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1、2022年高考物理專題復(fù)習(xí) 機(jī)械能學(xué)案
【知識網(wǎng)絡(luò)】
【知識要點(diǎn)精講】
一、功
功是力的空間積累效應(yīng)。它和位移相對應(yīng)(也和時(shí)間相對應(yīng))。計(jì)算功的方法有兩種:
1、按照定義求功。即:W=Fscosθ。功等于恒力和沿該恒力方向上的位移的乘積。
2、用動(dòng)能定理W=ΔEk或功能關(guān)系求功。當(dāng)F為變力時(shí),高中階段往往考慮用這種方法求功。
二、 應(yīng)用動(dòng)能定理解題的步驟
(1)確定研究對象和研究過程。
(2)對研究對象進(jìn)行受力分析。(研究對象以外的物體施于研究對象的力都要分析。
(3)寫出該過程中合外力做的功,或分別寫出各個(gè)力做的功(注意功的正負(fù))。
(4)寫出物體的初、末動(dòng)能。
2、 (5)按照動(dòng)能定理列式求解。
三、機(jī)械能守恒定律
1.機(jī)械能守恒定律的表述:在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能保持不變。
2.對機(jī)械能守恒定律的理解:
(1)機(jī)械能守恒定律的研究對象一定是系統(tǒng),至少包括地球在內(nèi)。
(2)當(dāng)研究對象(除地球以外)只有一個(gè)物體時(shí),往往根據(jù)是否“只有重力做功”來判定機(jī)械能是否守恒;當(dāng)研究對象(除地球以外)由多個(gè)物體組成時(shí),往往根據(jù)是否“沒有摩擦和介質(zhì)阻力”來判定機(jī)械能是否守恒。
(3)“只有重力做功”不等于“只受重力作用”。在該過程中,物體可以受其它力的作用,只要這些力不做功,或所做功的代數(shù)和為零,就可
3、以認(rèn)為是“只有重力做功”。
3.機(jī)械能守恒定律的各種表達(dá)形式
(1),即;
(2);;
五.功能關(guān)系
⑴物體動(dòng)能的變化量由外力做的總功來量度:W外=ΔEk,這就是動(dòng)能定理。
⑵物體重力勢能的變化量由重力做的功來量度:WG= -ΔEP,這就是勢能定理。
⑶物體機(jī)械能的變化量由重力以外的其他力做的功來量度:W其它=ΔE機(jī)。
【例證題】
1.(功的概念)如圖所示,小物塊位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平地面上,從地面上看,在小物塊沿斜面下滑的過程中,斜面對小物塊的作用力( )
A. 垂直于接觸面,做功為零
B. 垂直于接觸面,做功不為零
C. 不垂直于接觸面,做功為零
4、
D. 不垂直于接觸面,做功不為零。
2.(汽車的功率)卡車在平直公路上從靜止開始加速行駛,經(jīng)時(shí)間t前進(jìn)距離s,速度達(dá)到最大值vm。設(shè)此過程中發(fā)動(dòng)機(jī)功率恒為P,卡車所受阻力為f,則這段時(shí)間內(nèi),發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功為( )
A.Pt B.fs C.Pt+fs D.fvmt
3.(功和功率的概念)同一恒力按同樣方式施于物體上,使它分別沿著粗糙水平地面和光滑水平地面移動(dòng)相同一段距離時(shí),恒力的功和平均功率分別為、和、,則二者的關(guān)系是( )
A.、 B.、
C.、 D.、
4.(物體對物體做功)如圖所示,質(zhì)量為m的物塊,始終固定在傾角為α的斜面
5、上,下面說法中正確的是( )
m
α
①若斜面向左勻速移動(dòng)距離s,斜面對物塊沒有做功
②若斜面向上勻速移動(dòng)距離s,斜面對物塊做功mgs
③若斜面向左以加速度a移動(dòng)距離s,斜面對物塊做功mas
④若斜面向下以加速度a移動(dòng)距離s,斜面對物塊做功m(g+a)s
A.①②③ B.②④ C.②③④ D.①③④
5. 如圖甲所示,滑輪質(zhì)量、摩擦均不計(jì),質(zhì)量為2kg的物體在F作用下由靜止開始向上做勻加速運(yùn)動(dòng),其速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示,由此可知( )(g取10m/s2)
A. 物體加速度大小為2 m/s2
B. F的大小
6、為21N
C. 4s末F的功率大小為42W
D. 4s內(nèi)F做功的平均功率為42W
L
S
L
s
6.(子彈打木塊問題).如圖所示,質(zhì)量為M的木塊放在光滑的水平面上,質(zhì)量為m的子彈以速度v0沿水平射中木塊,并最終留在木塊中與木塊一起以速度v運(yùn)動(dòng).已知當(dāng)子彈相對木塊靜止時(shí),木塊前進(jìn)距離L,子彈進(jìn)入木塊的深度為s.若木塊對子彈的阻力Ff視為恒定,則下列關(guān)系式中正確的是
A.FfL=Mv2 B.Ff s=mv2
C.Ff s=mv02-(M+m)v2 D.Ff(L+s)=mv02-mv
7、2
7.(機(jī)械能守恒定律).將一物體以速度v從地面豎直上拋,當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)到某高度時(shí),他的動(dòng)能恰為重力勢能的一半,不計(jì)空氣阻力,則這個(gè)高度為
A.v2/g B.v2/2g C.v2/3g D.v2/4g
8.(功能關(guān)系) 質(zhì)量為m的物體在豎直向上的恒力F作用下減速上升了H,在這個(gè)過程中,下列說法中正確的有
A.物體的重力勢能增加了mgH
B.物體的動(dòng)能減少了FH
C.物體的機(jī)械能增加了FH
D.物體重力勢能的增加小于動(dòng)能的減少
二.計(jì)算題
9. 如圖所示,質(zhì)量為m的小球用長L的細(xì)線懸掛而靜止在豎直位置。在下列三種情況下
8、,分別用水平拉力F將小球拉到細(xì)線與豎直方向成θ角的位置。在此過程中,拉力F做的功各是多少?
θ
L
m
F
⑴用F緩慢地拉;
⑵F為恒力;
⑶若F為恒力,而且拉到該位置時(shí)小球的速度剛好為零。
10. 質(zhì)量為m、額定功率為P的汽車在平直公路上行駛。若汽車行駛時(shí)所受阻力大小不變,并以額定功率行駛,汽車最大速度為v1,當(dāng)汽車以速率v2(v2
9、時(shí)的速度大小v。
12.總質(zhì)量為M的列車,沿水平直線軌道勻速前進(jìn),其末節(jié)車廂質(zhì)量為m,中途脫節(jié),司機(jī)發(fā)覺時(shí),機(jī)車已行駛L的距離,于是立即關(guān)閉油門,除去牽引力。設(shè)運(yùn)動(dòng)的阻力與質(zhì)量成正比,機(jī)車的牽引力是恒定的。當(dāng)列車的兩部分都停止時(shí),它們的距離是多少?
例證題參考答案
一. 選擇題
1.B 2.AD 3.B 4.A 5.C 6.ACD 7.C 8.AC
二. 計(jì)算題
9. 解析:⑴若用F緩慢地拉,則顯然F為變力,只能用動(dòng)能定理求解。F做的功等于該過程克服重力做的功。W=
⑵若F為恒力,則可以直接按定義求功。W=
⑶若F為恒力,而且拉
10、到該位置時(shí)小球的速度剛好為零,那么按定義直接求功和按動(dòng)能定理求功都是正確的。W= 或W=。
10. 解:速度最大時(shí),牽引力最小,在數(shù)值上等于阻力。所以,以速率v2運(yùn)動(dòng)時(shí),由牛頓第二定律有: F-f=ma
其中,
得
11. v
v /
f
G
G
f
解:有空氣阻力和無空氣阻力兩種情況下分別在上升過程對小球用動(dòng)能定理:
和,可得H=v02/2g,
再以小球?yàn)閷ο?,在有空氣阻力的情況下對上升和下落的全過程用動(dòng)能定理。全過程重力做的功為零,所以有:,解得
點(diǎn)評:從本題可以看出:根據(jù)題意靈活地選取研究過程可以使問題變得簡單。有時(shí)取全過程簡單;有時(shí)則取某一階段簡單。原則是盡量使做功的力減少,各個(gè)力的功計(jì)算方便;或使初、末動(dòng)能等于零。
12. 解:此題用動(dòng)能定理求解。
對車頭,脫鉤后的全過程用動(dòng)能定理得:
?
對車尾,脫鉤后用動(dòng)能定理得:
?
而,由于原來列車是勻速前進(jìn)的,所以F=kMg
由以上方程解得。