高三复习讲义第五章机械能和能源.doc

第五章机械能和能源一、功1做功的两个必要条件：_和物体在力的方向上发生的_2公式：W_适用于_做功其中为F、x方向间夹角，x为物体对地的位移3功的正负判断夹角功的正负090力对物体做正功90180力对物体做负功，或者说物体克服这个力做了功90力对物体不做功即时应用1静止在水平地面上的物体，同时受到水平面内两个互相垂直的拉力F1、F2的作用，由静止开始运动了2 m，已知F16 N，F28 N，则()AF1做功12 JBF2做功16 JCF1、F2的合力做功28 J DF1、F2做的总功20 J二、功率1定义：力对物体所做的功与做功所用时间的_2物理意义：描述力对物体做功的_3公式(1)定义式：P，P为时间t内的_(2)推论式：P_.(为F与v的夹角)4额定功率：机械_时输出的最大功率5实际功率：机械_时输出的功率，要求_额定功率即时应用2宇航员在进行素质训练时，抓住秋千杆由水平状态开始下摆，到达竖直状态的过程中，如图所示，宇航员所受重力的瞬时功率变化情况是()A一直增大B一直减小C先增大后减小D先减小后增大三、机车两种启动方式的比较两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动Pt图和vt图OA段过程分析vFaa不变F不变PFv直到P额Fv1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动，维持时间t0即时应用3 (2013川师附中高三模拟)当前我国“高铁”事业发展迅猛假设一辆高速列车在机车牵引力和恒定阻力作用下，在水平轨道上由静止开始启动，其vt图像如图514所示，已知在0t1时段为过原点的倾斜直线，t1时刻达到额定功率P，此后保持功率P不变，在t3时刻达到最大速度v3，以后匀速运动下述判断正确的是()A从0至t3时间内一直匀加速直线运动Bt2时刻的加速度大于t1时刻的加速度C在t3时刻以后，机车的牵引力为零D该列车所受的恒定阻力大小为热身体验 11.如图511所示的a、b、c、d中，质量为M的物体甲受到相同的恒力F的作用，在力F作用下使物体甲在水平方向移动相同的位移表示物体甲与水平面间的动摩擦因数，乙是随物体甲一起运动的小物块，比较物体甲移动的过程中力F对甲所做的功的大小()图511AWa最小BWd最大CWaWc D四种情况一样大12.一人乘电梯从1楼到20楼，在此过程中经历了先加速、后匀速、再减速的运动过程，则电梯支持力对人做功的情况是()A加速时做正功，匀速时不做功，减速时做负功B加速时做正功，匀速和减速时做负功C加速和匀速时做正功，减速时做负功D始终做正功2位于水平面上的物体在水平恒力F1作用下，做速度为v1的匀速运动；若作用力变为斜向上的恒力F2，物体做速度为v2的匀速运动，且F1与F2功率相同则可能有()AF2F1时，一定有v1v2BF2F1时，一定有v1v2CF2F1时，一定有v1v2DF2F1时，一定有v1v2考点1恒力做功的计算如图所示，质量为m的小球用长为L的轻绳悬挂于O点，用水平恒力F拉着小球从最低点运动到使轻绳与竖直方向成角的位置，求此过程中，各力对小球做的功及总功跟踪训练1起重机以1 m/s2的加速度将质量为1000 kg的货物由静止开始匀加速向上提升，若g取10 m/s2，则在1 s内起重机对货物所做的功是()A500 JB4500 JC5000 J D5500 J考点2功率的计算如图所示，水平传送带正以2 m/s的速度运行，两端水平距离l8 m，把一质量m2 kg的一个物块轻轻放到传送带的A端，物块在传送带的带动下向右运动，若物块与传送带间的动摩擦因数0.1，不计物块的大小，g取10 m/s2，则把这个物块从A端传送到B端的过程中，摩擦力对物块做功的最大功率和平均功率各是多少？跟踪训练2 (2013树德中学模拟)两个质量相等的小球A、B处在同一水平线上，当小球A被水平抛出的同时，小球B开始自由下落，不计空气阻力，则()A在相等时间内，两小球的速度增量相等B在同一时刻，两小球的重力的功率不相等C在下落过程中，两小球的重力做功不相同D在下落过程中，两小球重力的平均功率相等考点3机车问题的分析与计算电动车因其可靠的安全性能和节能减排的设计理念，越来越受到人们的喜爱，在检测某款电动车性能的某次实验中，质量为8102 kg的电动车由静止开始沿平直公路行驶，达到的最大速度为15 m/s，利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵引力F与对应的速度v，并描绘出F图像如图所示(图中AB、BO均为直线)假设电动车行驶中所受的阻力恒定(1)根据图线ABC，判断该电动车做什么运动，并计算电动车的额定功率；(2)求此过程中电动车做匀加速直线运动的加速度的大小；(3)电动车由静止开始运动，经过多长时间速度达到v12 m/s?跟踪训练3 一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为m的重物，当重物的速度为v1时，起重机的有用功率达到最大值P，以后起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到以最大速度v2匀速上升为止，物体上升的高度为h，则整个过程中，下列说法正确的是()A钢绳的最大拉力为B钢绳的最大拉力为C重物的最大速度v2D重物匀加速运动的加速度为g第二节动能动能定理一、动能1定义：物体由于_而具有的能2表达式：Ek_.3单位：_，1 J1 Nm1 kgm2/s2.4矢标性：_量5瞬时性：v是瞬时速度6相对性：物体的动能相对于不同的参考系一般不同二、动能定理1内容：合外力所做的功等于物体动能的_2表达式：WEk2Ek1_.3适用范围(1)动能定理既适用于直线运动，也适用于_运动(2)既适用于恒力做功，也适用于_做功(3)力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以不同时作用即时应用1(2013江西红色六校联考)一个质量为0.3 kg的弹性小球，在光滑水平面上以6 m/s的速度垂直撞到墙上，碰撞后小球沿相反方向运动，反弹后的速度大小与碰撞前相同，则碰撞前后小球速度变化量的大小v和碰撞过程中墙对小球做功的大小W为()Av0Bv12 m/sCW0 DW10.8 J即时应用2人骑自行车下坡，坡长l500 m，坡高h8 m，人和车总质量为100 kg，下坡时初速度为4 m/s，人不踏车的情况下，到达坡底时车速为10 m/s，g取10 m/s2，则下坡过程中阻力所做的功为()A4000 J B3800 JC5000 J D4200 J热身体验 1.关于某物体动能的一些说法，正确的是()A物体的动能变化，速度一定变化B物体的速度变化，动能一定变化C物体的速度变化大小相同时，其动能变化大小也一定相同D选择不同的参考系时，动能可能为负值21.下列关于运动物体所受合力、合力做功和动能变化的关系，正确的说法是()A物体所受合力为零，其动能一定不变B物体所受合力不为零时，其动能一定发生变化C物体的动能保持不变，其所受合力做功可能不为零D物体的动能保持不变，则所受合力一定为零22.物体在合力作用下做直线运动的vt图像如图所示下列表述正确的是()A在01 s内，合力做正功B在02 s内，合力总是做正功C在12 s内，合力做负功D在03 s内，合力做的总功为零3某旅游景点的滑沙场如图甲所示，滑道可看作斜面，一名旅游者乘同一个滑沙撬从A点由静止出发，先后沿倾角不同的滑道AB和AB滑下，最后停在水平沙面上，示意图如图乙所示，设滑沙撬和沙面间的动摩擦因数处处相同，则旅游者（）A沿两滑道滑行的位移一定相等 B沿两滑道滑行的时间一定相等 C沿两滑道滑行的总路程一定相等D到达B点和B点的速率相同考点1动能定理的一般应用某滑沙场，如图所示，某旅游者乘滑沙橇从A点由静止开始滑下，最后停在水平沙面上的C点，设滑沙橇和沙面间的动摩擦因数处处相同，斜面和水平面连接处可认为是圆滑的，滑沙者保持一定姿势坐在滑沙橇上不动，若测得AC间水平距离为x，A点高为h，求滑沙橇与沙面间的动摩擦因数.跟踪训练1 (2013达州高三质量预测)如图所示，光滑斜面的顶端固定一弹簧，一物体向右滑行，并冲上固定在地面上的斜面设物体在斜面最低点A的速度为v，压缩弹簧至C点时弹簧最短，C点距地面高度为h，则从A到C的过程中弹簧弹力做功是()Amghmv2B.mv2mghCmgh D(mghmv2)考点2应用动能定理求变力的功如图所示，质量为m的小球用长为L的轻质细线悬于O点，与O点处于同一水平线上的P点处有一个光滑的细钉，已知OP，在A点给小球一个水平向左的初速度v0，发现小球恰能到达跟P点在同一竖直线上的最高点B.则：（1)小球到达B点时的速率？(2)若不计空气阻力，则初速度v0为多少？(3)若初速度v03，则在小球从A到B的过程中克服空气阻力做了多少功？跟踪训练2 物体沿直线运动的vt图像如图所示，已知在第1秒内合外力对物体做的功为W，则()A从第1秒末到第3秒末合外力做功为4WB从第3秒末到第5秒末合外力做功为2WC从第5秒末到第7秒末合外力做功为WD从第3秒末到第4秒末合外力做功为0.75W考点3动能定理与图像结合问题总质量为80 kg的跳伞运动员从离地500 m的直升机上跳下，经过2 s拉开绳索开启降落伞如图所示是跳伞过程中的vt图像，试根据图像(g取10 m/s2)（1)求02 s内阻力做的功；(2)估算14 s内运动员下落的高度及克服阻力做的功；(3)估算运动员从飞机上跳下到着地的时间考点4 用分析法解决多过程问题(2013豫南九校联考)如图所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成，轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接，其中轨道AB、CD段是光滑的，水平轨道BC的长度x5 m，轨道CD足够长且倾角37， A、D两点离轨道BC的高度分别为h14.30 m、h21.35 m现让质量为m的小滑块自A点由静止释放已知小滑块与轨道BC间的动摩擦因数0.5，重力加速度g取10 m/s2，sin370.6，cos370.8.求：(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小；(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔；(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离第三节机械能守恒定律一、重力势能1定义：物体的重力势能等于它所受_与_的乘积2公式：Ep_.3矢标性：重力势能是_量，但有正、负，其意义是表示物体的重力势能比它在_上大还是小，这与功的正、负的物理意义不同4特点(1)系统性：重力势能是_和_共有的(2)相对性：重力势能的大小与_的选取有关重力势能的变化是_的，与参考平面的选取_5重力做功与重力势能变化的关系重力做正功时，重力势能_； 重力做负功时，重力势能_；重力做多少正(负)功，重力势能就_多少，即WG_.二、弹性势能1定义：物体由于发生_而具有的能2大小：弹性势能的大小与_及_有关，弹簧的形变量越大，劲度系数_，弹簧的弹性势能_3弹力做功与弹性势能变化的关系弹力做正功，弹性势能_；弹力做负功，弹性势能_即弹簧恢复原长的过程中弹力做_，弹性势能_，形变量变大的过程中弹力做_，弹性势能_三、机械能守恒定律1内容：在只有_或_做功的物体系统内，动能和势能会发生相互转化，但机械能的总量保持_2表达式(1)Ek1Ep1_ (要选零势能参考平面)(2)Ek_ (不用选零势能参考平面)(3)EA增_ (不用选零势能参考平面)3机械能守恒的条件只有_ (或_)做功或虽有其他外力做功但其他力做功的代数和_即时应用1(2011高考新课标全国卷)一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是()A运动员到达最低点前重力势能始终减小B蹦极绳张紧后的下落过程中，弹力做负功，弹性势能增加C蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关即时应用2质量为m的小球从高H处由静止开始自由下落，以地面作为零势能面当小球的动能和重力势能相等时，重力的瞬时功率为()A2mgBmgC.mg D.mg热身体验 11.关于重力势能，下列说法中正确的是()A物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定B物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大C一个物体的重力势能从5 J变化到3 J，重力势能减少了D重力势能的减少量等于重力对物体做的功12.将质量为100 kg的物体从地面提升到10 m高处，在这个过程中，下列说法中正确的是(取g10 m/s2)()A重力做正功，重力势能增加1.0104 JB重力做正功，重力势能减少1.0104 JC重力做负功，重力势能增加1.0104 JD重力做负功，重力势能减少1.0104 J2. (2013泸州模拟)如图所示在光滑水平面上有一物体，它的左端连接着一轻弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去力F后，物体将向右运动，在物体向右运动的过程中，下列说法正确的是()A弹簧的弹性势能逐渐减少B物体的机械能不变C弹簧的弹性势能先增加后减少D弹簧的弹性势能先减少后增加3.如图所示，斜劈劈尖顶着竖直墙壁静止于水平面上，现将一小球从图示位置静止释放，不计一切摩擦，则在小球从释放到落至地面的过程中，下列说法正确的是()A斜劈对小球的弹力不做功B斜劈与小球组成的系统机械能守恒C斜劈的机械能守恒D小球重力势能减小量等于斜劈动能的增加量考点1“单个”物体的机械能守恒如图所示，斜面轨道AB与水平面之间的夹角53，BD为半径R4 m的圆弧形轨道，且B点与D点在同一水平面上，在B点，斜面轨道AB与圆弧形轨道BD相切，整个轨道处于竖直平面内且处处光滑，在A点处有一质量m1 kg的小球由静止滑下，经过B、C两点后从D点斜抛出去，最后落在地面上的S点时的速度大小vS8 m/s，已知A点距地面的高度H10 m，B点距地面的高度h5 m，设以MDN为分界线，其左边为一阻力场区域，右边为真空区域，g取10 m/s2，cos530.6，求：(1)小球经过B点时的速度为多大？(2)小球经过圆弧轨道最低处C点时对轨道的压力为多大？(3)小球从D点抛出后，受到的阻力f与其瞬时速度方向始终相反，求小球从D点到S点的过程中阻力f所做的功跟踪训练1 (2013北京四中高三质检)如图所示，竖直平面内有一个半径为R的半圆形轨道OQP，其中Q是半圆形轨道的中点，半圆形轨道与水平轨道OE在O点相切，质量为m的小球沿水平轨道运动，通过O点进入半圆形轨道，恰好能够通过最高点P，然后落到水平轨道上，不计一切摩擦阻力，下列说法正确的是()A小球落地时的动能为2.5mgRB小球落地点离O点的距离为2RC小球运动到半圆形轨道最高点P时，向心力恰好为零D小球到达Q点的速度大小为考点2多物体机械能守恒问题 (2013眉山一中高三月考)如图所示，物块A的质量为M，物块B、C的质量都是m，并都可看做质点，且mM2m.三物块用细线通过滑轮连接，物块B与物块C的距离和物块C到地面的距离都是L.现将物块A下方的细线剪断，若物块A距滑轮足够远且不计一切阻力求： (1)物块A上升时的最大速度；(2)若B不能着地，求M/m满足的条件跟踪训练2 如图，可视为质点的小球A、B用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地面上半径为R的光滑圆柱，A的质量为B的两倍当B位于地面时，A恰与圆柱轴心等高将A由静止释放，B上升的最大高度是()A2RB5R/3C4R/3 D2R/3考点3机械能守恒定律与动能定理的综合应用有一竖直放置的“T”形架，表面光滑，滑块A、B分别套在水平杆与竖直杆上，A、B用长为2l不可伸长的轻细绳相连，A、B质量均为m，且可看做质点，如图所示，开始时细绳水平伸直，A、B静止由静止释放B后，下落高度为l时，求：(1)A、B的速度各为多大；(2)轻绳对A滑块做的功跟踪训练3 质量分别为m和M(其中M2m)的两个小球P和Q，中间用轻质杆固定连接，在杆的中点O处有一个固定转轴，如图所示现在把杆置于水平位置后自由释放，在Q球顺时针摆动到最低位置的过程中，下列有关能量的说法正确的是()AQ球的重力势能减少、动能增加，Q球和地球组成的系统机械能守恒BP球的重力势能、动能都增加，P球和地球组成的系统机械能不守恒CP球、Q球和地球组成的系统机械能守恒DP球、Q球和地球组成的系统机械能不守恒第四节功能关系能量守恒一、功能关系1功是_的量度，即做了多少功就有多少能量发生了转化2做功的过程一定伴随着_，而且_必通过做功来实现二、功能关系1内容 2表达式： 即时应用1质量为m的物体从静止开始以加速度g/2竖直向下运动了h，下列说法中正确的是()A物体的动能增加了mgh/2B物体的重力势能减少了mgh/2C物体的机械能减少了mgh/2D重力对物体所做的功为mgh/2即时应用2滑块静止于光滑水平面上，与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态，现用恒定的水平外力F作用于弹簧右端，在向右移动一段距离的过程中拉力F做了10 J的功在上述过程中()A弹簧的弹性势能增加了10 JB滑块的动能增加了10 JC滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10 JD滑块和弹簧组成的系统机械能守恒即时应用3 (2013南充高中高三测试)如图542所示，木块A放在木块B的左端，用恒力F将A拉至B的右端，第一次将B固定在地面上，F做功为W1，生热为Q1；第二次让B可以在光滑地面上自由滑动，仍将A拉到B右端，这次F做功为W2，生热为Q2；则应有()图542AW1W2，Q1Q2BW1W2，Q1Q2CW1W2，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2考点1功能关系的应用 (2012高考江苏卷)如图所示，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，后增大考点2传送带问题的能量分析如图所示，水平传送带由电动机带动，并始终保持以速度v匀速运动，现将质量为m的某物块由静止释放在传送带上的左端，过一会儿物块能保持与传送带相对静止，设物块与传送带间的动摩擦因数为，对于这一过程，下列说法正确的是()A摩擦力对物块做的功为0.5mv2B物块对传送带做功为0.5mv2C系统摩擦生热为0.5mv2D电动机多做的功为mv2考点3 运动中的能量突变 如图所示，若将小球拉到绳与水平方向成30角的位置处由静止释放，求小球到达最低点C时绳对小球的拉力是多大？考点4 综合问题 如图，质量m=1kg的物体以v0=4m/s的初速度从水平面的某点向右运动并冲上半径R=0.1m的竖直光滑半圆环。物体与水平面间有摩擦。（1）物体能从M点飞出，落到水平面时落点到N点的距离的最小值为多大？（2）设出发点到N点的距离为，物体从M点飞出后，落到水平面时落点到N点的距离为y，作出y2随x变化的关系如图。求物体与水平面间的动摩擦因数。（3）要使物体从某点出发后的运动过程中不会在N到M点的中间离开半圆轨道，求出发点到N点的距离x的取值范围。11