2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 核心素養(yǎng)專項(xiàng)提升 科學(xué)思維之模型建構(gòu)——多物體的機(jī)械能守恒模型學(xué)案 新人教版

1、2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 核心素養(yǎng)專項(xiàng)提升 科學(xué)思維之模型建構(gòu)多物體的機(jī)械能守恒模型學(xué)案 新人教版2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 核心素養(yǎng)專項(xiàng)提升 科學(xué)思維之模型建構(gòu)多物體的機(jī)械能守恒模型學(xué)案 新人教版年級(jí)：姓名：- 8 -核心素養(yǎng)專項(xiàng)提升典型物理模型指導(dǎo)突破科學(xué)思維之模型建構(gòu)多物體的機(jī)械能守恒模型模型概述1.常見的三種模型(1)輕繩連接的物體系統(tǒng)模型常見情景模型提醒分清兩物體是速度大小相等,還是沿繩方向的分速度大小相等。用好兩物體的位移大小關(guān)系或豎直方向高度變化的關(guān)系。對(duì)于單個(gè)物體,一般繩上的力要做功,機(jī)械能不守恒;但對(duì)于繩連接的系統(tǒng),機(jī)械能則可能守恒。(2)輕

2、桿連接的物體系統(tǒng)模型常見情景模型特點(diǎn)平動(dòng)時(shí)兩物體線速度相等,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩物體角速度相等。桿對(duì)物體的作用力并不總是沿桿的方向,桿能對(duì)物體做功,單個(gè)物體機(jī)械能不守恒。對(duì)于桿和球組成的系統(tǒng),忽略空氣阻力和各種摩擦且沒(méi)有其他力對(duì)系統(tǒng)做功,則系統(tǒng)機(jī)械能守恒。(3)輕彈簧連接的物體系統(tǒng)模型模型特點(diǎn)由輕彈簧連接的物體系統(tǒng),一般既有重力做功又有彈簧彈力做功,這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)物體的動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈簧的彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能守恒。兩點(diǎn)提醒對(duì)同一彈簧,彈性勢(shì)能的大小由彈簧的形變量完全決定,無(wú)論彈簧伸長(zhǎng)還是壓縮。物體運(yùn)動(dòng)的位移與彈簧的形變量或形變量的變化量有關(guān)。2.多物體機(jī)械能守恒問(wèn)題的分析方法(1)正確選取研究對(duì)象

3、,合理選取物理過(guò)程。(2)對(duì)多個(gè)物體組成的系統(tǒng)要注意判斷物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒。(3)注意尋找用輕繩、輕桿或輕彈簧相連接的物體間的速度關(guān)系和位移關(guān)系。(4)列機(jī)械能守恒方程時(shí),從三種表達(dá)式中選取方便求解問(wèn)題的形式。案例探究(2020江蘇卷)如圖所示,鼓形輪的半徑為r,可繞固定的光滑水平軸o轉(zhuǎn)動(dòng),在輪上沿相互垂直的直徑方向固定四根直桿,桿上分別固定有質(zhì)量為m的小球,球與o的距離均為2r,在輪上繞有長(zhǎng)繩,繩上懸掛著質(zhì)量為m的重物。重物由靜止下落,帶動(dòng)鼓形輪轉(zhuǎn)動(dòng),重物落地后鼓形輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為。繩與輪之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng),忽略鼓形輪、直桿和長(zhǎng)繩的質(zhì)量,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g。

4、求:(1)重物落地后,小球線速度的大小v;(2)重物落地后一小球轉(zhuǎn)到水平位置a,此時(shí)該球受到桿的作用力的大小f;(3)重物下落的高度h。解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀重物落地后鼓形輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)重物落地后小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)重物落地后一小球轉(zhuǎn)到水平位置a小球受到的合力水平向左破題根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的線速度與角速度的關(guān)系求出小球的線速度;對(duì)小球受力分析,重力和桿對(duì)小球的力的合力提供小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力;重物下落過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有機(jī)械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化,因此機(jī)械能守恒,重物重力勢(shì)能減少量等于重物和小球動(dòng)能的增加量。對(duì)于多個(gè)物體組成的系統(tǒng),列機(jī)械能守恒表達(dá)式時(shí),先找出哪些機(jī)械能減少,哪些機(jī)械能增加,根據(jù)機(jī)械

5、能守恒減少的能量和等于增加的能量和列式求解。創(chuàng)新訓(xùn)練1.(多選)如圖所示直角邊長(zhǎng)為r的光滑等腰直角三角形和半徑為r的光滑圓柱的一部分無(wú)縫相接,質(zhì)量分別為2m和m的物體a和小球b通過(guò)一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)線相連,小球b恰好位于桌面上。小球b可視為質(zhì)點(diǎn),若從靜止釋放小球b,當(dāng)其運(yùn)動(dòng)到圓柱頂點(diǎn)時(shí),則()a.物體a的速度大小為23grb.物體a的速度大小為gr(+2)3c.繩的張力對(duì)物體b所做的功為mgr+86d.繩的張力對(duì)物體b所做的功為23mgr2.(多選)(2020河北滄州鹽山中學(xué)開學(xué)考試)如圖所示,滑塊a、b的質(zhì)量均為m,a套在固定傾斜直桿上,傾斜桿與水平面成45,b套在固定水平的直桿上,兩桿分離不

6、接觸,兩直桿間的距離忽略不計(jì)且兩桿足夠長(zhǎng),a、b通過(guò)鉸鏈用長(zhǎng)度為l的剛性輕桿(初始時(shí)輕桿與平面成30)連接,a、b從靜止釋放,b開始沿水平面向右運(yùn)動(dòng),不計(jì)一切摩擦,滑塊a、b視為質(zhì)點(diǎn),在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法中正確的是()a.a、b組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒b.當(dāng)a到達(dá)與b同一水平面時(shí),a的速度為glc.b滑塊到達(dá)最右端時(shí),a的速度為2gld.b滑塊最大速度為3gl3.(2020福建廈門檢測(cè))如圖所示,一勁度系數(shù)為k=100 n/m的輕彈簧下端固定于傾角為=53的光滑斜面底端,上端連接物塊q。一輕繩跨過(guò)定滑輪o,一端與物塊q連接,另一端與套在光滑豎直桿的物塊p連接,定滑輪到豎直桿的距離為d=0.3

7、m。初始時(shí)在外力作用下,物塊p在a點(diǎn)靜止不動(dòng),oq段輕繩與斜面平行,繩子張力大小為50 n。已知物塊p的質(zhì)量為m1=0.8 kg,物塊q的質(zhì)量為m2=5 kg,不計(jì)滑輪大小及摩擦作用,g取10 m/s2,sin 53=0.8,cos 53=0.6。現(xiàn)將物塊p由靜止釋放,求:(1)物塊p位于a時(shí),彈簧的伸長(zhǎng)量x1;(2)物塊p上升h=0.4 m至與滑輪o等高的b點(diǎn)時(shí)的速度大小;(3)物塊p上升至b點(diǎn)過(guò)程中,輕繩拉力對(duì)其做的功。核心素養(yǎng)專項(xiàng)提升典型物理模型指導(dǎo)突破案例探究答案(1)2r(2)f=(2m2r)2+(mg)2(3)m+16m2mg(r)2解析(1)線速度v=r得v=2r(2)向心力f向

8、=2m2r設(shè)f與水平方向的夾角為,則fcos=f向;fsin=mg解得f=(2m2r)2+(mg)2(3)落地時(shí),重物的速度v=r由機(jī)械能守恒得12mv2+412mv2=mgh解得h=m+16m2mg(r)2創(chuàng)新訓(xùn)練1.bc以a、b和繩為研究對(duì)象,由機(jī)械能守恒得12(2m+m)v2=2mg2r8+r-mgr,解得v=gr(+2)3,b正確,a錯(cuò)誤;以b為研究對(duì)象,根據(jù)動(dòng)能定理得w-mgr=12mv2,解得w=mgr(+86),c正確,d錯(cuò)誤。2.ad因不計(jì)一切摩擦,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒,a正確;設(shè)a的速度為va、b的速度為vb,當(dāng)a到達(dá)與b同一水平面時(shí),對(duì)a、b速度進(jìn)行分解,根據(jù)沿桿方向速度相等有

9、:vb=vacos45=22va,根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒有:mgl2=12mva2+12mvb2,解得:va=23gl,b錯(cuò)誤;b滑塊到達(dá)最右端時(shí),b的速度為零,根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒有:mgl1+22=12mva2,解得:va=(1+2)gl,c錯(cuò)誤;當(dāng)a滑到最低點(diǎn)時(shí),速度為零,b的速度最大,根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒有:32mgl=12mvb2,解得:vb=3gl,d正確。3.答案(1)0.1 m(2)23 m/s(3)8 j解析(1)物塊p位于a點(diǎn)時(shí),有t=m2gsin+kx1,解得x1=0.1m。(2)經(jīng)分析,物塊p上升h=0.4m到b點(diǎn)時(shí),物塊q速度為0,下降距離為x=0.5m-0.3m=0.2m,