故选C。“三步走”分析叠放体问题(以传送带为例) 1如图所示,质量、初速度大小都相同的A、B、C三个小球,在同一水平面上,A球竖直上抛,B球以倾斜角斜向上抛,空气阻力不计,C球沿倾角为的光滑斜面上滑,它们上升
19、的最大高度分别为hA、hB、hC,则()AhAhBhCBhAhBhC DhAhChB解析:选DA球和C球上升到最高点时速度均为零,而B球上升到最高点时仍有水平方向的速度,即仍有动能。对A、C球由机械能守恒得mghmv02,得h。对B球由机械能守恒得mghmvt2mv02,且vt0,所以hAhChB,故D正确。2(2018届高三河北五校联考)取水平地面为重力势能零点。一物块从某一高度水平抛出,在抛出点其动能为重力势能的3倍。不计空气阻力。该物块落地时的速度方向与水平方向的夹角为()A. B.C. D.解析:选B平抛运动过程中,物体的机械能守恒,初始状态时动能为势能的3倍,而落地时势能全部转化成动
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