高中物理高考 专题二 第一讲　动能定理、机械能守恒定律、功能关系的应用—2021届高考物理二轮总复习课件

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1.(多选)(2020山东卷)如图所示,质量为M的物块A放置在光滑水平桌面上,右侧连接一固定于墙面的水平轻绳,左侧通过一倾斜轻绳跨过光滑定滑轮与一竖直轻弹簧相连。现将质量为m的钩码B挂于弹簧下端,当弹簧处于原长时,将B由静止释放,当B下降到最低点时(未着地),A对水平桌面的压力刚好为零。轻绳不可伸长,弹簧始终在弹性限度内,
物块A始终处于静止状态。以下判断正确的是(　　)A.Mh0),由克服弹性绳的弹力做功等于弹性绳的弹性势能的变化量可得W弹=k(h-h0)2,则有动能Ek=mgh-k(h-h0)2(h>h0),弹性绳的弹性势能Ep=k(h-h0)2,故B、D正确,A、C错误。
6.(多选)(2020天津卷)复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h的自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车,初速度为v0,以恒定功率P在平直轨道上运动,经时间t达到该功率下的最大速度vm,设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内(　　)A.做匀加速直线运动B.加速度逐渐减小C.牵引力的功率P=Fvm
答案 BC解析 动车以恒定功率启动,P=F牵v=Fvm,由于速度增加,故牵引力减小,根据牛顿第二定律可知,加速度越来越小,A错误,BC正确;时间t内牵引力做功W=Pt,根据动能定理有
7.某工厂生产流水线示意图如图所示,半径R=1 m的水平圆盘边缘E点固定一小桶。在圆盘直径DE正上方平行放置的水平传送带沿顺时针方向匀速转动,传送带右端C点与圆盘圆心O在同一竖直线上,竖直
高度h=1.25 m;AB为一个与CO在同一竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道,半径r=0.45 m,且与水平传送带相切于B点。一质量m=0.2 kg的滑块(可视为质点)从A点由静止释放,滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,当滑块到达B点时,圆盘从图示位置以一定的角速度ω绕通过圆心O的竖直轴匀速转动,滑块到达C点时恰与传送带同速并水平抛出,刚好落入圆盘边缘的小桶内。g取10 m/s2,求:(1)滑块到达圆弧轨道B点时对轨道的压力NB;(2)传送带BC部分的长度L;(3)圆盘转动的角速度ω应满足的条件。
答案 (1)6 N,方向竖直向下　(2)1.25 m　(3)ω=2nπ rad/s(n=1,2,3…)
考法2　机械能守恒定律的理解及应用 规律方法　机械能守恒定律应用中的“三选取”(1)研究对象的选取研究对象的选取是解题的首要环节,有的问题选单个物体(实际为一个物体与地球组成的系统)为研究对象,有的选几个物体组成的系统为研究对象,如图所示单选物体A机械能减少不守恒,但由物体A、B二者组成的系统机械能守恒。
(2)研究过程的选取研究对象的运动过程分几个阶段,有的阶段机械能守恒,而有的阶段机械能不守恒,因此在应用机械能守恒定律解题时要注意过程的选取。(3)机械能守恒表达式的选取①守恒观点:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2。(需选取参考面)②转化观点:ΔEp=-ΔEk。(不需选取参考面)③转移观点:ΔEA增=ΔEB减。(不需选取参考面)
【典例4】如图为单板滑雪的简化模型示意图,一质量M为45 kg的运动员从轨道a处由静止滑下,若运动员在下行过程中做功,上行过程中不做功,运动员在b点竖直向上滑出轨道上升的最高点离b点高度H为10 m,轨道简化为半圆轨道,其半径R为20 m,滑板的质量m为5 kg,不计轨道和空气的阻力,g取10 m/s2,求:(1)在轨道的最低点运动员对滑板的压力;(2)运动员在下行过程中所做的功。
答案 (1)1 800 N　(2)5 000 J解析 (1)从最低点到最高点的过程中,由机械能守恒定律得 (M+m)v2=(M+m)g(R+H)在最低点对运动员有FN-Mg=M联立解得FN=1 800 N由牛顿第三定律得运动员对滑板的压力为1 800 N。(2)从a到最低点的过程中以运动员和滑板为研究对象,设此过程中运动员做的功为W,由动能定理可得W+(M+m)gR= (M+m)v2,代入数据解得W=5 000 J。
思维点拨 运动员从最低点到最高点的过程中,由机械能守恒定律求出最低点时的速度,由牛顿第二定律求出滑板对运动员的支持力,从而得到运动员对滑板的压力;从a到最低点的过程中以运动员和滑板为研究对象,根据动能定理可得此过程中运动员做的功。
8.(多选)如图所示,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。让圆环由静止开始沿杆滑下,滑到杆的底端时速度为v(v≠0)。则在圆环下滑过程中(　　)A.圆环与橡皮绳组成的系统机械能守恒B.圆环的机械能先增大后减小C.橡皮绳再次到达原长时圆环动能最大D.最终橡皮绳的弹性势能增加了mgh- mv2
答案 AD解析 圆环沿杆下滑,滑到杆的底端的过程中有两个力对圆环做功,即环的重力和橡皮绳的拉力,所以圆环的机械能不守恒,如果把圆环和橡皮绳组成的系统作为研究对象,则系统的机械能守恒,故A正确;圆环下滑的过程中,橡皮绳先松弛后伸长,所以其弹性势能先不变后增大,根据系统的机械能守恒可知圆环机械能先不变后减小,故B错误;在圆环下滑过程中,橡皮绳再次到达原长前,圆环的动能一直增大,但未达到最大,再次到达原长时圆环的合力沿杆向下,速度继续增大,当沿杆方向合力为零时,圆环的速度最大,故C错误;根据系统机械能守恒得,mgh= mv2+Ep,解得Ep=mgh- mv2,故D正确;故选AD。
9.某校校园文化艺术节举行四驱车模型大赛,其中规定赛道如图所示。某四驱车以额定功率20 W在水平轨道AB处由静止开始加速4 s后从B点水平飞出(之后发动机关闭),
无碰撞进入圆弧轨道CD,该圆弧圆心角为37°,半径R0=5 m,竖直圆轨道的半径R=2.4 m。在恰好经过第一个圆弧轨道最高点F后,继续沿着轨道运动,从最高点H处水平飞出后落入沙坑中。已知沙坑距离EG平面高度为h2=2 m,四驱车的总质量为2 kg,g取10 m/s2,cs 37°=0.8(四驱车视为质点,C点以后轨道均视为光滑轨道,不计空气阻力)。求:(1)四驱车在水平轨道AB处克服摩擦力做功的大小;(2)四驱车在E点对轨道的压力;(3)末端平抛高台h1为多少时能让四驱车落地点距离G点水平位移最大,通过计算说明。
答案 (1)16 J　(2)120 N,方向竖直向下　(3)见解析
素养点拨 动能定理或机械能守恒定律在几种常见模型中的应用方法
规律方法　七种常用的功能关系
【典例5】(多选)如图所示,一轻弹簧下端固定在倾角为θ的固定斜面底端,弹簧处于原长时上端位于斜面上B点,B点以上光滑,B点到斜面底端粗糙,可视为质点的物体质量为m,从A点静止释放,将弹簧压缩到最短后恰好能被弹回到B点。已知A、B间的距离为L,物体与B点以下斜面间的动摩擦因数为μ(μ