2020高考物理 考前30天之备战冲刺押题系列Ⅰ 专题4 动能定理与能量守恒 32页

动能定理与能量守恒 ‎ 一、2020大纲解读 内 容 要求 功、功率 Ⅱ 动能，做功与动能改变的关系 Ⅱ 重力势能.做功与重力势能改变的关系 Ⅱ 弹性势能 Ⅰ 机械能守恒定律 Ⅱ 能量守恒定律 II 二、重点剖析 ‎1、理解功的六个基本问题 ‎（1）做功与否的判断问题：关键看功的两个必要因素，第一是力；第二是力的方向上的位移。而所谓的“力的方向上的位移”可作如下理解：当位移平行于力，则位移就是力的方向上的位的位移；当位移垂直于力，则位移垂直于力，则位移就不是力的方向上的位移；当位移与力既不垂直又不平行于力，则可对位移进行正交分解，其平行于力的方向上的分位移仍被称为力的方向上的位移。‎ ‎（6）做功意义的理解问题：做功意味着能量的转移与转化，做多少功，相应就有多少能量发生转移或转化。‎ ‎2.理解动能和动能定理 ‎③动能为标量，但仍有正负，分别表动能的增减。‎ ‎（3）系统机械能守恒的表达式有以下三种：‎ ‎4．理解功能关系和能量守恒定律 三、考点透视 考点1：平均功率和瞬时功率 例1、物体m从倾角为α的固定的光滑斜面由静止开始下滑，斜面高为h，当物体滑至斜面底端时，重力做功的功率为（ ）‎ A. B. C. D.‎ 解析：由于光滑斜面，物体m下滑过程中机械能守恒，滑至底端是的瞬时速度，根据瞬时功率。‎ 图1‎ 由图1可知，的夹角则滑到底端时重力的功率是，故C选项正确。‎ 考点2：机车起动的问题 例2、质量的汽车，发动机的额定功率为，汽车从静止以的加速度行驶，所受阻力，则汽车匀加速行驶的最长时间为多少？汽车可能达到的最大速度为多少？‎ 考点3：动能定理的应用 例3、如图2所示，斜面足够长，其倾角为α，质量为m的滑块，距挡板P为，以初速度沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为μ，滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力，若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求滑块在斜面上经过的总路程为多少？‎ 图2‎ 考点4:会用解物理问题 例4、如图4-2所示，小车的质量为，后端放一质量为的铁块，铁块与小车之间的动摩擦系数为，它们一起以速度沿光滑地面向右运动，小车与右侧的墙壁发生碰撞且无能量损失，设小车足够长，则小车被弹回向左运动多远与铁块停止相对滑动？铁块在小车上相对于小车滑动多远的距离？‎ 图4-2‎ 以车为对象，摩擦力始终做负功，设小车对地的位移为，‎ 则：‎ 即：；‎ 系统损耗机械能为：‎ ‎；‎ 四、热点分析 热点1：动能定理 图6‎ 反思：应用动能定理解题时，要选取一个过程，确定两个状态，即初状态和末状态，以及与过程对应的所有外力做功的代数和.由于动能定理中所涉及的功和动能是标量，无需考虑方向.因此，无论物体是沿直线还是曲线运动，无论是单一运动过程还是复杂的运动过程，都可以求解.‎ 热点2：机械能守恒定律 本题简介：本题考查学生对机械能守恒的条件的理解，并且机械能守恒是针对A、B两球组成的系统，单独对A或B球来说机械能不守恒. 单独对A或B球只能运用动能定理解决。‎ 反思：绳的弹力是一定沿绳的方向的，而杆的弹力不一定沿杆的方向。所以当物体的速度与杆垂直时，杆的弹力可以对物体做功。机械能守恒是针对A、B两球组成的系统，单独对系统中单个物体来说机械能不守恒. 单独对单个物体研究只能运用动能定理解决。学生要能灵活运用机械能守恒定律和动能定理解决问题。.‎ 热点3：能量守恒定律 解析：木块与木板相互作用过程中合外力为零，动量守恒.‎ 反思：只要有滑动摩擦力做功就有一部分机械能转化为内能，转化的内能：，其中为滑动摩擦力，为接触物的相对路程。‎ 五、能力突破 ‎1．作用力做功与反作用力做功 ‎2．机车的启动问题 例2汽车发动机的功率为60KW，若其总质量为5t，在水平路面上行驶时，所受的阻力恒为5.0×103N，试求：‎ ‎（1）汽车所能达到的最大速度。‎ ‎（2）若汽车以‎0.5m/s2的加速度由静止开始匀加速运动,求这一过程能维持多长时间?‎ 反思：机车的两种起动方式要分清楚,但不论哪一种方式起动,汽车所能达到的最大速度都是汽车沿运动方向合外力为零时的速度,此题中当牵引力等于阻力时,汽车的速度达到最大；而当汽车以一定的加速度起动时，牵引力大于阻力，随着速度的增大，汽车的实际功率也增大，当功率增大到等于额定功率时，汽车做匀加速运动的速度已经达到最大，但这一速度比汽车可能达到的最大速度要小。‎ ‎3．动能定理与其他知识的综合 例3： 静置在光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F作用下，沿x轴方向运动，拉力F随物块所在位置坐标x的变化关系如图5所示，图线为半圆．则小物块运动到x0处时的动能为( )‎ A．0 B． C． D．‎ 反思：不管是否恒力做功，也不管是否做直线运动，该动能定理都成立；本题是变力做功和力与位移图像相综合，对变力做功应用动能定理更方便、更迅捷，平时应熟练掌握。‎ ‎4、动能定理和牛顿第二定律相结合 图10‎ 反思：动能定理是研究状态，牛顿第二定律是研究过程。‎ 动能定理不涉及运动过程中的加速度和时间，用它来处理问题要比牛顿定律方便，但要研究加速度就必须用牛顿第二定律。‎ 解析：本题的物理过程可分三段：从A到孤匀加速直线运动过程；从B沿圆环运动到C的圆周运动，且注意恰能维持在圆环上做圆周运动，在最高点满足重力全部用来提供向心力；从C回到A的平抛运动。‎ 反思：机械能守恒的条件：在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。平抛运动的处理方法：把平抛运动看作为两个分运动的合动动：一个是水平方向（垂直于恒力方向）的匀速直线运动，一个是竖直方向（沿着恒力方向）的匀加速直线运动。‎ ‎6．机械能的瞬时损失 解析：其实质点的运动可分为三个过程：‎ 第一过程：质点做平抛运动。设绳即将伸直时，绳与竖直方向的夹角为，如图13所示，则，‎ 图13‎ ‎，其中 联立解得。‎ 六、规律整合 ‎1.应用动能定理解题的步骤 ‎⑴选取研究对象，明确它的运动过程。‎ ‎⑵分析研究对象的受力情况。明确物体受几个力的作用，哪些力做功，哪些力做正功，哪些力做负功。‎ ‎⑶明确物体的初、末状态，应根据题意确定物体的初、末状态，及初、末状态下的动能。‎ ‎⑶动能定理问题的特征 ‎①动力学和运动学的综合题：需要应用牛顿运动定律和运动学公式求解的问题，应用动能定理比较简便。‎ ‎②变力功的求解问题和变力作用的过程问题：变力作用过程是应用牛顿运动定律和运动学公式难以求解的问题，变力的功也是功的计算式难以解决的问题，都可以应用动能定理来解决。‎ ‎2．应用机械能守恒定律解题的基本步骤 ‎⑴根据题意，选取研究对象。‎ ‎⑵明确研究对象的运动过程，分析研究对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断是否符合机械能守恒的条件。‎ ‎⑶恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程中初状态和末状态的机械能(包括动能和势能)。‎ ‎⑷根据机械能守恒定律列方程，进行求解。‎ ‎2．机械能守恒定律：单个物体和地球(含弹簧)构成的系统机械能守恒定律：在只有重力（或）（和）弹簧的弹力做功的条件下，物体的能量只在动能和重力势能（弹性势能）间发生相互转化，机械能总量不变，机械能守恒定律的存在条件是 ：(1) 只有重力（或）（和）弹簧的弹力做功；(2)除重力（或）（和）弹簧的弹力做功外还受其它力的作用，但其它力做功的代数和等于零。‎ ‎3．如右图所示，质量为m的物体在与水平方向成θ的恒力F作用下以加速度a做匀加速度直线运动，已知物体和地面间的动摩擦因数为μ，物体在地面上运动距离为x的过程中力F做功为 （ ）‎ A． B．‎ C． D．‎ ‎5．把动力装置分散安装在每节车厢上，使其既具有牵引动力，又可以载客，这样的客车车辆叫做动车。而动车组是几节自带动力的车辆（动车）加几节不带动力的车辆（也叫拖车）编成一组，如右图所示，假设动车组运行过程中受到的阻力与其所受重力成正比，每节动车与拖车的质量都相等，每节动车的额定功率都相等。若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为120km/h，则9节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为 （ ）‎ A．120km/h B．240km/h C．360km/h D．480km/h ‎8．如右图所示，2020年5月27日在国际泳联大奖赛罗斯托克站中，中国选手彭健烽在男子3米板预赛中以431.60分的总成绩排名第一，晋级半决赛。若彭健烽的质量为m，他入水后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F，在水中下降高度h的过程中，他的（g为当地重力加速度） （ ）‎ A．重力势能减少了mgh B．动能减少了Fh C．机械能减少了（F+mg）h D．机械能减少了Fh ‎9．如右图所示，固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环，圆环与一橡皮绳相连，橡皮绳的另一端固定在地面上的A点，橡皮绳竖直时处于原长h。让圆环沿杆滑下，滑到杆的底端时速度为零。则在圆环下滑过程中 （ ）‎ A．圆环机械能守恒 B．橡皮绳的弹性势能一直增大 C．橡皮绳的弹性势能增加了mgh D．橡皮绳再次到达原长时圆环动能最大 ‎12．（10分）液化石油燃气汽车简称LPG汽车，该 燃气汽车的CO排放量比汽油车减少90%以上，碳氢化合物排放减少70%以上，氮氧化合物排放减少35%以上，是目前较为实用的低排放汽车。如下图所示为一辆燃气车，为检验刹车功能，进行了如下实验：在路旁可以 答案与解析：‎ ‎3．【答案】B【解析】以物体为研究对象，竖直方向有，水平方向有，联立解得，在此过程中F做功，故正确选项为B。‎ ‎4．【答案】B【解析】第1s内物体保持静止状态，在推力方向没有位移产生故做功为0，A选项错误；由图象可知第3s内物体做匀速运动，F=2N，故F=f=2N，由v－t图象知第2s内物体的位移x=×1×2m=1m，第2s内物体克服摩擦力做的功Wf=fx=2.0J，故B选项正确；第1.5s时物体的速度为1m/s，故推力的功率为3W，C选项错误；第2s内推力F=3N，推力F做功WF=Fx=3.0J，故第2s内推力F做功的平均功率=WF/t=3W，故D选项错误。‎ ‎5.【答案】C【解析】由和，解得，故正确选项为C。‎ ‎6．【答案】AC【解析】由动能定理，解得μ=0.20，选项A正确、选项B错误；由，‎ μmg=ma，0=v0-at，联立解得t=5.0s，选项C正确、选项D错误。‎ ‎10．【答案】ACD【解析】小球A、B组成的系统机械能守恒，选项A正确；由于A、B两小球质量不同，选项B错误；当B球到达最低点时，两小球速度最大，由系统机械能守恒，得最大速度为，选项C正确；以B球为研究对象，由动能定理得：，解得，选项D正确。‎ ‎13．【答案】60N 0‎ ‎【解析】由动能定理，得 （2分）‎ 在B点有 （2分）‎ 联系解得 FN=60N 由牛顿第三定律知，滑块在B点对轨道的压力大小为60N （1分）‎ 滑块由B点到D点过程由动能定理，得 （2分）‎ 在D点有 （2分）‎ 联立解得 FN2=0‎ 由牛顿第三定律知滑块在D点对轨道的压力大小为0 （1分）‎ ‎14.【答案】‎ ‎【解析】设小滑块受平板车的滑动摩擦力大小为f，经时间t后与平板车相对静止，则（2分）‎ v0=at（2分）‎ f=ma（2分）‎ ‎（2分） 联立解得 （2分）‎ 由动能定理可得： （2分）‎ 解得：μ3=0.125 （1分）‎ 综上所以摩擦因数μ的范围为：0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125 （1分） ‎