專題(06)功能關(guān)系 能量守恒(原卷版)

2021年高考物理二輪重點專題整合突破專題(06)功能關(guān)系能量守恒(原卷版)高考題型1機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用判斷物體或系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒的三種方法做功判斷法：只有重力(或彈簧的彈力)做功時，系統(tǒng)機(jī)械能守恒；能量轉(zhuǎn)化判斷法：沒有與機(jī)械能以外的其他形式的能轉(zhuǎn)化時，系統(tǒng)機(jī)械能守恒；定義判斷法：看動能與重力(或彈性)勢能之和是否變化.三種表達(dá)式⑴守恒的觀點：瓦+氣廠弘+仝轉(zhuǎn)化的觀點：AEk=—AEp.轉(zhuǎn)移的觀點：Ea=Eb減.公式選用技巧單物體守恒問題：通常應(yīng)用守恒觀點和轉(zhuǎn)化觀點(如拋體類、擺動類、光滑軌道類).轉(zhuǎn)化觀點不用選取零勢能面.系統(tǒng)機(jī)械能守恒問題：通常應(yīng)用轉(zhuǎn)化觀點和轉(zhuǎn)移觀點(如繩或桿相連接的物體)，都不用選取零勢能面.易錯易混點分析含彈簧的物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒時，必須是包括彈簧在內(nèi)的系統(tǒng)；繩子突然繃緊、非彈性碰撞、有摩擦力或電(磁)場力做功等情況，機(jī)械能必不守恒；分析關(guān)聯(lián)物體機(jī)械能守恒時，應(yīng)注意尋找用繩或桿連接的物體間的速度關(guān)系和位移關(guān)系.【例1】(2017?全國卷口?17)如圖1,半圓形光滑軌道固定在水平地面上，半圓的直徑與地面垂直，一小物塊以速度v從軌道下端滑入軌道，并從軌道上端水平飛出，小物塊落地點到軌道下端的距離與軌道半徑有關(guān)，此距離最大時對應(yīng)的軌道半徑為(重力加速度大小為g)()

A.卩216A.卩216irV2B'8gD.^2g【例2】（多選）（2015?全國卷口?21）如圖2,滑塊a、b的質(zhì)量均為m,a套在固定豎直桿上，與光滑水平地面相距h，b放在地面上a、b通過鉸鏈用剛性輕桿連接，由靜止開始運(yùn)動不計摩擦，a、b可視為質(zhì)點，重力加速度大小為&則（）a落地前，輕桿對b一直做正功a落地時速度大小為冷石ha下落過程中，其加速度大小始終不大于ga落地前，當(dāng)a的機(jī)械能最小時，b對地面的壓力大小為mg【變式訓(xùn)練】（多選）如圖3所示，一物體從光滑斜面AB底端A點以初速度v0上滑，沿斜面上升的最大高度為h.下列說法中正確的是（設(shè)下列情境中物體從A點上滑的初速度仍為v0）（）圖3若把斜面CB部分截去，物體沖過C點后上升的最大高度仍為h若把斜面AB變成光滑曲面AEB,物體沿此曲面上升仍能到達(dá)B點若把斜面彎成圓弧形軌道D,物體仍沿圓弧升高h(yuǎn)若把斜面從C點以上部分彎成與C點相切的圓弧狀，物體上升的最大高度有可能仍為h（多選）如圖4所示，將質(zhì)量為2m的重物懸掛在輕繩的一端，輕繩的另一端系一質(zhì)量為m的環(huán)，環(huán)套在豎直固定的光滑直桿上，光滑定滑輪與直桿的距離為〃?桿上的A點與定滑輪等高，桿上的B點在A點正下方距離為d處?現(xiàn)將環(huán)從A處由靜止釋放，不計一切摩擦阻力，輕繩足夠長，下列說法正確的是（）圖4環(huán)到達(dá)B處時，重物上升的高度h=2環(huán)到達(dá)B處時，環(huán)與重物的速度大小相等環(huán)從A到B,環(huán)減少的機(jī)械能等于重物增加的機(jī)械能（多選）（2020?安徽淮北市一模）如圖5甲所示，豎直光滑桿固定不動，套在桿上的輕質(zhì)彈簧下端固定，將套在桿上的滑塊向下壓縮彈簧至離地高度h=0.1m處，滑塊與彈簧不拴接?現(xiàn)由靜止釋放滑塊，通過傳感器測量出滑塊的速度和離地高度h并作出如圖乙所示滑塊的Ek—h圖象，其中高度從0.2m上升到0.35m范圍內(nèi)圖象中圖線為直線，其余部分為曲線，以地面為參考平面，不計空氣阻力，取g=10m/s2,由圖象可知（）圖5小滑塊的質(zhì)量為0.1kg彈簧原長為0.2mC.彈簧最大彈性勢能為0.5J

小滑塊的重力勢能與彈簧的彈性勢能總和最小為0.4J高考題型2功能關(guān)系的理解和應(yīng)用常見的功能關(guān)系蛀能冊時度，菖⑥—a-更力勢能瓷化直耳2.機(jī)械能變化的兩種分析方法電場力做助磯.專U.m蛀能冊時度，菖⑥—a-更力勢能瓷化直耳2.機(jī)械能變化的兩種分析方法電場力做助磯.專U.m離常力申】巫包啲戟他力徵功宙觀卜細(xì)1「'J安力做功噲合力做功巴產(chǎn)W宀嘰4■曬+…1V=-Afi機(jī)械能的變化系統(tǒng)內(nèi)能的更化再電仙能變化3廠電從變化占E巫力嵌功*1=旳油彈力做功弗性孫能變化也目（1）定義法：如果動能和勢能都增加（或減少），機(jī)械能一定增加（或減少）.（2）功能關(guān)系法：除重力（或彈簧彈力）以外的其他力做正功（或負(fù)功），機(jī)械能一定增加（或減少）.3.功能關(guān)系的理解和應(yīng)用功能關(guān)系反映了做功和能量轉(zhuǎn)化之間的對應(yīng)關(guān)系，功是能量轉(zhuǎn)化的量度和原因，在不同問題中的具體表現(xiàn)不同.（1）根據(jù)功能之間的對應(yīng)關(guān)系，判定能的轉(zhuǎn)化情況（2）根據(jù)能量轉(zhuǎn)化可計算變力做的功.【例3】（2017?全國卷口?16）如圖6,—質(zhì)量為加、長度為l的均勻柔軟細(xì)繩PQ豎直懸掛?用外力將繩的下端Q緩慢地豎直向上拉起至M點，M點與繩的上端P相距》.重力加速度大小為g.在此過程中，外力做的功為（）圖6圖6A.gmglA.gmgl B^mglC.jmgl D?尹gl【例4】（多選）（2020?全國卷口?20）—物塊在高3.0m、長5.0m的斜面頂端從靜止開始沿斜面下滑，其重力勢能和動能隨下滑距離s的變化如圖7中直線口、□所示，重力加速度取10m/s2.則（ ）圖7圖7物塊下滑過程中機(jī)械能不守恒 B.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.5C.物塊下滑時加速度的大小為6.0m/s2 D.當(dāng)物塊下滑2.0m時機(jī)械能損失了12J【變式訓(xùn)練】（2020?貴州貴陽市3月調(diào)研）如圖8所示，處于原長的輕質(zhì)彈簧的一端與固定的豎直板P拴接，另一端與物體A相連，物體A靜止于光滑水平桌面上，右端接一細(xì)線，細(xì)線繞過光滑的定滑輪與物體E相連?開始時用手托住B，讓細(xì)線恰好伸直然后由靜止釋放B，直至B獲得最大速度?下列有關(guān)該過程的分析正確的是（）圖8圖8B物體的動能增加量等于B物體重力勢能的減少量B物體機(jī)械能的減少量等于彈簧的彈性勢能的增加量A的動能先增大后減小細(xì)線拉力對A做的功等于A物體與彈簧所組成的系統(tǒng)機(jī)械能的增加量（多選）（2020?哈爾濱師大附中聯(lián)考）如圖9甲所示，一木塊沿固定斜面由靜止開始下滑，下滑過程中木塊的機(jī)械能和動能隨位移變化的關(guān)系圖線如圖乙所示，則下列說法正確的是（ ）第5頁共8頁圖9在位移從0增大到％的過程中，木塊的重力勢能減少了E0在位移從0增大到％的過程中，木塊的重力勢能減少了2E0圖線a斜率的絕對值表示木塊所受的合力大小圖線b斜率的絕對值表示木塊所受的合力大小高考題型3動力學(xué)和能量觀點的綜合應(yīng)用多過程問題(1)解題技巧□拆：把整個過程拆分為多個子過程，變?yōu)槭煜さ倪\(yùn)動模型.□找：在題目中找“恰好”“恰能”“最高”“至少”等關(guān)鍵字，找出對應(yīng)的臨界條件.□用：選擇合適的規(guī)律列方程.□注意：注意分析“界點”的速度大小和方向，界點速度是上一過程的末速度，又是下一過程的初速度，在解題過程中有重要的作用.對于涉及滑動摩擦力的過程，一定不能用機(jī)械能守恒定律來求解.對于非勻變速直線運(yùn)動過程，不能用運(yùn)動學(xué)公式求解，但可用動能定理、能量守恒定律或功能關(guān)系求解.解決傳送帶問題的關(guān)鍵點摩擦力的方向及存在階段的判斷.物體能否達(dá)到與傳送帶共速的判斷.計算產(chǎn)生的熱量，應(yīng)正確確定物體相對傳送帶滑動的距離.弄清能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：傳送帶因傳送物體多消耗的能量等于物體增加的機(jī)械能與產(chǎn)生的內(nèi)能之和.解決彈簧模型問題的關(guān)鍵點(1)從動力學(xué)角度分析彈力作用下物體運(yùn)動的加速度往往是變化的，用胡克定律F=kx結(jié)合牛頓第二定律F合=加。分析加速度和運(yùn)動過程，注意彈力是變力，且注意三個位置：自然長度位置、平衡位置^=0,v最大)、形變量最大(伸長最長或壓縮最短)的位置.(2)從功能關(guān)系的角度分析彈簧問題往往涉及多種能量轉(zhuǎn)化，一般根據(jù)能量守恒定律或動能定理列方程分析，彈力做功與彈性勢能的關(guān)系：W彈=—人坨注意：對同一根彈簧而言，無論是處于伸長狀態(tài)還是壓縮狀態(tài)，只要在彈性限度內(nèi)形變量相同，其儲存的彈性勢能就相同，彈簧先后經(jīng)歷兩次相同的形變的過程中，彈性勢能的變化相同.【變式訓(xùn)練】6?如圖10是一皮帶傳輸裝載機(jī)械示意圖?井下挖掘工將礦物無初速放置于沿圖示方向運(yùn)行的傳送帶A端，被傳輸?shù)侥┒薆處，再沿一段圓形軌道到達(dá)軌道的最高點C處，然后水平拋到貨臺上?已知半徑為R=0.4m的圓形軌道與傳送帶在B點相切，O點為圓形軌道的圓心，B0、CO分別為圓形軌道的半徑?礦物可視為質(zhì)點，傳送帶與水平面間的夾角6=37。，礦物與傳送帶間的動摩擦因數(shù)“=0.85，傳送帶勻速運(yùn)行的速度為v0=6m/s,傳送帶AB兩點間的長度為L=40m.若礦物落點D處離最高點C點的水平距離為s=2m，豎直距離為h=1.25m,礦物質(zhì)量m=5kg,sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2，不計空氣阻力.求：圖10礦物到達(dá)C點時對軌道的壓力大??；礦物到達(dá)B點時的速度大??；⑶礦物由A點到達(dá)C點的過程中，摩擦力對礦物所做的功.7.(2019?湖北恩施州2月教學(xué)質(zhì)量檢測)如圖11所示為輪滑比賽的一段模擬賽道?一個小物塊(可看成質(zhì)點)從A第7頁共8頁點以一定的初速度水平拋出，剛好無碰撞地從C點進(jìn)入光滑的圓弧賽道，圓弧賽道所對的圓心角為60°,圓弧半徑為人，圓弧