2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 5.3機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用課時(shí)提升作業(yè) 滬科版必修2.doc

2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 5.3機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用課時(shí)提升作業(yè) 滬科版必修2 一、選擇題(本題共5小題,每小題7分,共35分。多選題已在題號(hào)后標(biāo)出) 1.(多選)(xx滁州模擬)關(guān)于重力勢(shì)能,下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.重力勢(shì)能是地球與物體所組成的系統(tǒng)共有的 B.重力勢(shì)能為負(fù)值,表示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上具有的重力勢(shì)能少 C.衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng),當(dāng)由近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),其重力勢(shì)能減小 D.只要物體在水平面以下,其重力勢(shì)能為負(fù)值 2.(xx杭州模擬)下列物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中滿足機(jī)械能守恒的是(　　) A.跳傘運(yùn)動(dòng)員張開(kāi)傘后,在空中勻速下降 B.忽略空氣阻力,物體豎直上拋 C.火箭升空 D.拉著物體沿光滑斜面勻速上升 3.(xx安慶模擬)如圖是被譽(yù)為“豪小子”的華裔球員林書(shū)豪在NBA賽場(chǎng)上投二分球時(shí)的照片?，F(xiàn)假設(shè)林書(shū)豪準(zhǔn)備投二分球前先曲腿下蹲再豎直向上躍起,已知林書(shū)豪的質(zhì)量為m,雙腳離開(kāi)地面時(shí)的速度為v,從開(kāi)始下蹲到躍起過(guò)程中重心上升的高度為h,則下列說(shuō)法正確的是(　　) A.從地面躍起過(guò)程中,地面對(duì)他所做的功為0 B.從地面躍起過(guò)程中,地面對(duì)他所做的功為mv2+mgh C.從下蹲到離開(kāi)地面上升過(guò)程中,他的機(jī)械能守恒 D.離開(kāi)地面后,他在上升過(guò)程中處于超重狀態(tài),在下落過(guò)程中處于失重狀態(tài) 4.(xx福建高考)如圖,表面光滑的固定斜面頂端安裝一定滑輪,小物塊A、B用輕繩連接并跨過(guò)滑輪(不計(jì)滑輪的質(zhì)量和摩擦)。初始時(shí)刻,A、B處于同一高度并恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。剪斷輕繩后,A下落、B沿斜面下滑,則從剪斷輕繩到物塊著地,兩物塊(　　) A.速率的變化量不同 B.機(jī)械能的變化量不同 C.重力勢(shì)能的變化量相同 D.重力做功的平均功率相同 5.(多選)(xx南寧模擬)如圖所示是全球最高的北京朝陽(yáng)公園摩天輪,一質(zhì)量為m的乘客坐在摩天輪中以速率v在豎直平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng),假設(shè)t=0時(shí)刻乘客在軌跡最低點(diǎn)且重力勢(shì)能為零,那么,下列說(shuō)法正確的 是(　　) A.乘客運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,重力勢(shì)能隨時(shí)間的變化關(guān)系為Ep=mgR(1-cost) B.乘客運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,在最高點(diǎn)受到座位的支持力為m-mg C.乘客運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,機(jī)械能守恒,且機(jī)械能為E=mv2 D.乘客運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,機(jī)械能隨時(shí)間的變化關(guān)系為E=mv2+mgR(1-cost) 二、計(jì)算題(本題15分。需寫(xiě)出規(guī)范的解題步驟) 6.如圖所示是一個(gè)橫截面為半圓、半徑為R的光滑柱面,一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)線兩端分別系有物體A、B,且mA=2mB,從圖示位置由靜止開(kāi)始釋放物體A,當(dāng)物體B到達(dá)半圓頂點(diǎn)時(shí),求細(xì)線的張力對(duì)物體B所做的功。 強(qiáng)化專(zhuān)練(建議：25分鐘) 強(qiáng)化點(diǎn)1：對(duì)重力勢(shì)能和機(jī)械能守恒的理解 1.(多選)(2011新課標(biāo)全國(guó)卷)一蹦極運(yùn)動(dòng)員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺(tái)下落,到最低點(diǎn)時(shí)距水面還有數(shù)米距離。假定空氣阻力可忽略,運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是(　　) A.運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)前重力勢(shì)能始終減小 B.蹦極繩張緊后的下落過(guò)程中,彈性力做負(fù)功,彈性勢(shì)能增加 C.蹦極過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 D.蹦極過(guò)程中,重力勢(shì)能的改變與重力勢(shì)能零點(diǎn)的選取有關(guān) 2.(多選)(xx銀川模擬)如圖所示,質(zhì)量分別為m和2m的兩個(gè)小球A和B,中間用輕質(zhì)桿相連,在桿的中點(diǎn)O處有一固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸,把桿置于水平位置后釋放,在B球順時(shí)針擺動(dòng)到最低位置的過(guò)程中(　　) A.B球的重力勢(shì)能減少,動(dòng)能增加,B球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 B.A球的重力勢(shì)能增加,動(dòng)能也增加,A球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒 C.A球、B球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 D.A球、B球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒 強(qiáng)化點(diǎn)2：機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 3.(xx德州模擬)如圖所示,用長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩把一個(gè)小鐵球懸掛在高為2L的O點(diǎn)處,小鐵球以O(shè)為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)且恰能到達(dá)最高點(diǎn)B處,不計(jì)空氣阻力。若運(yùn)動(dòng)中輕繩斷開(kāi),則小鐵球落到地面時(shí)的速度大小為(　　) A.　　 B.　　 C.　　 D. 4.(多選)(xx張家口模擬)靜止在地面上的一小物體,在豎直向上的拉力作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng),在向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,物體的機(jī)械能與位移的關(guān)系圖像如圖所示,其中0～s1過(guò)程的圖線是曲線,s1～s2過(guò)程的圖線為平行于橫軸的直線(不計(jì)空氣阻力)。關(guān)于物體上升過(guò)程的下列說(shuō)法正確的是(　　) A.0～s1過(guò)程中物體所受的拉力是變力,且不斷減小 B.s1～s2過(guò)程中物體做勻速直線運(yùn)動(dòng) C.0～s1過(guò)程中物體的動(dòng)能先增大后減小 D.0～s2過(guò)程中物體的加速度先減小再反向增大,最后保持不變且等于重力加速度 5.(xx泰安模擬)如圖所示,半徑分別為R和r的甲、乙兩個(gè)光滑的圓形軌道安置在同一豎直平面上,軌道之間有一條水平軌道CD相通,一小球以一定的速度先滑上甲軌道,通過(guò)動(dòng)摩擦因數(shù)為μ的CD段,又滑上乙軌道,最后離開(kāi)兩圓軌道。若小球在兩圓軌道的最高點(diǎn)對(duì)軌道的壓力都恰好為零,試求CD段的長(zhǎng)度。 強(qiáng)化點(diǎn)3：機(jī)械能守恒定律的綜合應(yīng)用 6.(xx鄭州模擬)如圖所示,質(zhì)量分別為3m、2m、m的三個(gè)小球A、B、C用兩根長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩相連,置于傾角為30、高為L(zhǎng)的固定光滑斜面上,A球恰能從斜面頂端處豎直落下,弧形擋板使小球只能豎直向下運(yùn)動(dòng),小球落地后均不再反彈。由靜止開(kāi)始釋放它們,不計(jì)所有摩擦,求： (1)A球剛要落地時(shí)的速度大小; (2)C球剛要落地時(shí)的速度大小。 答案解析 素能全練 1.【解析】選A、B。由重力勢(shì)能的系統(tǒng)性可知,A正確;物體在參考平面時(shí)重力勢(shì)能為零,高于參考平面時(shí)重力勢(shì)能為正,低于參考平面時(shí),重力勢(shì)能為負(fù),其“正、負(fù)”表示大小,B正確;衛(wèi)星由近地點(diǎn)到遠(yuǎn)地點(diǎn)的過(guò)程中,克服重力做功,重力勢(shì)能增大,C錯(cuò)誤;參考平面的選取是任意的,水平面不一定是參考平面,D錯(cuò)。 2.【解析】選B。跳傘運(yùn)動(dòng)員勻速下降,除重力做功外,還有阻力做功,A錯(cuò)誤;物體豎直上拋時(shí),只有重力做功,機(jī)械能守恒,B正確;火箭升空時(shí),推力做正功,機(jī)械能增加,C錯(cuò)誤;拉著物體沿光滑斜面勻速上升時(shí),機(jī)械能增加,D錯(cuò)誤。 【加固訓(xùn)練】 (xx無(wú)錫模擬)如圖所示,斜劈劈尖頂著豎直墻壁靜止于水平面上,現(xiàn)將一小球從圖示位置靜止釋放,不計(jì)一切摩擦,則在小球從釋放到落至地面的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.斜劈對(duì)小球的彈力不做功 B.斜劈與小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 C.斜劈的機(jī)械能守恒 D.小球重力勢(shì)能減小量等于斜劈動(dòng)能的增加量 【解析】選B。不計(jì)一切摩擦,小球下滑時(shí),小球和斜劈組成的系統(tǒng)只有小球重力做功,系統(tǒng)機(jī)械能守恒,小球重力勢(shì)能減小量等于斜劈和小球動(dòng)能的增量之和,A、C、D錯(cuò)。故選B。 3.【解析】選A。從地面躍起過(guò)程中,地面對(duì)他有支持力但沒(méi)有位移,所以地面對(duì)他不做功,故A對(duì),B錯(cuò)。從下蹲到離開(kāi)地面上升時(shí),消耗體內(nèi)化學(xué)能從而使他具有一定的動(dòng)能,機(jī)械能增加,故C錯(cuò)。離開(kāi)地面后無(wú)論上升還是下落都處于失重狀態(tài),D錯(cuò)。 4.【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)明確以下三點(diǎn)： (1)矢量和標(biāo)量的描述不同。 (2)對(duì)平均功率的計(jì)算公式的理解。 (3)據(jù)平衡狀態(tài)得兩物塊的質(zhì)量關(guān)系。 【解析】選D。設(shè)A、B離地高度為h,由于斜面表面光滑,A、B運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械能守恒。機(jī)械能不變,物塊著地時(shí)速率相等,均為,因此速率變化量相等,A、B錯(cuò)。由于初始時(shí)刻A、B處于同一高度并處于靜止?fàn)顟B(tài),因此有mAg=mBgsinθ,重力勢(shì)能變化量不相等,C錯(cuò)。從剪斷輕繩到兩物塊著地過(guò)程的平均速度大小為=,則=mAg,=mBgsinθ,=,故選D。 5.【解析】選A、D。在最高點(diǎn),根據(jù)牛頓第二定律可得,mg-N=m,受到座位的支持力為N=mg-m,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于乘客在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其動(dòng)能不變,重力勢(shì)能發(fā)生變化,所以乘客在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能不守恒,C項(xiàng)錯(cuò)誤;在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為t,所以對(duì)應(yīng)t時(shí)刻的重力勢(shì)能為Ep=mgR(1-cost),總的機(jī)械能為E=Ek+Ep=mv2+mgR(1-cost),A、D兩項(xiàng)正確。 6.【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： (1)當(dāng)物體B到達(dá)頂點(diǎn)時(shí),上升的豎直高度為R,但物體A下降的距離不等于R。 (2)由于細(xì)線的拉力對(duì)物體做功,故單個(gè)物體的機(jī)械能不守恒。 【解析】物體B升高h(yuǎn)2=R,　 ①(2分) 物體A下降的距離為 h1=2πR=　 ②(2分) 由機(jī)械能守恒定律得 mAgh1-mBgh2=(mA+mB)v2　 ③(4分) 細(xì)線的張力對(duì)物體B所做的功 W=mBgh2+mBv2 　 ④(4分) 解①②③④得W=。　 (3分) 答案： 強(qiáng)化專(zhuān)練 1.【解題指南】解答本題時(shí)可按以下思路分析： (1)考慮重力、彈性力做功與對(duì)應(yīng)勢(shì)能變化的關(guān)系; (2)注意機(jī)械能守恒的條件及重力勢(shì)能的相對(duì)性和重力勢(shì)能改變的絕對(duì)性。 【解析】選A、B、C。運(yùn)動(dòng)員在下落過(guò)程中,重力做正功,重力勢(shì)能減小,故A正確。蹦極繩張緊后的下落過(guò)程中,彈性力向上,位移向下,彈性力做負(fù)功,彈性勢(shì)能增加,故B正確。選取運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩為一系統(tǒng),在蹦極過(guò)程中,只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功,這個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,故C正確。重力勢(shì)能改變的表達(dá)式為ΔEp=mgΔh,由于Δh是絕對(duì)的,與重力勢(shì)能零點(diǎn)的選取無(wú)關(guān),故D錯(cuò)。 2. 【解析】選B、C。B球從水平位置下擺到最低點(diǎn)過(guò)程中,受重力和桿的作用力,桿的作用力方向待定。下擺過(guò)程中重力勢(shì)能減少,動(dòng)能增加,但機(jī)械能是否守恒不確定。A球向上擺動(dòng),重力勢(shì)能增加,動(dòng)能增加,機(jī)械能增加。由于A、B系統(tǒng)只有重力做功,系統(tǒng)機(jī)械能守恒,A球機(jī)械能增加,B球機(jī)械能減少。所以B、C選項(xiàng)正確。 3.【解析】選D。小鐵球恰能到達(dá)最高點(diǎn)B,則小鐵球在最高點(diǎn)處的速度v=。以地面為零勢(shì)能面,小鐵球在B點(diǎn)處的總機(jī)械能為mg3L+mv2=mgL,無(wú)論輕繩是在何處斷的,小鐵球的機(jī)械能總是守恒的,因此到達(dá)地面時(shí)的動(dòng)能mv′2=mgL,故小鐵球落到地面的速度v′=,正確答案為D。 【加固訓(xùn)練】 (多選)(xx邯鄲模擬)如圖所示,A、B兩球質(zhì)量相等,A球用不能伸長(zhǎng)的輕繩系于O點(diǎn),B球用輕彈簧系于O′點(diǎn),O與O′點(diǎn)在同一水平面上,分別將A、B球拉到與懸點(diǎn)等高處,使繩和輕彈簧均處于水平,彈簧處于自然狀態(tài),將兩球分別由靜止開(kāi)始釋放,當(dāng)兩球達(dá)到各自懸點(diǎn)的正下方時(shí),兩球仍處在同一水平面上,則(　　) A.兩球到達(dá)各自懸點(diǎn)的正下方時(shí),兩球動(dòng)能相等 B.兩球到達(dá)各自懸點(diǎn)的正下方時(shí),A球動(dòng)能較大 C.兩球到達(dá)各自懸點(diǎn)的正下方時(shí),B球動(dòng)能較大 D.兩球到達(dá)各自懸點(diǎn)的正下方時(shí),A球受到向上的拉力較大 【解析】選B、D。整個(gè)過(guò)程中兩球減少的重力勢(shì)能相等,A球減少的重力勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化為A球的動(dòng)能,B球減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為B球的動(dòng)能和彈簧的彈性勢(shì)能,所以A球的動(dòng)能大于B球的動(dòng)能,所以B正確;在懸點(diǎn)正下方位置根據(jù)牛頓第二定律,小球所受拉力與重力的合力提供向心力,則A球受到的拉力較大,所以D正確。 4.【解析】選A、C、D。以地面為零勢(shì)能位置,則在某一位置時(shí)的機(jī)械能等于拉力做的功,即E=Fs,0～s1過(guò)程中,某點(diǎn)切線的斜率表示此時(shí)的拉力,由題圖可知,物體所受的拉力是變力,且不斷減小,A對(duì);s1～s2過(guò)程的圖線為平行于橫軸的直線,機(jī)械能守恒,說(shuō)明此過(guò)程中,拉力為零,物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng),動(dòng)能減小,加速度變?yōu)樨Q直向下且等于重力加速度g。綜合考慮得出,在上升過(guò)程中先是拉力大于重力,接著是拉力小于重力,最后是拉力等于零,物體只受重力作用做減速運(yùn)動(dòng),故B錯(cuò),C、D正確。 5.【解析】設(shè)小球通過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度為vC,通過(guò)甲軌道最高點(diǎn)的速度為v1,根據(jù)小球?qū)壍缐毫榱? 有mg=m　 ① 取軌道最低點(diǎn)所在水平面為參考平面,由機(jī)械能守恒定律有 m=mg2R+m　 ② 聯(lián)立①②式,可得vC= 設(shè)小球通過(guò)D點(diǎn)的速度為vD,通過(guò)乙軌道最高點(diǎn)的速度為v2, 則有：mg=m　 ③ 取軌道最低點(diǎn)所在水平面為參考平面,由機(jī)械能守恒定律有： m=mg2r+m　 ④ 聯(lián)立③④式,可得vD= 設(shè)CD段長(zhǎng)度為l,對(duì)小球通過(guò)CD段的過(guò)程,由動(dòng)能定理有： -μmgl =m-m　 ⑤ 聯(lián)立解得：l=。 答案： 【總結(jié)提升】機(jī)械能守恒定律應(yīng)用的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) (1)正確選取研究對(duì)象,必須明確機(jī)械能守恒定律針對(duì)的是一個(gè)系統(tǒng),而不是單個(gè)物體。 (2)靈活選取零勢(shì)能位置,重力勢(shì)能常選最低點(diǎn)或物體的初始位置為零勢(shì)能位置,彈性勢(shì)能選彈簧原長(zhǎng)為零勢(shì)能位置。 (3)運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題的關(guān)鍵在于確定“一個(gè)過(guò)程”和“兩個(gè)狀態(tài)”。所謂“一個(gè)過(guò)程”是指研究對(duì)象所經(jīng)歷的力學(xué)過(guò)程,了解研究對(duì)象在此過(guò)程中的受力情況以及各力的做功情況;“兩個(gè)狀態(tài)”是指研究對(duì)象在此過(guò)程中的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)所處的狀態(tài),找出研究對(duì)象分別在初狀態(tài)和末狀態(tài)的動(dòng)能和勢(shì)能。 6.【解析】(1)在A球未落地前,A、B、C組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,設(shè)A球剛要落地時(shí)系統(tǒng)的速度大小為v1,則 (mA+mB+mC)=mAghA-mBghB1-mCghC1 又hA=L,hB1=hC1=Lsin30 代入數(shù)據(jù)并解得：v1=。 (2)在A球落地后,B球未落地前,B、C組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,設(shè)B球剛要落地時(shí)系統(tǒng)的速度大小為v2,則(mB+mC)-(mB+mC)=mBghB2-mCghC2 又hB2=L,hC2=Lsin30 代入數(shù)據(jù)并解得：v2= 在B球落地后,C球未落地前,C球在下落過(guò)程中機(jī)械能守恒,設(shè)C球剛要落地時(shí)的速度大小為v3,則 mC-mC=mCghC3 又hC3=L,代入數(shù)據(jù)解得v3= 答案：(1)　(2)