2019-2020年高考物理备考艺体生百日突围系列专题06机械能含解析.doc

2019-2020年高考物理备考艺体生百日突围系列专题06机械能含解析本专题涉及的内容是动力学内容的继续和深化，其中的机械能守恒定律、能量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围更广泛，是自然界中普遍适用的基本规律，因此是高中物理的重点，也是高考考查的重点之一。题目类型以计算题为主，选择题为辅，大部分试题都与牛顿定律、圆周运动、及电磁学等知识相互联系，综合出题。许多试题思路隐蔽、过程复杂、灵活性强、难度较大。从高考试题来看，功和机械能守恒依然为高考命题的热点之一。机械能守恒和功能关系是高考的必考内容，具有非常强的综合性。重力势能、弹性势能、机械能守恒定律、功能关系、能的转化和守恒定律是本单元的重点。弹力做功和弹性势能变化的关系是典型的变力做功，应予以特别地关注。一、功1.做功的两个要素(1)作用在物体上的力。(2)物体在力的方向上发生的位移。2.公式：(1)是力与位移方向之间的夹角，l为物体对地的位移。(2)该公式只适用于恒力做功。二、功率1.物理意义：描述力对物体做功的快慢。2.公式：(1)(P为时间t内的平均功率)。(2)(为F与v的夹角)。3.额定功率：机械正常工作时的最大功率。4.实际功率：机械实际工作时的功率，要求不能大于额定功率。三、机车的启动1.机车的输出功率。其中F为机车的牵引力，匀速行驶时，牵引力等于阻力。2.两种常见的启动方式(1)以恒定功率启动：机车的加速度逐渐减小，达到最大速度时，加速度为零。(2)以恒定加速度启动：机车的功率_逐渐增大_，达到额定功率后，加速度逐渐减小，当加速度减小到零时，速度最大。四、动能1.定义：物体由于运动而具有的能。2.表达式：。3.物理意义：动能是状态量，是标量。(填“矢量”或“标量”)4.单位：动能的单位是焦耳。五、动能定理1.内容：在一个过程中合外力对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。2.表达式：3.物理意义：合外力的功是物体动能变化的量度。4.适用条件(1)动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动。(2)既适用于恒力做功，也适用于变力做功。(3)力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以不同时作用。六、机械能守恒定律1.重力做功的特点（1）重力做功与路径无关，只与始末位置的高度差有关。（2）重力做功不引起物体机械能的变化。2.机械能守恒定律：在只有重力或弹簧弹力做功的情况下，物体的动能与势能相互转化，但机械能的总量保持不变。七、功能关系1.功和能(1)功是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量发生了转化。(2)做功的过程一定伴随着能量的转化，而且能量的转化必须通过做功来实现。2.常见的几种功能对应关系(1)合外力做功等于物体动能的改变。(2)重力做功等于物体重力势能的改变。(3)弹簧弹力做功等于弹性势能的改变。(4)除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功，等于物体机械能的改变，即。(功能原理)八、能量守恒定律1.内容:能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。2.表达式：E减=E增。第三部分 技能+方法考点一 功的计算1.判断正、负功的方法(1)根据力和位移方向之间的夹角判断：此法常用于恒力做功,夹角为锐角时做正功，夹角为钝角时做负功，夹角为直角时不做功。(2)根据力和瞬时速度方向的夹角判断：此法常用于判断质点做曲线运动时变力做的功，夹角为锐角时做正功，夹角为钝角时做负功，夹角为直角时不做功。(3)根据能量转化与守恒定律判断:若在该力作用下物体的能量增加,则该力对物体做正功,反之则做负功。2.功的大小计算(1)恒力做的功：直接用计算。(2)合外力做的功方法一：先求合外力F，再用求功；方法二：先求各个力做的功W1、W2、W3再用求代数和的方法确定合外力做的功。(3)变力做的功.应用动能定理求解；用求解，其中变力的功率P不变；将变力做功转化为恒力做功，此法适用于力的大小不变，方向与运动方向相同或相反，或力的方向不变，大小随位移均匀变化的情况。【例1】如图所示，分别用恒力F1、F2将质量为m的物体，由静止开始，沿相同的、固定、粗糙斜面由底端推到顶端，F1沿斜面向上，F2沿水平方向。已知两次所用时间相等，则在两个过程中（ ）A物体加速度相同B物体机械能增量相同C物体克服摩擦力做功相同D恒力F1、F2对物体做功相同【答案】B 考点二 功率的计算1. 首先判断待求的功率是瞬时功率还是平均功率2. （1）平均功率的计算方法：或（2）瞬时功率的计算方法：，其中v是该时刻的瞬时速度。【例2】竖直上抛一球，球又落回原处，已知空气阻力的大小正比于球的速度，则下列说法中正确的是( )A球在上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功B球在上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功C球在上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力做功的平均功率D球在上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力做功的平均功率【答案】BC 【解析】上升过程重力做负功，克服重力做的功和下降过程重力做功相等所以B选项正确考虑到空气阻力，上升时间比下降时间短，根据P可知C选项正确考点三 机车的启动模型1. 两种启动方式比较2.三个重要关系式(1)无论哪种运行过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即 (式中Fmin为最小牵引力，其值等于阻力Ff).(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大，即(3)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功，由动能定理：，此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移（路程）大小。【例3】图示为修建高层建筑常用的塔式起重机.在起重机将质量m=5103 kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a=0.2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm=1.02 m/s的匀速运动.取g=10 m/s2,不计额外功.求：(1)起重机允许输出的最大功率.(2)重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率.【答案】(1)5.1104 W (2)5 s 2.04104 W考点四 对动能定理的理解1.动能的相对性：由于速度具有相对性，所以动能也具有相对性，大小与参考系的选取有关，中学物理中，一般选取地面为参考系.2.动能的变化：物体末动能与初动能之差.即说明：(1)表达式中v1、v2均指瞬时速度.(2)Ek0，表示物体的动能增大.EkPBB.重力的平均功率 PA=PBC. 重力的瞬时功率PAPBD. 重力的瞬时功率PA=PB【答案】C考点：功率、平均功率和瞬时功率6.【河北省衡水中学xx届高三上学期四调考试物理试题】人用手托着质量为m的小苹果，从静止开始沿水平方向运动，前进距离L后，速度为v（物体与手始终相对静止），物体与手掌之间的动摩擦因数为，则下列说法正确的是（ ）A、手对苹果的作用力方向竖直向上B、苹果所受摩擦力大小为C、手对苹果做的功为D、苹果对手不做功【答案】C【解析】试题分析：因为苹果是从静止开始运动的，所以必然在水平方向上受到力的作用，即手对苹果摩擦力的作用，所以苹果受到水平方向上的摩擦力和竖直方向上的支持力，故合力不沿竖直方向，A错误；因为是静摩擦力，所以大小不等于，B错误；苹果在手的作用下，从静止到速度变为v，则根据动能定理可得手对苹果做的功为，C正确D错误；考点：考查动能定理的应用，摩擦力7.【山西省祁县中学xx届高三10月月考物理试题】质量为m的小球被系在轻绳的一端，在竖直平面内作半径为R的圆周运动.运动过程中，小球受到空气阻力的作用，在某一时刻小球通过轨道最低点时绳子的拉力为7mg，此后小球继续作圆周运动，转过半个圆周恰好通过最高点，则此过程中小球克服阻力所做的功为( ).(A) (B) (C) (D)【答案】C考点：考查了动能定理，圆周运动规律的应用 8.【河北省衡水中学xx届高三上学期四调考试物理试题】如图所示，光滑水平面上放着足够长的木板B，木板B上放着木块A，A、B间的接触面粗糙，现在用一水平拉力F作用在A上，使其由静止开始运动，用代表B对A的摩擦力，代表A对B的摩擦力，则下列情况可能的是（ ）A、拉力F做的功等于A、B系统动能的增加量B、拉力F做的功大于A、B系统动能的增加量C、拉力F和B对A做的功之和小于A的动能的增加量D、A对B做的功小于B的动能的增加量【答案】A考点：考查了动能定理的应用9.【甘肃省天水市第一中学xx届高三上学期期中考试物理试题】两个相互垂直的力F1和F2作用在同一物体上，使物体运动，物体通过一段位移时，力F1对物体做功4J，力F2对物体做功3J，则力F1与F2的合力对物体做的功为A7J B5J C3.5J D 1J【答案】A【解析】试题分析：功是标量，标量相加减遵循算术加减法，故总功为7J，A正确；考点：考查了功的计算10.【甘肃省天水市第一中学xx届高三上学期期中考试物理试题】要将一个质量为m、边长为a的匀质正立方体翻倒，推力对它做的功至少为（ ） A.(-1)mga/2 B.(+1)mga/2 C.mga D.mga/2 【答案】A【解析】试题分析：将一个质量为m、边长为a的匀质正立方体翻倒，则ac处于竖直方向，此时重心上升的位置为，重力势能的变化量等于推力所做的功，故有，A正确；考点：考查了功的计算 11.【甘肃省天水市第一中学xx届高三上学期期中考试物理试题】用长度为L的不可伸长的轻质细绳悬挂一个质量为m的小球，将小球移至和悬点等高的位置使绳自然伸直，放手后小球在竖直平面内做圆周运动，小球在最低点的势能记为零，则小球运动过程中第一次动能和势能相等时重力的瞬时功率为A. B. C. D. 【答案】C考点：考查了功率的计算，机械能守恒定律12.【甘肃省天水市第一中学xx届高三上学期期中考试物理试题】流星在夜空中发出明亮的光焰流星的光焰是外太空物体被地球强大引力吸引坠落到地面的过程中同空气发生剧烈摩擦造成的下列相关说法正确的是A流星在空气中下降时势能必定全部转化为内能B引力对流星物体做正功则其动能增加，机械能守恒C当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动D流星物体进入大气层后做斜抛运动【答案】C【解析】试题分析：流星在空气中下降时过程中重力势能转化为内能和动能，由于空气阻力做功，所以机械能不守恒，AC错误；根据曲线运动的条件可得当流星的速度方向与空气阻力和重力的合力不在同一直线上时，流星做曲线运动，C正确；斜抛运动只受重力，而流星受重力外，还要受到空气阻力，不是做斜抛运动故D错误考点：考查了功能关系，曲线运动13.【山东师范大学附属中学xx届高三上学期第二次模拟考试物理试题】汽车以恒定的功率在平直公路上行驶，所受到的摩擦阻力恒等于车重的0.1倍，汽车能达到的最大速度为vm，则当汽车速度为时，汽车的加速度为(重力加速度为g)A0.1 g B0.2 g C0.3 g D0.4g【答案】A考点：考查了机车启动14.【河南省林州市第一中学xx届高三9月教学质量监测考试物理试题】如图所示，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内，套在大环上质量为m的小环（可视为质点）处于静止状态，现轻微扰动一下，小环从大环的最高处由静止滑下，重力加速度大小为g，当小环滑到大环的最低点时，下列说法正确的是A、大环对小环的弹力为3mgB、大环对小环的弹力为4mgC、轻杆对大环的弹力为Mg+5mgD、轻杆对大环的弹力为Mg+6mg【答案】C【解析】试题分析：小环下滑到最低点，根据机械能守恒定律有，小环到最低点时有，因而大环对小环的弹力为，AB错误；以大环为研究对象可得，轻杆对大环的弹力为，故C正确D错误；考点：考查了机械能守恒，圆周运动 15.【甘肃省天水市第一中学xx届高三上学期期中考试物理试题】质量为m的小球，从离桌面以上高为H的地方以初速度v0竖直向上抛出，桌面离地面高为h，设桌面处物体重力势能为零，空气阻力不计，那么，小球落地时的机械能为A. mgh B. C. mg(H+h) D. mg（H +h）【答案】B考点：考查了机械能守恒定律的应用16.【山东师范大学附属中学xx届高三上学期第二次模拟考试物理试题】一小球从地面上以某一初速度竖直向上抛出，运动过程中受到的阻力大小与速率成正比，在上升过程中，下列能正确反映小球的机械能E随上升高度h的变化规律(选地面为零势能参考平面)的是【答案】C【解析】试题分析：过程中阻力做负功，根据能量守恒定律可得：，图像的斜率表示阻力，因为速度在减小，所以阻力在减小，故图像的斜率在减小，故C正确考点：考查了能量守恒定律17.【甘肃省天水市第一中学xx届高三上学期期中考试物理试题】近日德国的设计师推出了一款名为“抛掷式全景球形相机”，来自德国柏林的5位设计师采用了36个手机用的摄像头并将其集成入一个球体内，质量却只有200g，当你将它高高抛起，它便能记录下从你头顶上空拍摄的图像。整个过程非常简单，你只需进行设定，让相机球在飞到最高位置时自动拍摄即可。假设你从手中竖直向上抛出相机，到达离抛出点10m处进行全景拍摄，若忽略空气阻力的影响，则你在抛出过程中对相机做的功为A10J B20J C40J D200J【答案】B考点：考查了竖直上抛，动能定理18.【河南省林州市第一中学xx届高三9月教学质量监测考试物理试题】如图所示，质量为m的小球被固定在轻杆的一端，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，运动过程中小球受到空气阻力的作用，设某一时刻小球通过轨道的最低点，此时轻杆对小球的拉力为7.5mg，此后小球继续做圆周运动，经过半个圆周通过最高点时轻杆对小球的支持力为0.5mg，小球在此半个圆周运动过程中克服空气阻力所做的功为A、 B、 C、 D、【答案】C【解析】试题分析：小球在最低点时，受到重力和杆的拉力，两力的合力充当向心力，故有，小球在最高点时有，小球从最低点到最高低过程中，根据动能定理可得，联立解得，故C正确；考点：考查了圆周运动，动能定理19.【西藏日喀则地区第一高级中学xx届高三10月月考理科综合物理试题】一个质量为m的小铁块沿半径为R的固定半圆轨道上边缘由静止滑下，到半圆底部时，小铁块所受向心力为铁块重力的1.5倍，则此过程中铁块损失的机械能为（ ）A、 B、 C、 D、【答案】B考点：考查了圆周运动，动能定理 20【湖南师范大学附属中学xx届高三月考（三）物理试题】如图，a、b两个带电小球，质量分别为，用绝缘细线悬挂，细线无弹性且不会被拉断两球静止时，它们距水平地面的高度均为h（h尽够大），绳与竖直方向的夹角分别为和.若剪断细线Oc，空气阻力不计，两球电量不变，重力加速度为g则下列说法正确的是Aa球先落地，b球后落地B落地时，a、b两球的动能和为（mamb）ghC整个运动过程中，a、b系统的机械能守恒D落地时，a、b水平速度不为零并且有大小相等，且方向相反【答案】B【解析】试题分析：在竖直方向上，只受重力，因高度相同，则两球同时落地，故A错误；水平方向在库仑斥力作用下，各自相向运动，当绳子拉直时，水平方向速度损失，转化为内能，而竖直方向上作自由落体运动，根据运动的独立性可知，则落地时，a、b两球的动能和为（ma+mb）gh，故B正确因为ab球在拉直细绳时，有一部分动能会转化为内能，机械能会损失，故C错误；因为两球距地足够高，所以在落地前绳被拉直，又细绳无弹性且不会拉断，故落地时，两球水平方向的速度均为零，故D错误；故选B.考点：能量守恒定律；运动的合成和分解21【安徽省涡阳县第四中学xx届高三物理周练试题】起重机以1 m/s2的加速度将质量为1000 kg的货物由静止开始匀加速向上提升,g取10 m/s2,则在1 s内起重机对货物做的功是()。A.500 JB. 4500 J C.5000 JD.5500 J【答案】D【解析】试题分析：根据牛顿第二定律得：Fmg=ma，解得：F=mg+ma=1000（10+1）N=11000N上升的位移为：x=at2=112=0.5m则拉力做功为：W=Fx=110000.5J=5500J故D正确，A、B、C错误考点：牛顿第二定律、功的计算22【广东省广州市执信中学xx届高三上学期期中考试理综试题】如图所示，水平路面上有一辆质量为M的汽车，车厢中有一个质量为m的人正用恒力F向前推车厢，在车以加速度a向前加速行驶距离L的过程中，下列说法正确的是A人对车的推力F做的功为FLB人对车做的功为maLC车对人的作用力大小为maD车对人的摩擦力做的功为（F-ma）L【答案】A考点：牛顿第二定律；功23【吉林省长春外国语学校xx届高三上学期第一次质量检测物理试题】物体做自由落体运动Ek表示其动能，Ep表示其势能，h表示其下落的距离, t、v分别表示其下落的时间和速度，以水平面为零势能面，下列图像中能正确反映各物理量之间关系的是（ ）【答案】D【解析】试题分析：因，故Ek-v不是线性关系，选项B错误；，故Ek-t不是线性关系，选项A错误；因物体的机械能守恒，则Ek+Ep=k，故选项C错误；由动能定理可知：Ek=mgh，故选项D正确；故选D.考点：自由落体运动；机械能守恒24【黑龙江省牡丹江市第一高级中学xx届高三上学期期中考试物理试题】如图所示，质量为m的物体(可视为质点)以某一速度从A点冲上倾角为30的固定斜面，其运动的加速度大小为，此物体在斜面上上升的最大高度为h，则在这个过程中物体A重力势能增加了mgh B克服摩擦力做功C动能损失了 D机械能损失了【答案】AD考点：功；功能关系. 25.【云南省玉溪市第一中学xx届高三上学期期中考试理科综合试题】一线城市道路越来越拥挤，因此自行车越来越受城市人们的喜爱，如图，当你骑自行车以较大的速度冲上斜坡时，假如你没有蹬车，受阻力作用，则在这个过程中，下面关于你和自行车的有关说法正确的是（ ）A、机械能减少B、克服阻力做的功等于机械能的减少量C、减少的动能等于增加的重力势能D、因为要克服阻力做功，故克服重力做的功小于重力势能的增加量【答案】AB考点：考查了功能关系，动能定理26.【甘肃省天水市第一中学xx届高三上学期期中考试物理试题】一个物体以一定的初速度竖直上抛，不计空气阻力，设物在抛出点的重力势能为零，那么如图所示，表示物体的动能随速度v的变化图像、物体的动能随高度h变化的图像、物体的重力势能随速度v变化的图像、物体的机械能E随高度h变化的图像，正确的是【答案】BD【解析】试题分析：因为，故是关于v的二次函数，所以图像应为曲线，A错误；根据机械能守恒可得，故，所以是关于h的一次函数，均匀减小，B正确；因为，故是关于v的二次函数，所以图像应为曲线，C错误；整个过程中机械能守恒，不随高度的变化而变化，故D正确考点：考查了机械能守恒定律的应用27【广西桂林市第十八中学xx届高三上学期第三次月考理综试题】如图所示，用长为L的细绳悬挂一个质量为m的小球，悬点为O点，把小球拉至A点，使悬线与水平方向成30角，然后松手，问：（1）小球运动到C点时的速度为多大？（2）小球运动到悬点的正下方B点时，悬线中的张力为多大？【答案】（1）（2）考点：本题考查机械能守恒定律。28.【山西省祁县中学xx届高三10月月考物理试题】如图，半径为R的光滑半圆形轨道ABC在竖直平面内，与水平轨道CD相切于C 点，D端有一被锁定的轻质压缩弹簧，弹簧左端连接在固定的挡板上，弹簧右端Q到C点的距离为2R。质量为m的滑块(视为质点)从轨道上的P点由静止滑下，刚好能运动到Q点，并能触发弹簧解除锁定，然后滑块被弹回，且刚好能通过圆轨道的最高点A。已知POC=60，求：1、滑块与水平轨道间的动摩擦因数；2、弹簧被锁定时具有的弹性势能。【答案】（1）（2） 考点：本题考查了圆周运动，能量守恒定律29【吉林省长春外国语学校xx届高三上学期第一次质量检测物理试题】如图所示，让物体（可视为质点）从图中的C位置由静止开始做圆周运动，其运动轨迹的圆弧与地面相切于最低点D处，物体运动到D点时摆线刚好被拉断，物体在粗糙的水平面上由D点向右做匀减速运动，到达A孔进入半径R=0.36m的竖直放置的光滑圆轨道，当物体进入圆轨道立即关闭A孔已知摆线长L=2m，=60，物体质量为m=1.0kg，D点与小孔A的水平距离s=2m，g取10m/s2，试求：（1）物体在D点时的速度；（2）如果物体能进入圆轨道并且恰好能通过轨道最高点，求粗糙水平面摩擦因数的值0.05【答案】（1）（2）0.05【解析】试题分析：（1）对CD段应用动能定理，得：mgL（1-cos）=代入数据解得：（2）因物体恰好能通过轨道最高点，则物体从D到A由动能定理可知：联立解得=0.05考点：动能定理；牛顿第二定律30【安徽省涡阳县第四中学xx届高三物理周练试题】(12分)在一段平直的公路上,质量为2103 kg的汽车从静止开始做匀加速运动,经过2 s,速度达到10 m/s。随后汽车以P=6104 W的额定功率沿平直公路继续前进,又经过50 s达到最大速度。设汽车所受的阻力恒定,大小为1.5103 N。求:(1)汽车行驶的最大速度的大小。(2)汽车的速度为20 m/s时的加速度大小。(3)汽车从静止到达到最大速度所经过的路程。【答案】（1）40m/s；（2）0.75m/s2；（3）1010m考点：功率、平均功率和瞬时功率 31.【黑龙江省哈尔滨市第六中学xx届高三上学期期中考试物理试题】如图所示，竖直平面内的半圆形轨道下端与水平面相切，B、C分别为半圆形轨道的最低点和最高点。小滑块（可视为质点）沿水平面向左滑动，经过A点时的速度vA=6.0m/s。已知半圆形轨道光滑，半径R=0.40m，滑块与水平面间的动摩擦因数m = 0.50，A、B两点间的距离l=1.10m。取重力加速度g =10m/s2。求：（1）滑块运动到B点时速度的大小vB；（2）滑块运动到C点时速度的大小vC；（3）滑块从C点水平飞出后，落地点与B点间的距离x。【答案】（1）vB=5m/s（2）vC=3.0m/s（3）x=1.2m考点：考查了动能定理，平抛运动，机械能守恒