2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 題能演練 專題2 功和能 2.1 功、功率和動(dòng)能定理(含解析)

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1、2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 題能演練 專題2 功和能 2.1 功、功率和動(dòng)能定理(含解析)1(xx北京理綜)如圖所示,彈簧的一端固定,另一端連接一個(gè)物塊,彈簧質(zhì)量不計(jì)物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))的質(zhì)量為m,在水平桌面上沿x軸運(yùn)動(dòng),與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為.以彈簧原長(zhǎng)時(shí)物塊的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O,當(dāng)彈簧的伸長(zhǎng)量為x時(shí),物塊所受彈簧彈力大小為Fkx,k為常量(1)請(qǐng)畫出F隨x變化的示意圖;并根據(jù)Fx圖象求物塊沿x軸從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到位置x的過程中彈力所做的功(2)物塊由x1向右運(yùn)動(dòng)到x3,然后由x3返回到x2,在這個(gè)過程中,a求彈力所做的功,并據(jù)此求彈性勢(shì)能的變化量;b求滑動(dòng)摩擦力所做的功,并與彈力做功比較,說明為什么

2、不存在與摩擦力對(duì)應(yīng)的“摩擦力勢(shì)能”的概念答案:(1)見解析圖kx2(2)a.kxkxkxkxbmg(2x3x1x2)見解析解析:(1)Fx圖象如圖所示物塊沿x軸從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到位置x的過程中,彈力做負(fù)功;Fx圖線下的面積等于彈力做功大小彈力做功WTkxxkx2.(2)a.物塊由x1向右運(yùn)動(dòng)到x3的過程中,彈力做功WT1(kx1kx3)(x3x1)kxkx物塊由x3向左運(yùn)動(dòng)到x2的過程中,彈力做功WT2(kx2kx3)(x3x2)kxkx整個(gè)過程中,彈力做功WTWT1WT2kxkx彈性勢(shì)能的變化量EpWTkxkxb整個(gè)過程中,摩擦力做功Wfmg(2x3x1x2)與彈力做功比較,彈力做功與x3無關(guān),即

3、與實(shí)際路徑無關(guān),只與始末位置有關(guān),所以,我們可以定義一個(gè)由物體之間的相互作用力(彈力)和相對(duì)位置決定的能量彈性勢(shì)能而摩擦力做功與x3有關(guān),即與實(shí)際路徑有關(guān),所以,不可以定義與摩擦力對(duì)應(yīng)的“摩擦力勢(shì)能”2.(xx江蘇單科) 一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置如圖所示,四根輕桿OA、OC、AB和CB與兩小球及一小環(huán)通過鉸鏈連接,輕桿長(zhǎng)均為l,球和環(huán)的質(zhì)量均為m,O端固定在豎直的輕質(zhì)轉(zhuǎn)軸上套在轉(zhuǎn)軸上的輕質(zhì)彈簧連接在O與小環(huán)之間,原長(zhǎng)為L(zhǎng).裝置靜止時(shí),彈簧長(zhǎng)為L(zhǎng).轉(zhuǎn)動(dòng)該裝置并緩慢增大轉(zhuǎn)速,小環(huán)緩慢上升彈簧始終在彈性限度內(nèi),忽略一切摩擦和空氣阻力,重力加速度為g.求:(1)彈簧的勁度系數(shù)k;(2)AB桿中彈力為零時(shí),裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的

4、角速度0;(3)彈簧長(zhǎng)度從L緩慢縮短為L(zhǎng)的過程中,外界對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置所做的功W.答案:(1)(2) (3)mgL解析:(1)裝置靜止時(shí),設(shè)OA、AB桿中的彈力分別為F1、T1,OA桿與轉(zhuǎn)軸的夾角為1.小環(huán)受到彈簧的彈力F彈1k小環(huán)受力平衡,F(xiàn)彈1mg2T1cos 1小球受力平衡,F(xiàn)1cos 1T1cos 1mgF1sin 1T1sin 1解得k.(2)設(shè)OA、AB桿中的彈力分別為F2、T2,OA桿與轉(zhuǎn)軸的夾角為2,彈簧長(zhǎng)度為x.小環(huán)受到彈簧的彈力F彈2k(xL)小環(huán)受力平衡,F(xiàn)彈2mg,得xL對(duì)小球,F(xiàn)2cos 2mgF2sin 2mlsin 2且cos 2解得0 .(3)彈簧長(zhǎng)度為L(zhǎng)時(shí),設(shè)OA、

5、AB桿中的彈力分別為F3、T3,OA桿與彈簧的夾角為3.小環(huán)受到彈簧的彈力F彈3kL小環(huán)受力平衡,2T3cos 3mgF彈3,且cos 3對(duì)小球,F(xiàn)3cos 3T3cos 3mgF3sin 3T3sin 3mlsin 3解得3 整個(gè)過程彈簧彈性勢(shì)能變化為零,則彈力做的功為零,由動(dòng)能定理Wmg2mg2m(3lsin 3)2解得WmgL.規(guī)律探尋1以上題目均以彈簧連接的系統(tǒng)為物理情景,是考查變力做功問題及能量轉(zhuǎn)化問題極好的題材;考查的知識(shí)點(diǎn)有:彈力的計(jì)算,圓周運(yùn)動(dòng)、牛頓第二定律以及動(dòng)能定理的應(yīng)用2彈簧的彈力在彈性限度內(nèi)與長(zhǎng)度成正比,求解彈力做功的問題時(shí)除用動(dòng)能定理外,還可用Wx計(jì)算考題預(yù)測(cè)(多選)

6、如圖所示,勁度系數(shù)為k的輕彈簧的一端固定在墻上,另一端與置于水平面上質(zhì)量為m的物體接觸(未連接),彈簧水平且無形變用水平力F緩慢推動(dòng)物體,在彈性限度內(nèi)彈簧長(zhǎng)度被壓縮了x0,此時(shí)物體靜止撤去F后,物體開始向左運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的最大距離為4x0.物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,重力加速度為g.則()A撤去F后,物體先做勻加速運(yùn)動(dòng),再做勻減速運(yùn)動(dòng)B撤去F后,物體剛運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小為gC物體做勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為2D物體開始向左運(yùn)動(dòng)到速度最大的過程中克服摩擦力做的功為mg答案:BD解析:撤去F后,在物體離開彈簧的過程中,彈簧彈力是變力,物體先做變加速運(yùn)動(dòng),離開彈簧之后做勻減速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;剛開始時(shí),由kx0mgma可知,選項(xiàng)B正確;物體離開彈簧之后做勻減速運(yùn)動(dòng),減速時(shí)間滿足3x0,a1g,則t,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;速度最大時(shí)合力為零,此時(shí)彈簧彈力Fmgkx,x,所以物體開始向左運(yùn)動(dòng)到速度最大的過程中克服摩擦力做的功為Wfmg(x0x)mg,選項(xiàng)D正確

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