《2015届高考物理精讲：专题5+功能关系在力学中的应用（高考定位+审题破题含原创题组及解析）（整理）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015届高考物理精讲：专题5+功能关系在力学中的应用（高考定位+审题破题含原创题组及解析）（整理）（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学海无涯 高考定位 功和功率 动能和动能定理 机械能守恒定律 能量守恒定律是力学的重点 也是高考考查 的重点 常以选择题 计算题的形式出现 考题常与生产生活实际联系紧密 题目的综合性 较强 应考策略 深刻理解功能关系 综合应用动能定理 机械能守恒定律和能量守恒定律 结合动力学方法解决多运动过程问题 考题 1 力学中的几个重要功能关系的应用 例 1 双选 如图 1 所示 足够长粗糙斜面固定在水平面上 物块 a 通过平行于斜面的轻绳 跨过光滑轻滑轮与物块 b 相连 b 的质量为 m 开始时 a b 均静止且 a 刚好不受斜面摩擦力 作用 现对 b 施加竖直向下的恒力 F 使 a b 做加速运动 则
2、在 b 下降 h 高度过程中 图 1 A a 的加速度为F m B a 的重力势能增加 mgh C 绳的拉力对 a 做的功等于 a 机械能的增加 D F 对 b 做的功与摩擦力对 a 做的功之和等于 a b 动能的增加 审题突破 重力势能的变化和什么力做功相对应 机械能的变化和什么力做功相对应 动能 的变化又和什么力做功相对应 答案 BD 1 单选 如图 2 所示 质量为 M 长度为 L 的小车静止在光滑水平面上 质量为 m 的小物 块 可视为质点 放在小车的最左端 现用一水平恒力 F 作用在小物块上 使小物块从静止开 始做匀加速直线运动 小物块和小车之间的摩擦力为 f 小物块滑到小车的最右端
3、时 小车 运动的距离为 s 此过程中 以下结论错误的是 图 2 学海无涯 A 小物块到达小车最右端时具有的动能为 F f L s B 小物块到达小车最右端时 小车具有的动能为 fs C 小物块克服摩擦力所做的功为 f L s D 小物块和小车增加的机械能为 F L s 答案 D 解析 小物块受到的合外力是 F f 位移为 L s 由动能定理可得小物块到达小车最右端时 具有的动能为 F f L s 同理小车的动能也可由动能定理得出为 fs 由于小物块和小车间 的滑动摩擦力产生内能 小物块和小车增加的机械能小于 F L s 2 单选 2014 广东 16 图 3 是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结
4、构图 图中 和 为楔块 和 为垫板 楔块与弹簧盒 垫板间均有摩擦 在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中 图 3 A 缓冲器的机械能守恒 B 摩擦力做功消耗机械能 C 垫板的动能全部转化为内能 D 弹簧的弹性势能全部转化为动能 答案 B 解析 由于车厢相互撞击弹簧压缩的过程中存在克服摩擦力做功 所以缓冲器的机械能减少 选项 A 错误 B 正确 弹簧压缩的过程中 垫板的动能转化为内能和弹簧的弹性势能 选项 C D 错误 3 双选 如图 4 甲所示 一倾角为 37 的传送带以恒定速度运行 现将一质量 m 1 kg 的小 物体抛上传送带 物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示 取沿传送带向上为正 方
5、向 g 10 m s2 sin 37 0 6 cos 37 0 8 则下列说法正确的是 图 4 A 物体与传送带间的动摩擦因数为 0 875 B 0 8 s 内物体位移的大小为 18 m C 0 8 s 内物体机械能的增量为 90 J 学海无涯 D 0 8 s 内物体与传送带由于摩擦产生的热量为 126 J 答案 AC 解析 根据速度时间图象分析 前6秒钟 物体的加速度方向沿传送带向上 大小为a 1 m s2 根据物体在传送带上受力分析有 mgcos mgsin ma 整理得 0 875 选项 A 正确 0 8 s 内物体位移等于前 8 秒钟速度时间图象与时间轴围成的面积 时间轴上面的部分代表
6、位移 为正 下面的部分代表位移为负 结合图象得位移 s 2 6 4 2 2 2 2 m 14 m 选项 B 错 误 0 8 s 内物体动能增加量为1 2m v 2 1 2m v 2 0 6 J 重力势能增加 mgs sin 84 J 机械 能增加量为 6 J 84 J 90 J 选项 C 正确 摩擦生热分为三部分 第一部分为前 2 秒 Q1 mgcos v 0 2 t1 14 J 第二部分为 2 6 s 摩擦生热 Q2 mgcos v 2t2 56 J 最后物体做匀速直线运动摩擦力为静摩擦力 二者没有相对运动 不产生热量 所以 0 8 s 内物体与传送带由于摩擦产生的热量为 Q1 Q2 70
7、J 选项 D 错误 几个重要的功能关系 1 重力的功等于重力势能的变化 即 WG Ep 2 弹力的功等于弹性势能的变化 即 W弹 Ep 3 合力的功等于动能的变化 即 W Ek 4 重力 或弹簧弹力 之外的其他力的功等于机械能的变化 即 W其他 E 5 一对滑动摩擦力做的功等于系统中内能的变化 即 Q fl相对 考题 2 动力学方法和动能定理的综合应用 例 2 光滑圆轨道和两倾斜直轨道组成如图 5 所示装置 其中直轨道 bc 粗糙 直轨道 cd 光 滑 两轨道相接处为一很小的圆弧 质量为 m 0 1 kg 的滑块 可视为质点 在圆轨道上做圆周 运动 到达轨道最高点 a 时的速度大小为 v 4
8、m s 当滑块运动到圆轨道与直轨道 bc 的相 切处 b 时 脱离圆轨道开始沿倾斜直轨道 bc 滑行 到达轨道 cd 上的 d 点时速度为零 若滑 块变换轨道瞬间的能量损失可忽略不计 已知圆轨道的半径为 R 0 25 m 直轨道 bc 的倾角 37 其长度为 L 26 25 m d 点与水平地面间的高度差为 h 0 2 m 取重力加速度 g 10 m s2 sin 37 0 6 求 图 5 1 滑块在圆轨道最高点 a 时对轨道的压力大小 学海无涯 2 滑块与直轨道 bc 间的动摩擦因数 3 滑块在直轨道 bc 上能够运动的时间 审题突破 1 在圆轨道最高点 a 处滑块受到的重力和轨道的支持力提
9、供向心力 由牛顿第二 定律即可求解 2 从 a 点到 d 点重力与摩擦力做功 全程由动能定理即可求解 3 分别对上 滑的过程和下滑的过程中使用牛顿第二定律 求得加速度 然后结合运动学的公式 即可求 得时间 解析 1 在圆轨道最高点 a 处对滑块 由牛顿第二定律得 mg FN mv 2 R 得 FN m v 2 R g 5 4 N 由牛顿第三定律得滑块在圆轨道最高点 a 时对轨道的压力大小为 5 4 N 2 从 a 点到 d 点全程 由动能定理得 mg R Rcos Lsin h mgcos L 0 1 2mv 2 g R Rcos Lsin h v 2 2 gLcos 0 8 3 设滑块在 b
10、c 上向下滑动的加速度为 a1 时间为 t1 向上滑动的加速度为 a2 时间为 t2 在 c 点时的速度为 vc 由 c 到 d 1 2mv 2 c mgh vc 2gh 2 m s a 点到 b 点的过程 mgR 1 cos 1 2mv 2 b 1 2mv 2 vb v2 2gR 1 cos 5 m s 在轨道 bc 上 下滑 L v b vc 2 t1 t1 2L vb vc 7 5 s 上滑 mgsin mgcos ma2 a2 gsin gcos 12 4 m s2 0 vc a2t2 t2 v c a2 2 12 4 s 0 16 s tan 滑块在轨道 bc 上停止后不再下滑 滑块
11、在 bc 斜面上运动的总时间 t总 t1 t2 7 5 0 16 s 7 66 s 答案 1 5 4 N 2 0 8 3 7 66 s 4 如图 6 a 所示 一物体以一定的速度 v0沿足够长斜面向上运动 此物体在斜面上的最大 学海无涯 位移与斜面倾角的关系由图 b 中的曲线给出 设各种条件下 物体运动过程中的摩擦系数不 变 g 10 m s2 试求 图 6 1 物体与斜面之间的动摩擦因数 2 物体的初速度大小 3 为多大时 s 值最小 答案 1 3 3 2 5 m s 3 3 解析 1 由题意可知 当 为 90 时 v0 2gh 由题图 b 可得 h 5 4 m 当 为 0 时 s0 5 4
12、 3 m 可知物体运动中必受摩擦阻力 设动摩擦因数为 此时摩擦力 大小为 mg 加速度大小为 g 由运动学方程得 v20 2 gs0 联立 两方程 3 3 2 由 式可得 v0 5 m s 3 对于任意一角度 利用动能定理得对应的最大位移 s 满足的关系式 1 2mv 2 0 mgssin mgscos 解得 s v20 2g sin cos h sin cos h 1 2sin 其中 tan 可知 x 的最小值为 s h 1 2 3 2 h 1 08 m 对应的 2 2 6 60 3 1 应用动力学分析问题时 一定要对研究对象进行正确的受力分析 结合牛顿运动定律和运 动学公式分析物体的运动
13、2 应用动能定理时要注意运动过程的选取 可以全过程列式 也可以分过程列式 1 如果在某个运动过程中包含有几个不同运动性质的阶段 如加速 减速阶段 可以分段应 用动能定理 也可以对全程应用动能定理 一般对全程列式更简单 学海无涯 2 因为动能定理中功和动能均与参考系的选取有关 所以动能定理也与参考系的选取有 关 在中学物理中一般取地面为参考系 3 动能定理通常适用于单个物体或可看成单个物体的系统 如果涉及多物体组成的系统 因 为要考虑内力做的功 所以要十分慎重 在中学阶段可以先分别对系统内每一个物体应用动 能定理 然后再联立求解 考题 3 综合应用动力学和能量观点分析多过程问题 例 3 14 分
14、 如图 7 所示 倾角 30 长 L 4 5 m 的斜面 底端与一个光滑的1 4圆弧轨道 平滑连接 圆弧轨道底端切线水平 一质量为 m 1 kg 的物块 可视为质点 从斜面最高点 A 由静止开始沿斜面下滑 经过斜面底端 B 后恰好能到达圆弧轨道最高点 C 又从圆弧轨道滑 回 能上升到斜面上的 D 点 再由 D 点由斜面下滑沿圆弧轨道上升 再滑回 这样往复运动 最后停在 B 点 已知物块与斜面间的动摩擦因数为 3 6 g 10 m s2 假设物块经过斜面 与圆弧轨道平滑连接处速率不变 求 图 7 1 物块经多长时间第一次到 B 点 2 物块第一次经过 B 点时对圆弧轨道的压力 3 物块在斜面上滑
15、行的总路程 解析 1 物块沿斜面下滑时 mgsin mgcos ma 2 分 解得 a 2 5 m s2 1 分 学海无涯 从 A 到 B 物块匀加速运动 由 L 1 2at 2 1 分 可得 t 3 10 5 s 1 分 2 因为物块恰好到 C 点 所以到 C 点速度为 0 设物块到 B 点的速度为 v 则 mgR 1 2mv 2 2 分 FN mg mv 2 R 1 分 解得 FN 3mg 30 N 1 分 由牛顿第三定律可得 物块对轨道的压力为 FN 30 N 方向向下 1 分 3 从开始释放至最终停在 B 处 设物块在斜面上滑行的总路程为 s 则 mgLsin mgscos 0 3 分
16、 解得 s 9 m 1 分 答案 1 3 10 5 s 2 30 N 方向向下 3 9 m 18 分 如图 8 所示 有一个可视为质点的质量为 m 1 kg 的小物块 从光滑平台上的 A 点以 v0 1 8 m s 的初速度水平抛出 到达 C 点时 恰好沿 C 点的切线方向进人固定在竖直平面内 的光滑圆弧轨道 最后小物块无碰撞地滑上紧靠轨道末端 D 点的足够长的水平传送带 已知 传送带上表面与圆弧轨道末端切线相平 传送带沿顺时针方向匀速运行的速度为 v 3 m s 小物块与传送带间的动摩擦因数 0 5 圆弧轨道的半径为 R 2 m C 点和圆弧的圆心 O 点连线与竖直方向的夹角 53 不计空气阻力 重力加速度 g 10 m s2 sin 53 0 8 cos 53 0 6 求 图 8 1 小物块到达圆弧轨道末端 D 点时对轨道的压力 2 小物块从滑上传送带到第一次离开传送带的过程中产生的热量 答案 1 22 5 N 方向竖直向下 2 32 J 解析 1 设小物体在 C 点时的速度大小为 vC 由平抛运动的规律可知 C 点的速度方向与水 平方向成 53 则由几何关系可得 vC v0 co
