2020届高三高考物理一轮复习《机械能》题型强化练习题.doc
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- 机械能 2020 三高 物理 一轮 复习 题型 强化 练习题
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1、机械能题型一. 恒力做功与功率的相关知识考查例1.如图所示,用一与水平方向成角的恒力F拉一质量为m的物体,使它沿水平方向匀速移动距离x,若物体和地面间的动摩擦因数为,则下列关于此力F对物体做的功W的表达式中正确的有()A.WFxcos B.WmgxC.Wmgx/(cos sin )D.Wmgxcos /(cos sin )【答案】AD【解析】由功的定义式可得,力F做的功为WFxcos ,选项A正确;对物体受力分析,由竖直方向受力平衡有mgFsin FN,由水平方向受力平衡有Fcos FN,联立解得Fmg/(cos sin ),将结果代入WFxcos 可知选项B、C错误、选项D正确。例2.如图所
2、示,细线的一端固定于O点,另一端系一小球。在水平拉力作用下,小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点。在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是()A.逐渐增大 B.逐渐减小C.先增大,后减小 D.先减小,后增大【答案】A【解析】因小球速率不变,所以小球以O点为圆心做匀速圆周运动。受力如图所示,因此在切线方向上应有:mgsin Fcos ,得Fmgtan 。则拉力F的瞬时功率PFvcos mgvsin 。从A运动到B的过程中,拉力的瞬时功率随的增大而增大。A项正确。方法总结:计算功率的基本思路(1)首先要弄清楚是平均功率还是瞬时功率。(2)平均功率与一段时间(或过程)相对应,计算时应明确是哪个力在哪
3、段时间(或过程)内做功的平均功率。(3)瞬时功率计算时应明确是哪个力在哪个时刻(或状态)的功率。求解瞬时功率时,如果F与v不同向,可用力F乘以F方向的分速度,或速度v乘以速度方向的分力求解。题型二. 机车的两种启动方式例3.质量是2000kg、额定功率为80kW的汽车,在平直公路上行驶中的最大速度为20m/s.若汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为2m/s2,运动中的阻力不变.求:汽车所受阻力的大小.3s末汽车的瞬时功率.汽车做匀加速运动的时间。汽车在匀加速运动中牵引力所做的功.【答案】见解析【解析】 所求的是运动中的阻力,若不注意“运动中的阻力不变”,则阻力不易求出.以最大速度行驶时
4、,根据P=Fv,可求得F=4000N.而此时牵引力和阻力大小相等. 由于3s时的速度v=at=6m/s,而牵引力由FFf=ma得F=8000N,故此时的功率为P= Fv =4.8104W. 设匀加速运动的时间为t,则t时刻的速度为v=a t=2t,这时汽车的功率为额定功率.由P=Fv,将F=8000N和v=2 t代入得t=5s. 匀加速运动阶段牵引力为恒力,牵引力所做的功例4.一汽车以速度v0在平直路面上匀速行驶,在t0时刻汽车进入一定倾角的上坡路段,设汽车行驶过程中受到的阻力大小恒定不变,发动机的输出功率不变,已知汽车上坡路面足够长。从t0时刻开始,汽车运动的vt图象可能正确的有()【答案】
5、D【解析】汽车在平直路面上以速度v0匀速行驶时,设汽车受到的阻力大小为f,汽车的牵引力大小为F,t0时刻汽车上坡,加速度a,汽车立即减速,又牵引力F随速度减小而增大,汽车做加速度减小的减速运动,当加速度减小为0时,汽车匀速运动,选项D正确。技巧秘诀方法总结:三个重要关系式(1)无论哪种运行过程,机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度,即vmax(式中Fmin为最小牵引力,其值等于阻力F阻)。(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中,匀加速过程结束时,功率最大,速度不是最大,即v1Ff,所以物体不能停留在斜面上物体在斜面上滑动时,由于摩擦力做功,物体的机械能逐渐减小,物体滑到斜面上的高度逐渐降低,
6、物体最终将在B、C间做往复运动。设物体在斜面上运动的总路程为s,对全过程应用动能定理得mghR(1cos 60)mgscos 600mv2解得s280 m。方法总结:运用动能定理需注意的问题(1)若过程包含了几个运动性质不同的分过程,既可分段考虑,也可整个过程考虑。但求功时,有些力不是全过程作用的,必须根据不同的情况分别求功,然后再求出总功。(2)运用动能定理时,必须明确各力做功的正、负。当一个力做负功时,可设物体克服该力做功为W,将该力做功表达为W,也可以直接用字母W表示该力做功,使字母W本身含有负号。题型四. 动能定理与圆周运动相结合的综合应用例7.如图,一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置
7、,轨道两端等高,质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下,滑到最低点Q时,对轨道的正压力为2mg,重力加速度大小为g。质点自P滑到Q的过程中,克服摩擦力所做的功为()A.mgR B.mgR C.mgR D.mgR【答案】C【解析】在Q点质点受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力,两力的合力充当向心力,所以有FNmgm,FN2mg,联立解得v,下滑过程中,根据动能定理可得mgRWfmv2,解得WfmgR,所以克服摩擦力做功mgR,C正确。例8. 如图,一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道如图放置,三点POQ水平。一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落,恰好从P点进入轨道,质点滑到轨道
8、最低点N时,对轨道的压力为4mg,g为重力加速度的大小,用W表示质点从P运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功,则A. W = ,质点恰好可以到达Q点 B. W ,质点不能到达Q点 C. W = ,质点到达Q点后,继续上升一段距离 D. W ,质点到达Q点后,继续上升一段距离【答案】 C 【解析】根据动能定理可得质点在P点的动能EKP = mgR,在圆弧运动时,沿半径方向的合力提供所需的向心力即FN mgsin = m ,经过N点时, 根据牛顿第三定律轨道对质点的支持力FN与质点对轨道的压力FN/大小相等为4mg ,由牛顿第二定律和向心力公式有: 4mg - mg = m ,得VN = ,所以N
9、点的动能EKN = mgR ,从P到N点过程由动能定理可得:mg2R W = mgR - mgR ,得克服摩擦力做功W = mgR,滑动摩擦力Ff=FN ,根据功能关系可知质点克服摩擦力做功机械能减少,根据对称性再结合前面可知从N到Q过程中的速度小P到N过程中对应高度的速度,轨道弹力小于P到N过程中对应高度的弹力,轨道摩擦力小于P到N过程中对应高度的摩擦力,故从N到Q质点克服摩擦力做功WNQ 0 ,仍会向上运动一段距离,选项C正确,方法总结:应用动能定理解题应抓好“两状态,一过程”“两状态”即明确研究对象的始、末状态的速度或动能情况,“一过程”即明确研究过程,确定这一过程研究对象的受力情况和位
10、置变化或位移信息。题型五. 动能定理功能关系与弹簧相结合的综合应用例9.如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC=h。圆环在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A;弹簧始终在弹性限度之内,重力加速度为g,则圆环( )A下滑过程中,加速度一直减小B下滑过程中,克服摩擦力做功为C在C处,弹簧的弹性势能为D上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度【答案】BD【解析】由题意知,圆环从A到C先加速后减速,到达B处的加速度减小为零,故加速度先减小后增大,故A错误;根据能量守恒,从
11、A到C有mghWfEp,从C到A有mv2EpmghWf,联立解得:Wfmv2,Epmghmv2,所以B正确,C错误;根据能量守恒,从A到B有mgh1mvEp1Wf1,从C到B有mv2Ep2mvWf2mgh2,又有mv2EpmghWf,联立可得vB2vB1,所以D正确。例10.轻质弹簧原长为2l,将弹簧竖直放置在地面上,在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放,当弹簧被压缩到最短时,弹簧长度为l。现将该弹簧水平放置,一端固定在A点,另一端与物块P接触但不连接。AB是长度为5l的水平轨道,B端与半径为l的光滑半圆轨道BCD相切,半圆的直径BD竖直,如图所示。物块P与AB简的动摩擦因数=0.5。用外力
12、推动物块P,将弹簧压缩至长度l,然后释放,P开始沿轨道运动,重力加速度大小为g。(1)若P的质量为m,求P到达B点时速度的大小,以及它离开圆轨道后落回到AB上的位置与B点间的距离;(2)若P能滑上圆轨道,且仍能沿圆轨道滑下,求P的质量的取值范围。【答案】(1) (2)【解析】物体压缩弹簧;物体从P 压缩弹簧到B 由能量守恒得: 求得 :;滑块由B到D由动能定理得:求得:;滑块由D 点平抛:;(2)滑块至少过B点:P最多到C点而不脱轨:则:题型六. 动能定理在多过程复杂问题中的综合应用例11.如图所示,在游乐节目中,选手需要借助悬挂在高处的绳飞越到对面的高台上。一质量m60 kg的选手脚穿轮滑鞋
13、以v07 m/s的水平速度抓住竖直的绳开始摆动,选手可看作质点,绳子的悬挂点到选手的距离L6 m。当绳摆到与竖直方向夹角37时,选手放开绳子,不考虑空气阻力和绳的质量。取重力加速度g10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8。求:(1)选手放开绳子时的速度大小;(2)选手放开绳子后继续运动到最高点时,刚好可以站到水平传送带A点,传送带始终以v13 m/s的速度匀速向左运动,传送带的另一端B点就是终点,且sAB3.75 m。若选手在传送带上自由滑行,受到的摩擦阻力为自重的0.2倍,通过计算说明该选手是否能顺利冲过终点B,并求出选手在传送带上滑行过程中因摩擦而产生的热量Q。【答案】(1
14、)5m/s (2)990J【解析】思路点拨当选手到达最高点时,竖直方向上的分速度为零,选手在传送带上的初速度等于水平分速度,结合牛顿第二定律和运动学公式求出选手在传送带上滑行的位移,从而判断其能否顺利冲过终点。求出选手与传送带间的相对位移,根据Qfs求出因摩擦而产生的热量。规范解答(1)对选手从抓住绳子到放开绳子的整个过程,由机械能守恒得mvmgL(1cos 37)mv2解得v5 m/s(2)设选手在放开绳子时,水平速度为vx,则vxvcos 374 m/s选手在最高点站到传送带上时有4 m/s的向右的速度,在传送带上做匀减速直线运动选手的加速度:a2 m/s2以地面为参考系,设选手在传送带上
15、向右运动了x后速度减为零,由运动学公式得v2ax,解得x4 m3.75 m,所以选手可以顺利冲过终点设选手从A到B运动的时间为t,则sABvxtat2得t11.5 s,t22.5 s(舍去)在这段时间内传送带通过的位移为x1v1t14.5 m摩擦力做的功WfQkmg(sABx1)990 J。方法总结:静摩擦力做功的过程中,只有机械能的转移(静摩擦力起着传递机械能的作用),而没有内能的产生。滑动摩擦力做功的过程中,能量的转化有两个方向,一是相互摩擦的物体之间机械能的转移;二是机械能转化为内能,转化为内能的量值等于机械能的减少量,表达式为QF滑.l相对。例12. 图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图,
16、整个轨道在同一竖直平面内,表面粗糙的AB段轨道与四分之一光滑圆弧轨道BC在B点水平相切点A距水面的高度为H,圆弧轨道BC的半径为R,圆心O恰在水面一质量为m的游客(视为质点)可从轨道AB的任意位置滑下,不计空气阻力(1)若游客从A点由静止开始滑下,到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面上的D点,OD2R,求游客滑到B点时的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功Wf;(2)若游客从AB段某处滑下,恰好停在B点,又因受到微小扰动,继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道,求P点离水面的高度h.(提示:在圆周运动过程中任一点,质点所受的向心力与其速率的关系为F向m)【答案】 (1)(mgH2mgR)(2)
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