2012高三高考物理一轮复习典例精析教程四单元机械能守恒定律课件

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1、第四章 机械能守恒定律,第1节 功和功率,例1.如图所示,小物块位于光滑的斜面上,斜面位于光滑水平地面上.从地面上看,在小物块沿斜面下滑过程中,斜面对小物块的作用力 ( ) A.垂直于接触面,做功为零 B.垂直于接触面,做功不为零 C.不垂直于接触面,做功为零 D.不垂直于接触面,做功不为零,【点拨】(1)弄清物体下滑过程中斜面的运动情况. (2)弄清物体的初末位置,确定物体的位移方向. (3)确定弹力方向,根据位移与力的夹角大小来判断功的正负.,【答案】B,【解析】解法一:根据功的定义W=Fscos ,为了求斜面对小物块的支持力所做的功,应找到小物块的位移.由于地面光滑,物块与斜面构成的系统

2、在水平方向不受外力,在水平方向系统动量守恒.初状态系统水平方向动量为零,当物块有向左的动量时,斜面体必有水平向右的动量.根据图上关系可以确定支持力与物块位移夹角大于90,斜面对物块做负功.应选B. 解法二:本题物块从斜面上滑下来时,物块和斜面组成的系统机械能守恒,物块减少的重力势能转化为物块的动能和斜面体的动能,物块的机械能减少了,说明有除重力之外的斜面施加的力对它做了负功,即支持力对物块做了负功.,1. (2009广东理科基础)物体在合外力作用下做直线运动的v-t图象如图所示.下列表述正确的是( ) A.在01 s内,合外力做正功 B.在02 s内,合外力总是做负功 C.在12 s内,合外力

3、不做功 D.在03 s内,合外力总是做正功,【答案】A,【解析】根据物体的v-t图象可知,物体在01 s内做匀加速运动,合外力做正功,A正确;在13 s内做匀减速运动,合外力做负功.根据动能定理可知,在03 s内合外力做功为零.,例2. (2010厦门模拟)如图所示,恒定的拉力大小F=8 N,方向与水平线夹角=60,拉着绳头使物体沿水平面移动d=2 m的过程中,求拉力做了多少功?,【点拨】恒力F是作用在绳的端点,根据公式W=Flcos 求力F的功,要先求出绳的端点位移l以及F与l之间的夹角.,【解析】解法一:如图所示,随着物体沿水平面前进d=2 m,绳头从A点被拉到A点, 由此可见:拉力F所作

4、用的物体(绳头)的位移l可由几何关系得l=2dcos 30=23 m,而力F与位移l间的夹角为 =30, 所以此过程中拉力F作用于绳头所做的功为 W=Flcos =82332 J=24 J.,解法二:根据“输入功等于输出功”的规律可得出:在滑轮与绳间无摩擦力的条件下,外力对绳所做的功等于绳对物体所做的功. 因为作用在物体上有两段绳,所以拉力做的功即为两段绳的总功,如图绳子张力大小为F,但张力对物体做功包括沿F方向的张力所做的功W1和水平向右的张力所做的功W2,即W=W1+W2=Fdcos+Fd=2Fdcos2 =282 J=24 J.,解法三: 如图所示, 绳子对物体拉力的合力大小为2Fcos

5、 2,此合力做的功为W=2Fcos dcos =2Fdcos2 =282 J=24 J.,2.在水平面上,有一弯曲的槽道,槽道由半径分别为 和R的两半圆构成,如图所示.现用大小恒为F的拉力将一光滑小球从A点沿槽道拉至B点,若拉力F的方向时时刻刻与小球运动方向一致,则此过程中拉力所做的功为 ( ) A.0 B.FR C. D.2 FR,【解析】变力F的大小不变,而方向始终与运动方向相同,则变力F做的功等于力和路程的乘积,即 所以选项A、B、D错误,选项C正确.,【答案】C,例3.汽车发动机的功率为60 kW,汽车的质量为4 t,当它行驶在坡度为0.02(sin =0.02)的长直公路上时,如图所

6、示,所受摩擦阻力为车重的0.1倍(g=10 m/s2),求: (1)汽车所能达到的最大速度vmax. (2)若汽车从静止开始以0.6 m/s2的加速度做匀加速直线运动,则此过程能维持多长时间? (3)当汽车匀加速行驶的速度达到最大值时,汽车做功多少?,【解析】(1)汽车在坡路上行驶,所受阻力由两部分构成,即Ff=kmg+mgsin =4 000 N+800 N=4 800 N. 又因为当F=Ff时,P=Ffvmax,所以 vmax= m/s=12.5 m/s.,【点拨】(1)汽车达到最大速度时F牵=kmg+mgsin. (2)汽车匀加速运动阶段,牵引力的功率增加,牵引力不变. (3)当功率达到

7、额定功率时,汽车匀加速运动结束.,(2)汽车从静止开始,以a=0.6 m/s2匀加速行驶,由F=ma,有F-kmg-mgsin=ma.所以F=ma+kmg+mgsin=41030.6 N+4 800 N=7.2103 N. 保持这一牵引力,汽车可达到匀加速行驶的最大速度vmax,可得 m/s=8.33 m/s. 由运动学规律可以求出匀加速行驶的时间与位移,可得t= s=13.9 s,x= m=57.82 m. (3)由W=Fx可求出汽车在匀加速运动阶段行驶时牵引力做功为Fx=7.210357.82 J=4.16105 J.,3. (2009江南八校联考)一列火车在额定功率下由静止从车站出发,沿

8、直线轨道运动,行驶5 min后速度达到30 m/s,设列车所受阻力恒定,则可以判断列车在这段时间内行驶的距离 ( ) A. 一定大于4.5 km B. 可能等于4.5 km C. 一定小于4.5 km D. 条件不足,无法确定,【答案】A,【解析】火车恒定功率启动时,加速度逐渐减小,速度时间图象如图所示,由图可知图线所围的面积一定比三角形的面积大,三角形的面积等于4.5103 m,故A正确.,例.物体m从倾角为的固定的光滑斜面由静止开始下滑,斜面高为h,当物体滑至斜面底端,重力做功的瞬时功率为 ( ) A. mg B. 12mgsin C. mg sin D. mg,错解二:物体沿斜面做v0

9、= 0的匀加速运动a=gsin,设滑到底时间为t,由于斜面长L= ,则 = at2,解得t= ,重力做功为mgh,功率为P= ,故选B.,【错解】错解一:因为斜面是光滑斜面,物体m受重力和支持力.支持力不做功,只有重力做功,所以机械能守恒.设底端势能为零,则有mgh= mv2,物体滑至底端速度为v= ,据瞬时功率P=Fv,有P=mg ,故选A.,【剖析】求解功率的公式有P= 、P=Fvcos.但应注意两公式的区别和联系.,【正解】由于斜面光滑,物体m下滑过程中机械能守恒,滑至底端时的瞬时速度为v= ,据瞬时功率P=Fvcos.由图可知,F、v夹角为90-,则有滑至底端瞬时功率P=mg sin

10、.故C选项正确.,【答案 】 C,第2节 动能定理及其应用,例1. (2010莆田模拟)如图所示,小球以大小为v0的初速度由A端向右运动,到B端时的速度减小为vB;若以同样大小的初速度由B端向左运动,到A端时的速度减小为vA.已知小球运动过程中始终未离开该粗糙轨道.比较vA 、vB的大小,正确的是 ( ) A. vAvB B. vA=vB C. vAvB D. 无法确定,【答案】A,【解析】小球向右通过凹槽C时的速率比向左通过凹槽C时的速率大,由向心力方程FN-mg= 可知,对应的弹力FN一定大,滑动摩擦力也大,克服阻力做的功多;当小球向右通过凸起处D时的速率比向左通过凸起处D时的速率小,由向

11、心力方程mg-FN= 可知,对应的弹力N一定大,滑动摩擦力也大,克服阻力做的功多.所以小球向右运动全过程克服阻力做功多,动能损失多末动能小,选A正确.,1.如图所示,一物体在水平恒力作用下沿光滑的水平面做曲线运动,当物体从M点运动到N点时,其速度方向恰好改变了90,则物体从M点到N点运动过程中,物体的动能将( ) A.不断增大 B.不断减小 C.先减小后增大 D.先增大后减小,【解析】物体在vM方向的速度变为零,说明物体受到的力在vM的反方向上有分力,同时物体受的力在垂直于vM向右的方向上也有分力,所以物体所受恒力的方向与vM的方向成钝角,故力对物体先做负功后做正功,物体的动能先减小后增加,故

12、选C. 【答案】C,例2. (2009宁夏)冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目,如图所示是比赛场地示意图.比赛时运动员从起滑架处推着冰壶出发,在投掷线AB处放手让冰壶以一定的速度滑出,使冰壶的停止位置尽量靠近圆心O.为使冰壶滑行得更远,运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面,使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小.设冰壶与冰面间的动摩擦因数为1=0.008,用毛刷擦冰面后动摩擦因数减少至2=0.004.在某次比赛中,运动员使冰壶C在投掷线中点处以2 m/s的速度沿虚线滑出.为使冰壶C能够沿虚线恰好到达圆心O点,运动员用毛刷擦冰面的长度应为多少?(g取10 m/s2),【解析】设冰壶在未被毛刷擦过的冰面

13、上滑行的距离为s1,所受摩擦力的大小为 :在被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为s2,所受摩擦力的大小为 ,则有s1+s2=s,式中s为投掷线到圆心O的距离. =1mg, =2mg.设冰壶的初速度为v0,由功能关系,得 s1+ s2= .联立以上各式,解得s2= ,代入数据得s2=10 m.,2.一个物体从斜面上高h处由静止滑下并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止,测得停止处相对开始运动处的水平距离为s,如图所示,不考虑物体滑至斜面底端的碰撞作用,并设斜面与水平面对物体的动摩擦因数相同.求动摩擦因数.,【解析】设该斜面倾角为,斜面长为l,则物体沿斜面下滑时,重力和摩擦力在斜面上的功分别为WG=mgl

14、sin=mgh, =-mglcos. 物体在平面上滑行时仅有摩擦力做功,设平面上滑行距离为s2,则 =-mgs2.对物体在全过程中应用动能定理: mglsin-mglcos-mgs2=0,得h-s1-s2=0. 式中s1为斜面底端与物体初位置间的水平距离. 故= .,例.质量为m1、m2的两物体,静止在光滑的水平面上,质量为m的人站在m1上用恒力F拉绳子,经过一段时间后,两物体m1、m2的速度大小分别为v1和v2,位移分别为s1和s2,如图所示.则这段时间内此人所做的功的大小等于 ( ) A. Fs2 B. Fs1 C. D.,【剖析】准确找出力F作用的实际位移是解题的关键.,【错解】由动能定

15、理可得 ,即A、D正确.,【正解】人施加的力的作用点的位移为s1+s2,所以人的力做的功W=F(s1+s2),选项A.B错误;又根据能量守恒可知,人通过做功消耗的化学能将全部转化为物体m1和m2的动能以及人的动能.所以人做的功的大小等于W= ,选项C正确.,【答案】 C,第3节 机械能守恒定律及其应用,例1.在如图所示的物理过程中,甲为末端固定有小球的轻杆,从右偏上30角释放后绕光滑支点下摆;乙为末端固定有小球的轻质直角架,释放后绕固定轴O无摩擦转动;丙为A、B两小车置于光滑水平面上,B静止,A获得一向右的初速度后向右运动,某时刻连接两车的细绳绷紧,然后带动B车运动;丁为带有竖直支架的小车置于光滑水平面上,把用细绳束缚的小球从图示位置释放,小球开始摆动.则关于这几个物

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