2019-2020年高考物理一輪復習 5.3機械能守恒定律及其應用課時提升作業(yè) 滬科版必修2.doc

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2019-2020年高考物理一輪復習 5.3機械能守恒定律及其應用課時提升作業(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。多選題已在題號后標出) 1.(多選)(xx滁州模擬)關(guān)于重力勢能,下列說法中正確的是(　　) A.重力勢能是地球與物體所組成的系統(tǒng)共有的 B.重力勢能為負值,表示物體的重力勢能比在參考平面上具有的重力勢能少 C.衛(wèi)星繞地球做橢圓運動,當由近地點向遠地點運動時,其重力勢能減小 D.只要物體在水平面以下,其重力勢能為負值 2.(xx杭州模擬)下列物體運動過程中滿足機械能守恒的是(　　) A.跳傘運動員張開傘后,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)如圖是被譽為“豪小子”的華裔球員林書豪在NBA賽場上投二分球時的照片。現(xiàn)假設林書豪準備投二分球前先曲腿下蹲再豎直向上躍起,已知林書豪的質(zhì)量為m,雙腳離開地面時的速度為v,從開始下蹲到躍起過程中重心上升的高度為h,則下列說法正確的是(　　) A.從地面躍起過程中,地面對他所做的功為0 B.從地面躍起過程中,地面對他所做的功為mv2+mgh C.從下蹲到離開地面上升過程中,他的機械能守恒 D.離開地面后,他在上升過程中處于超重狀態(tài),在下落過程中處于失重狀態(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用輕繩連接并跨過滑輪(不計滑輪的質(zhì)量和摩擦)。初始時刻,A、B處于同一高度并恰好處于靜止狀態(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.機械能的變化量不同 C.重力勢能的變化量相同 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的勻速圓周運動,假設t=0時刻乘客在軌跡最低點且重力勢能為零,那么,下列說法正確的 是(　　) A.乘客運動的過程中,重力勢能隨時間的變化關(guān)系為Ep=mgR(1-cost) B.乘客運動的過程中,在最高點受到座位的支持力為m-mg C.乘客運動的過程中,機械能守恒,且機械能為E=mv2 D.乘客運動的過程中,機械能隨時間的變化關(guān)系為E=mv2+mgR(1-cost) 二、計算題(本題15分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 6.如圖所示是一個橫截面為半圓、半徑為R的光滑柱面,一根不可伸長的細線兩端分別系有物體A、B,且mA=2mB,從圖示位置由靜止開始釋放物體A,當物體B到達半圓頂點時,求細線的張力對物體B所做的功。 強化專練(建議：25分鐘) 強化點1：對重力勢能和機械能守恒的理解 1.(多選)(2011新課標全國卷)一蹦極運動員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺下落,到最低點時距水面還有數(shù)米距離。假定空氣阻力可忽略,運動員可視為質(zhì)點,下列說法正確的是(　　) A.運動員到達最低點前重力勢能始終減小 B.蹦極繩張緊后的下落過程中,彈性力做負功,彈性勢能增加 C.蹦極過程中,運動員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機械能守恒 D.蹦極過程中,重力勢能的改變與重力勢能零點的選取有關(guān) 2.(多選)(xx銀川模擬)如圖所示,質(zhì)量分別為m和2m的兩個小球A和B,中間用輕質(zhì)桿相連,在桿的中點O處有一固定轉(zhuǎn)動軸,把桿置于水平位置后釋放,在B球順時針擺動到最低位置的過程中(　　) A.B球的重力勢能減少,動能增加,B球和地球組成的系統(tǒng)機械能守恒 B.A球的重力勢能增加,動能也增加,A球和地球組成的系統(tǒng)機械能不守恒 C.A球、B球和地球組成的系統(tǒng)機械能守恒 D.A球、B球和地球組成的系統(tǒng)機械能不守恒 強化點2：機械能守恒定律的應用 3.(xx德州模擬)如圖所示,用長為L的輕繩把一個小鐵球懸掛在高為2L的O點處,小鐵球以O為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運動且恰能到達最高點B處,不計空氣阻力。若運動中輕繩斷開,則小鐵球落到地面時的速度大小為(　　) 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始運動,在向上運動的過程中,物體的機械能與位移的關(guān)系圖像如圖所示,其中0～s1過程的圖線是曲線,s1～s2過程的圖線為平行于橫軸的直線(不計空氣阻力)。關(guān)于物體上升過程的下列說法正確的是(　　) A.0～s1過程中物體所受的拉力是變力,且不斷減小 B.s1～s2過程中物體做勻速直線運動 C.0～s1過程中物體的動能先增大后減小 D.0～s2過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,通過動摩擦因數(shù)為μ的CD段,又滑上乙軌道,最后離開兩圓軌道。若小球在兩圓軌道的最高點對軌道的壓力都恰好為零,試求CD段的長度。 強化點3：機械能守恒定律的綜合應用 6.(xx鄭州模擬)如圖所示,質(zhì)量分別為3m、2m、m的三個小球A、B、C用兩根長為L的輕繩相連,置于傾角為30、高為L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動,小球落地后均不再反彈。由靜止開始釋放它們,不計所有摩擦,求： (1)A球剛要落地時的速度大小; (2)C球剛要落地時的速度大小。 答案解析 素能全練 1.【解析】選A、B。由重力勢能的系統(tǒng)性可知,A正確;物體在參考平面時重力勢能為零,高于參考平面時重力勢能為正,低于參考平面時,重力勢能為負,其“正、負”表示大小,B正確;衛(wèi)星由近地點到遠地點的過程中,克服重力做功,重力勢能增大,C錯誤;參考平面的選取是任意的,水平面不一定是參考平面,D錯。 2.【解析】選B。跳傘運動員勻速下降,除重力做功外,還有阻力做功,A錯誤;物體豎直上拋時,只有重力做功,機械能守恒,B正確;火箭升空時,推力做正功,機械能增加,C錯誤;拉著物體沿光滑斜面勻速上升時,機械能增加,D錯誤。 【加固訓練】 (xx無錫模擬)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,不計一切摩擦,則在小球從釋放到落至地面的過程中,下列說法正確的是(　　) A.斜劈對小球的彈力不做功 B.斜劈與小球組成的系統(tǒng)機械能守恒 C.斜劈的機械能守恒 D.小球重力勢能減小量等于斜劈動能的增加量 【解析】選B。不計一切摩擦,小球下滑時,小球和斜劈組成的系統(tǒng)只有小球重力做功,系統(tǒng)機械能守恒,小球重力勢能減小量等于斜劈和小球動能的增量之和,A、C、D錯。故選B。 3.【解析】選A。從地面躍起過程中,地面對他有支持力但沒有位移,所以地面對他不做功,故A對,B錯。從下蹲到離開地面上升時,消耗體內(nèi)化學能從而使他具有一定的動能,機械能增加,故C錯。離開地面后無論上升還是下落都處于失重狀態(tài),D錯。 4.【解題指南】解答本題時應明確以下三點： (1)矢量和標量的描述不同。 (2)對平均功率的計算公式的理解。 (3)據(jù)平衡狀態(tài)得兩物塊的質(zhì)量關(guān)系。 【解析】選D。設A、B離地高度為h,由于斜面表面光滑,A、B運動過程機械能守恒。機械能不變,物塊著地時速率相等,均為,因此速率變化量相等,A、B錯。由于初始時刻A、B處于同一高度并處于靜止狀態(tài),因此有mAg=mBgsinθ,重力勢能變化量不相等,C錯。從剪斷輕繩到兩物塊著地過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,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項錯誤;由于乘客在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動,其動能不變,重力勢能發(fā)生變化,所以乘客在運動的過程中機械能不守恒,C項錯誤;在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為t,所以對應t時刻的重力勢能為Ep=mgR(1-cost),總的機械能為E=Ek+Ep=mv2+mgR(1-cost),A、D兩項正確。 6.【解題指南】解答本題應注意以下兩點： (1)當物體B到達頂點時,上升的豎直高度為R,但物體A下降的距離不等于R。 (2)由于細線的拉力對物體做功,故單個物體的機械能不守恒。 【解析】物體B升高h2=R,　 ①(2分) 物體A下降的距離為 h1=2πR=　 ②(2分) 由機械能守恒定律得 mAgh1-mBgh2=(mA+mB)v2　 ③(4分) 細線的張力對物體B所做的功 W=mBgh2+mBv2 　 ④(4分) 解①②③④得W=?！? (3分) 答案： 強化專練 1.【解題指南】解答本題時可按以下思路分析： (1)考慮重力、彈性力做功與對應勢能變化的關(guān)系; (2)注意機械能守恒的條件及重力勢能的相對性和重力勢能改變的絕對性。 【解析】選A、B、C。運動員在下落過程中,重力做正功,重力勢能減小,故A正確。蹦極繩張緊后的下落過程中,彈性力向上,位移向下,彈性力做負功,彈性勢能增加,故B正確。選取運動員、地球和蹦極繩為一系統(tǒng),在蹦極過程中,只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功,這個系統(tǒng)的機械能守恒,故C正確。重力勢能改變的表達式為ΔEp=mgΔh,由于Δh是絕對的,與重力勢能零點的選取無關(guān),故D錯。 2. 【解析】選B、C。B球從水平位置下擺到最低點過程中,受重力和桿的作用力,桿的作用力方向待定。下擺過程中重力勢能減少,動能增加,但機械能是否守恒不確定。A球向上擺動,重力勢能增加,動能增加,機械能增加。由于A、B系統(tǒng)只有重力做功,系統(tǒng)機械能守恒,A球機械能增加,B球機械能減少。所以B、C選項正確。 3.【解析】選D。小鐵球恰能到達最高點B,則小鐵球在最高點處的速度v=。以地面為零勢能面,小鐵球在B點處的總機械能為mg3L+mv2=mgL,無論輕繩是在何處斷的,小鐵球的機械能總是守恒的,因此到達地面時的動能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球用不能伸長的輕繩系于O點,B球用輕彈簧系于O′點,O與O′點在同一水平面上,分別將A、B球拉到與懸點等高處,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始釋放,當兩球達到各自懸點的正下方時,兩球仍處在同一水平面上,則(　　) A.兩球到達各自懸點的正下方時,兩球動能相等 B.兩球到達各自懸點的正下方時,A球動能較大 C.兩球到達各自懸點的正下方時,B球動能較大 D.兩球到達各自懸點的正下方時,A球受到向上的拉力較大 【解析】選B、D。整個過程中兩球減少的重力勢能相等,A球減少的重力勢能完全轉(zhuǎn)化為A球的動能,B球減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為B球的動能和彈簧的彈性勢能,所以A球的動能大于B球的動能,所以B正確;在懸點正下方位置根據(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。以地面為零勢能位置,則在某一位置時的機械能等于拉力做的功,即E=Fs,0～s1過程中,某點切線的斜率表示此時的拉力,由題圖可知,物體所受的拉力是變力,且不斷減小,A對;s1～s2過程的圖線為平行于橫軸的直線,機械能守恒,說明此過程中,拉力為零,物體做豎直上拋運動,動能減小,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動,故B錯,C、D正確。 5.【解析】設小球通過C點時的速度為vC,通過甲軌道最高點的速度為v1,根據(jù)小球?qū)壍缐毫榱? 有mg=m　 ① 取軌道最低點所在水平面為參考平面,由機械能守恒定律有 m=mg2R+m　 ② 聯(lián)立①②式,可得vC= 設小球通過D點的速度為vD,通過乙軌道最高點的速度為v2, 則有：mg=m　 ③ 取軌道最低點所在水平面為參考平面,由機械能守恒定律有： m=mg2r+m　 ④ 聯(lián)立③④式,可得vD= 設CD段長度為l,對小球通過CD段的過程,由動能定理有： -μmgl =m-m　 ⑤ 聯(lián)立解得：l=。 答案： 【總結(jié)提升】機械能守恒定律應用的三個關(guān)鍵點 (1)正確選取研究對象,必須明確機械能守恒定律針對的是一個系統(tǒng),而不是單個物體。 (2)靈活選取零勢能位置,重力勢能常選最低點或物體的初始位置為零勢能位置,彈性勢能選彈簧原長為零勢能位置。 (3)運用機械能守恒定律解題的關(guān)鍵在于確定“一個過程”和“兩個狀態(tài)”。所謂“一個過程”是指研究對象所經(jīng)歷的力學過程,了解研究對象在此過程中的受力情況以及各力的做功情況;“兩個狀態(tài)”是指研究對象在此過程中的開始和結(jié)束時所處的狀態(tài),找出研究對象分別在初狀態(tài)和末狀態(tài)的動能和勢能。 6.【解析】(1)在A球未落地前,A、B、C組成的系統(tǒng)機械能守恒,設A球剛要落地時系統(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)機械能守恒,設B球剛要落地時系統(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球在下落過程中機械能守恒,設C球剛要落地時的速度大小為v3,則 mC-mC=mCghC3 又hC3=L,代入數(shù)據(jù)解得v3= 答案：(1)　(2)