2021高考物理二輪復(fù)習(xí)第一篇專題五考向5動(dòng)能定理和功能關(guān)系的應(yīng)用學(xué)案

1、考向5動(dòng)能定理和功能關(guān)系的應(yīng)用(多選)(2019全國(guó)卷)從地面豎直向上拋出一物體,其機(jī)械能e總等于動(dòng)能ek與重力勢(shì)能ep之和。取地面為重力勢(shì)能零點(diǎn),該物體的e總和ep隨它離開(kāi)地面的高度h的變化如圖所示。重力加速度取10 m/s2。由圖中數(shù)據(jù)可得()a.物體的質(zhì)量為2 kgb.h=0時(shí),物體的速率為20 m/sc.h=2 m時(shí),物體的動(dòng)能ek=40 jd.從地面至h=4 m,物體的動(dòng)能減少100 j(1)審題破題眼:(2)情境化模型:(3)命題陷阱點(diǎn):陷阱1:分析不出上升和下降過(guò)程中阻力方向發(fā)生變化。陷阱2:混淆各力做功的正負(fù)。陷阱3:不知道機(jī)械能的變化等于阻力做功。 動(dòng)能定理公式中體現(xiàn)的“三個(gè)

2、關(guān)系”(1)數(shù)量關(guān)系:即合力所做的功與物體動(dòng)能的變化具有等量代換關(guān)系。可以通過(guò)計(jì)算物體動(dòng)能的變化,求合力做的功,進(jìn)而求得某一力做的功。(2)單位關(guān)系:等式兩側(cè)物理量的國(guó)際單位都是焦耳。(3)因果關(guān)系:合力的功是引起物體動(dòng)能變化的原因。1.應(yīng)用動(dòng)能定理求解的思路和步驟2.與能量有關(guān)的力學(xué)綜合題的解決方法(1)常見(jiàn)的與能量有關(guān)的力學(xué)綜合題有單一物體多過(guò)程和多個(gè)物體多過(guò)程兩大類(lèi)型。(2)聯(lián)系前后兩個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵物理量是速度,前一個(gè)過(guò)程的末速度是后一個(gè)過(guò)程的初速度。(3)當(dāng)涉及功、能和位移時(shí),一般選用動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律或能量守恒定律,題目中出現(xiàn)相對(duì)位移時(shí),應(yīng)優(yōu)先選擇能量守恒定律。1.(動(dòng)能定理和動(dòng)

3、量定理)(多選)一場(chǎng)別開(kāi)生面的節(jié)能車(chē)競(jìng)賽在平直的水平測(cè)試道上進(jìn)行,40支車(chē)隊(duì)以各家獨(dú)門(mén)絕技挑戰(zhàn)1升汽油行駛里程的最高紀(jì)錄。某公司研制開(kāi)發(fā)的某型號(hào)小汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為24 kw,汽車(chē)連同駕乘人員總質(zhì)量為m=2 000 kg,在水平路面上行駛時(shí)受到恒定的阻力是800 n。小汽車(chē)以額定功率由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)直到?jīng)_線,取得1升汽油行駛30公里的最好成績(jī)。則下列判斷正確的是()a.小汽車(chē)行駛的最大速度為30 m/sb.小汽車(chē)行駛速度為20 m/s時(shí)加速度為1 m/s2c.小汽車(chē)行駛30公里用時(shí)1 037.5 sd.小汽車(chē)行駛30公里的過(guò)程中牽引力的沖量為8.9105 ns2.(動(dòng)能定理和功能關(guān)系)(多選

4、)圖為網(wǎng)上熱賣(mài)的彈力軟軸乒乓球訓(xùn)練器,彈力軸上端固定一乒乓球,下端固定在吸盤(pán)上。開(kāi)始時(shí)彈力軸豎直,乒乓球處于靜止?fàn)顟B(tài),且到水平地面的距離為h?，F(xiàn)讓一小孩快速揮拍水平擊球,乒乓球恰好能觸到地面(此時(shí)球的速度為0)。已知小孩擊球過(guò)程中球拍對(duì)乒乓球做功為w,乒乓球的質(zhì)量為m,不計(jì)空氣阻力,彈力軸不彎曲時(shí)的彈性勢(shì)能為零,重力加速度為g,則()a.乒乓球觸地時(shí)彈力軸的彈性勢(shì)能為w+mghb.乒乓球觸地時(shí)彈力軸的彈性勢(shì)能為w-mghc.乒乓球返回到初始位置時(shí)速度大小為d.乒乓球返回到初始位置時(shí)速度大小為23.(動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒)(多選)如圖所示,豎直平面內(nèi)的兩個(gè)半圓軌道在b點(diǎn)平滑相接,兩個(gè)半圓的圓心o

5、1、o2在同一水平線上,粗糙的小半圓半徑為r,光滑的大半圓的半徑為2r;一質(zhì)量為m的滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))從大半圓的一端a點(diǎn)以一定的初速度向上沿著半圓內(nèi)壁運(yùn)動(dòng),且剛好能通過(guò)大半圓的最高點(diǎn),最后滑塊從小半圓的左端沖出軌道,剛好能到達(dá)大半圓的最高點(diǎn),已知重力加速度為g,則()a.滑塊在a點(diǎn)的初速度為b.滑塊在a點(diǎn)對(duì)半圓軌道的壓力為6mgc.滑塊第一次通過(guò)小半圓過(guò)程克服摩擦力做的功為mgrd.增大滑塊在a點(diǎn)的初速度,則滑塊通過(guò)小半圓克服摩擦力做的功不變1.水力采煤是利用高速水流沖擊煤層而進(jìn)行的,煤層受到3.6106 n/m2的壓強(qiáng)沖擊即可破碎,若水流沿水平方向沖擊煤層,不考慮水的反向?yàn)R射作用,則沖擊煤層

6、的水流速度至少應(yīng)為(水的密度為1103 kg/m3)()a.30 m/sb.40 m/sc.45 m/sd.60 m/s2.人們對(duì)手機(jī)的依賴性越來(lái)越強(qiáng),有些人喜歡躺著看手機(jī),經(jīng)常出現(xiàn)手機(jī)砸傷眼睛的情況。若手機(jī)質(zhì)量為120 g,從離人眼約20 cm的高度無(wú)初速度掉落,砸到眼睛后手機(jī)未反彈,眼睛受到手機(jī)的沖擊時(shí)間約為0.2 s,取重力加速度g=10 m/s2;下列分析正確的是()a.手機(jī)與眼睛作用過(guò)程中手機(jī)動(dòng)量變化約為0.48 kgm/sb.手機(jī)對(duì)眼睛的沖量大小約為0.48 ns c.手機(jī)對(duì)眼睛的沖量方向豎直向上d.手機(jī)對(duì)眼睛的作用力大小約為0.24 n3.(多選)某同學(xué)做了一個(gè)趣味實(shí)驗(yàn),如圖所示

7、,有兩個(gè)彈性小球a、b重疊放置,質(zhì)量分別為m1、m2,兩球球心在同一豎直線上?，F(xiàn)讓它們?cè)诰嗨降孛娓遠(yuǎn)處由靜止釋放,落地時(shí)認(rèn)為小球b先與地面碰撞,再與小球a碰撞,小球a碰后能上升的最大高度為h。所有的碰撞都是彈性碰撞,碰撞時(shí)間忽略不計(jì),碰撞前后兩小球都在豎直方向運(yùn)動(dòng),兩小球均可視為質(zhì)點(diǎn),不計(jì)空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是()a.若m2=3m1,則h=4hb.若m2=3m1,則h=9hc.若m2m1,則近似有h=9hd.若m2m1,則近似有h=16h4.(多選)過(guò)山車(chē)是一項(xiàng)富有刺激性的娛樂(lè)工具,過(guò)山車(chē)的運(yùn)動(dòng)包含了許多物理學(xué)原理。如圖所示為過(guò)山車(chē)的大回環(huán)軌道的結(jié)構(gòu)圖,一質(zhì)量為m=40 kg的車(chē)廂(可視

8、為質(zhì)點(diǎn))從高h(yuǎn)=12 m處的a點(diǎn)由靜止沿光滑軌道ab滑下,進(jìn)入半徑為r=4 m的豎直圓軌道,車(chē)廂與圓軌道的動(dòng)摩擦因數(shù)處處相同,當(dāng)?shù)竭_(dá)圓軌道的頂點(diǎn)c時(shí),車(chē)廂對(duì)圓軌道的壓力恰好為零。之后車(chē)廂繼續(xù)沿cfb滑下,進(jìn)入光滑軌道bd,且上升高度為h時(shí)速度為零,則下列說(shuō)法正確的是(g取10 m/s2)()a.車(chē)廂在圓軌道最高點(diǎn)時(shí)的速度為2 m/sb.車(chē)廂在圓軌道最高點(diǎn)時(shí)的速度為 m/sc.h的值可能為8.0 md.h的值可能為8.5 m5.(多選)2020年2月2日上午,武漢火神山醫(yī)院正式交付,從方案設(shè)計(jì)到建成交付僅用10天,被譽(yù)為“中國(guó)速度”。在醫(yī)院建造過(guò)程中,有一吊機(jī)將靜止在地面上的貨物豎直向上吊起,貨

9、物由地面運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)的過(guò)程中,v-t圖象如圖所示。下列判斷正確的是()a.1 s末貨物的加速度大小為1.5 m/s2b.前2 s內(nèi)貨物克服重力做功的功率不變c.最后3 s內(nèi)貨物處于失重狀態(tài)d.在第4 s末至第7 s末的過(guò)程中,貨物的機(jī)械能增大6.如圖所示,質(zhì)量分別為ma=m、mb=3m的a、b兩物體放置在光滑的水平面上,其中a物體緊靠光滑墻壁,a、b兩物體之間用輕彈簧相連。對(duì)b物體緩慢施加一個(gè)水平向右的力,使a、b兩物體之間彈簧壓縮到最短并鎖定,此過(guò)程中,該力做功為w0?，F(xiàn)突然撤去外力并解除鎖定,(設(shè)重力加速度為g,a、b兩物體體積很小,可視為質(zhì)點(diǎn),彈簧在彈性限度內(nèi))求:(1)從撤去外力到a物

10、體開(kāi)始運(yùn)動(dòng),墻壁對(duì)a物體的沖量ia大小;(2)a、b兩物體離開(kāi)墻壁后到達(dá)圓軌道之前,b物體的最小速度vb是多大;(3)若在b物體獲得最小速度瞬間脫離彈簧,從光滑圓形軌道右側(cè)小口進(jìn)入(b物體進(jìn)入后小口自動(dòng)封閉組成完整的圓形軌道)圓形軌道,要使b物體不脫離圓形軌道,試求圓形軌道半徑r的取值范圍。7.如圖所示,半徑r= m的光滑圓弧軌道固定在豎直平面內(nèi),軌道的一個(gè)端點(diǎn)b和圓心o的連線與水平方向間的夾角=37,另一端點(diǎn)c為軌道的最低點(diǎn),其切線水平。一質(zhì)量m=2 kg、板長(zhǎng)l=0.65 m的滑板靜止在光滑水平地面上,左端緊靠c點(diǎn),其上表面所在平面與圓弧軌道c點(diǎn)和右側(cè)固定平臺(tái)d等高。質(zhì)量為m=1 kg的物

11、塊(可視為質(zhì)點(diǎn))從空中a點(diǎn)以v0=0.6 m/s的速度水平拋出,恰好從軌道的b端沿切線方向進(jìn)入圓弧軌道,然后沿圓弧軌道滑下經(jīng)c點(diǎn)滑上滑板?；暹\(yùn)動(dòng)到平臺(tái)d時(shí)被牢固粘連。已知物塊與滑板間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.5,滑板右端到平臺(tái)d左側(cè)的距離s在0.1 ms0.5 m范圍內(nèi)取值。取g=10 m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8。求:(1)物塊到達(dá)b點(diǎn)時(shí)的速度大小vb;(2)物塊經(jīng)過(guò)c點(diǎn)時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力;(3)試討論物塊剛滑上平臺(tái)d時(shí)的動(dòng)能ekd與s的關(guān)系?？枷?動(dòng)能定理和功能關(guān)系的應(yīng)用/研透真題破題有方/a、d由ep=mgh知ep-h圖象的斜率為mg,故mg=20 n,解得m=2 kg,故

12、a正確;h=0時(shí),ep=0,ek=e總-ep=100 j-0=100 j,故mv2=100 j,解得:v=10 m/s,故b錯(cuò)誤;h=2 m時(shí),ep=40 j,ek= e總-ep=90 j-40 j=50 j,故c錯(cuò)誤;h=0時(shí),ek=e總-ep=100 j-0=100 j,h=4 m時(shí),ek=e總-ep=80 j-80 j=0,故ek- ek=100 j,故d正確。/多維猜押制霸考場(chǎng)/1.a、c、d當(dāng)小汽車(chē)以最大速度勻速行駛時(shí),牽引力f等于阻力ff,由功率公式可得vm=30 m/s,選項(xiàng)a正確;由牛頓第二定律-ff=ma,代入速度解得a=0.2 m/s2,選項(xiàng)b錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理有pt-ff

13、s=m-0,解得t=1 037.5 s,選項(xiàng)c正確;由動(dòng)量定理有if-fft=mvm-0,解得if=8.9105 ns,選項(xiàng)d正確。2.a、c從小孩擊球到乒乓球觸地的過(guò)程,根據(jù)動(dòng)能定理得w+mgh-w彈=0,得w彈=w+mgh,則乒乓球觸地時(shí)彈力軸的彈性勢(shì)能為ep=w彈=w+mgh,故a正確,b錯(cuò)誤;對(duì)于乒乓球返回過(guò)程,根據(jù)動(dòng)能定理得w彈-mgh=mv2-0,解得乒乓球返回到初始位置時(shí)速度大小為v=,故c正確,d錯(cuò)誤。3.a、c由于滑塊恰好能通過(guò)大半圓的最高點(diǎn),重力提供向心力,即mg=m,解得:v=,以ab面為參考面,根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得:m=2mgr+m()2,求得va=,故a正確;滑塊在

14、a點(diǎn)受到大半圓軌道的支持力為:f=m=3mg,由牛頓第三定律可知,滑塊在a點(diǎn)對(duì)半圓軌道的壓力為3mg,故b錯(cuò)誤;設(shè)滑塊在o1點(diǎn)的速度為v1,則:v1=2,在小半圓中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,根據(jù)動(dòng)能定理得wf=m-m=mgr,故c正確;增大滑塊在a點(diǎn)的初速度,則滑塊在小的半圓中各個(gè)位置速度都增大,滑塊對(duì)小半圓軌道的平均壓力增大,因此克服摩擦力做的功增多,故d錯(cuò)誤。/高考猜押競(jìng)技場(chǎng)/1.d建立如圖所示模型,設(shè)水流形成的水柱面積為s,由動(dòng)量定理得ft=0-sv0t(-v0),可得壓強(qiáng):p=,故沖擊煤層的水流速度至少應(yīng)為v0=60 m/s。2.b根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)公式v= m/s=2 m/s,選取向上為正方向,手

15、機(jī)與眼睛作用后手機(jī)的速度變成0,所以手機(jī)與眼睛作用過(guò)程中動(dòng)量變化為p=0-(-mv)=0.122 kgm/s=0.24 kgm/s,故a錯(cuò)誤;手機(jī)與眼接觸的過(guò)程中受到重力與眼睛的作用力,選取向上為正方向,則:iy-mgt=p,代入數(shù)據(jù)可得:iy=0.48 ns,手機(jī)對(duì)眼睛的作用力與眼睛對(duì)手機(jī)的作用力大小相等,方向相反,作用的時(shí)間相等,所以手機(jī)對(duì)眼睛的沖量大小約為0.48 ns,方向豎直向下,故b正確,c錯(cuò)誤;由沖量的定義:iy=ft,代入數(shù)據(jù)可得:f= n=2.4 n,故d錯(cuò)誤。3.a、ca、b下降過(guò)程為自由落體運(yùn)動(dòng),由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式得:v2=2gh,解得b觸地時(shí)兩球速度相同,大

16、小為v=,b與地碰撞之后,速度瞬間反向,大小不變,a與b碰撞前后a、b組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,設(shè)碰后a、b速度大小分別為v1、v2,選方向向上為正方向,m2v-m1v=m1v1+m2v2,(m1+m2)v2=m1+m2,解得v1=v,若m2=3m1,解得v1=2,小球a上升的最大高度為h=4h,a正確,b錯(cuò)誤;若m2m1,則v13v,則近似有h=9h,c正確,d錯(cuò)誤。4.a、d在最高點(diǎn)c,車(chē)廂對(duì)圓環(huán)軌道的壓力恰好為0,根據(jù)牛頓第二定律可得mg=,解得vc=2 m/s,即車(chē)廂在圓軌道最高點(diǎn)時(shí)的速度為2 m/s,故b錯(cuò)誤,a正確;在abec過(guò)程中,根據(jù)動(dòng)能定理可得mg(h-2r)-w1=m-0,解得w

17、1=800 j,故在bec過(guò)程中克服摩擦力做的功為800 j,設(shè)cfb過(guò)程克服摩擦力做的功為w2,因該過(guò)程車(chē)廂與軌道的平均壓力小于bec過(guò)程,則摩擦力也小于bec過(guò)程的摩擦力,則有0w2w1,在cfbd過(guò)程,由動(dòng)能定理得-mg(h-2r)-w2=-m,解得8 mh10 m,故c錯(cuò)誤,d正確。5.c、d01 s內(nèi)貨物做勻加速直線運(yùn)動(dòng),速度圖象的斜率表示加速度,則有a= m/s2=0.75 m/s2,故選項(xiàng)a錯(cuò)誤;前2 s內(nèi)貨物的速度增大,克服重力做功的功率p=mgv增加,故選項(xiàng)b錯(cuò)誤;最后3 s內(nèi)貨物減速上升,加速度方向向下,所以貨物處于失重狀態(tài),故選項(xiàng)c正確;在第4 s末至第7 s末的過(guò)程中,

18、拉力仍對(duì)貨物做正功,所以貨物的機(jī)械能增大,故選項(xiàng)d正確。6.【解析】(1)設(shè)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí),物體b的速度為,由能量守恒有:w0=m,解得vb0=此過(guò)程中墻壁對(duì)物體a的沖量大小等于彈簧對(duì)物體a的沖量大小,也等于彈簧對(duì)物體b的沖量大小,有:ia=3mvb0=。(2)當(dāng)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)后,物體a離開(kāi)墻壁,彈簧伸長(zhǎng),物體a的速度逐漸增大,物體b的速度逐漸減小。當(dāng)彈簧再次恢復(fù)到原長(zhǎng)時(shí),物體a達(dá)到最大速度,物體b的速度減小到最小值,此過(guò)程滿足動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒,有3mvb0=mva+3mvb,3m=m+3m解得:vb=vb0=。(3)若物體b恰好過(guò)最高點(diǎn)不脫離圓形軌道物體b經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí),有mb=mb+mbg2r,mbg=mb解得:r=,所以r若物體b恰好能運(yùn)動(dòng)到與圓形軌道圓心等高處,有mb=mbgr解得:r=,所以r。答案:(1)(2)(3)r或r7.【解析】(1)從a到b,物塊做平拋運(yùn)動(dòng),由幾何關(guān)系得:sin3