(全國(guó)通用)2018年高考物理二輪復(fù)習(xí)全冊(cè)學(xué)案(打包15套).zip,全國(guó),通用,2018,年高,物理,二輪,復(fù)習(xí),全冊(cè)學(xué)案,打包,15
第1講 動(dòng)量觀點(diǎn)與能量觀點(diǎn)在力學(xué)中的應(yīng)用
知識(shí)必備
1.常見(jiàn)的功能關(guān)系
(1)合力做功與動(dòng)能的關(guān)系:W合=ΔEk。
(2)重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系:WG=-ΔEp。
(3)彈力做功與彈性勢(shì)能的關(guān)系:W彈=-ΔEp。
(4)除重力以外其他力做功與機(jī)械能的關(guān)系:W其他=ΔE機(jī)。
(5)滑動(dòng)摩擦力做功與內(nèi)能的關(guān)系:Ff x相對(duì)=ΔE內(nèi)。
2.機(jī)械能守恒定律
(1)條件:只有重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力做功。
(2)表達(dá)式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2。
3.動(dòng)能定理
(1)內(nèi)容:合外力做的功等于動(dòng)能的變化。
(2)表達(dá)式:W=mv-mv
4.動(dòng)量定理及動(dòng)量守恒定律
(1)動(dòng)量定理:Ft=mv2-mv1
(2)動(dòng)量守恒定律:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
(3)
備考策略
1.復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)理清運(yùn)動(dòng)中功與能的轉(zhuǎn)化與量度的關(guān)系,結(jié)合受力分析、運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析,熟練地應(yīng)用動(dòng)量定理和動(dòng)能定理解決問(wèn)題。
2.深刻理解功能關(guān)系,綜合應(yīng)用動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律,結(jié)合動(dòng)力學(xué)方程解決多運(yùn)動(dòng)過(guò)程的問(wèn)題。
3.必須領(lǐng)會(huì)的“1種物理思想和3種方法”
(1)守恒的思想。
(2)守恒法、轉(zhuǎn)化法、轉(zhuǎn)移法。
4.必須辨明的“3個(gè)易錯(cuò)易混點(diǎn)”
(1)動(dòng)量和動(dòng)能是兩個(gè)和速度有關(guān)的不同概念。
(2)系統(tǒng)的動(dòng)量和機(jī)械能不一定同時(shí)守恒。
(3)不是所有的碰撞都滿(mǎn)足機(jī)械能守恒。
力學(xué)中的幾個(gè)功能關(guān)系的應(yīng)用
【真題示例1】 (2017·全國(guó)卷Ⅲ,16)如圖1,一質(zhì)量為m、長(zhǎng)度為l的均勻柔軟細(xì)繩PQ豎直懸掛。用外力將繩的下端Q緩慢地豎直向上拉起至M點(diǎn),M點(diǎn)與繩的上端P相距l(xiāng)。重力加速度大小為g。在此過(guò)程中,外力做的功為( )
圖1
A.mgl B.mgl
C.mgl D.mgl
解析 由題意可知,PM段細(xì)繩的機(jī)械能不變,MQ段細(xì)繩的重心升高了,則重力勢(shì)能增加ΔEp=mg·=mgl,由功能關(guān)系可知,在此過(guò)程中,外力做的功為W=mgl ,故選項(xiàng)A正確,B、C、 D錯(cuò)誤。
答案 A
【真題示例2】 (2017·全國(guó)卷Ⅰ,24)一質(zhì)量為8.00×104 kg的太空飛船從其飛行軌道返回地面。飛船在離地面高度1.60×105 m 處以7.5×103 m/s的速度進(jìn)入大氣層,逐漸減慢至速度為100 m/s時(shí)下落到地面。取地面為重力勢(shì)能零點(diǎn),在飛船下落過(guò)程中,重力加速度可視為常量,大小取為9.8 m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。
(1)分別求出該飛船著地前瞬間的機(jī)械能和它進(jìn)入大氣層時(shí)的機(jī)械能;
(2)求飛船從離地面高度600 m處至著地前瞬間的過(guò)程中克服阻力所做的功,已知飛船在該處的速度大小是其進(jìn)入大氣層時(shí)速度大小的2.0%。
解析 (1)飛船著地前瞬間的機(jī)械能為
Ek0=mv①
式中,m和v0分別是飛船的質(zhì)量和著地前瞬間的速率。由①式和題給數(shù)據(jù)得
Ek0=4.0×108 J②
設(shè)地面附近的重力加速度大小為g,飛船進(jìn)入大氣層時(shí)的機(jī)械能為
Eh=mv+mgh③
式中,vh是飛船在高度1.6×105 m處的速度大小。由③式和題給數(shù)據(jù)得
Eh=2.4×1012 J④
(2)飛船在高度h′=600 m處的機(jī)械能為
Eh′=m(vh)2+mgh′⑤
由功能原理得
W=Eh′-Ek0⑥
式中,W是飛船從高度600 m處至著地瞬間的過(guò)程中克服阻力所做的功。
由②⑤⑥式和題給數(shù)據(jù)得W= 9.7×108 J⑦
答案 (1)(1)4.0×108 J 2.4×1012 J (2)9.7×108 J
真題感悟
1.高考考查特點(diǎn)
(1)本考點(diǎn)高考命題既有選擇題也有計(jì)算題,集中在物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒及物體間的做功特點(diǎn)、力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,并結(jié)合平拋、圓周運(yùn)動(dòng)等典型運(yùn)動(dòng)及生活科技為背景綜合考查。
(2)熟悉掌握并靈活應(yīng)用機(jī)械能的守恒條件、力學(xué)中的功能關(guān)系、常見(jiàn)典型運(yùn)動(dòng)形式的特點(diǎn)及規(guī)律是突破該考點(diǎn)的關(guān)鍵。
2.常見(jiàn)誤區(qū)及臨考提醒
(1)注意判斷物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的臨界狀態(tài)和隱含條件。
(2)注意物理方法的靈活選用。如全國(guó)卷Ⅲ第16題的等效法(重心)。
(3)注意提高計(jì)算能力。如全國(guó)卷Ⅰ第24題,試題情境難度不大,但增加了計(jì)算的難度。
預(yù)測(cè)1
功、功率的理解與計(jì)算
預(yù)測(cè)2
機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用
預(yù)測(cè)3
功能關(guān)系、能量轉(zhuǎn)化守恒定律的綜合應(yīng)用
1.(2017·濰坊模擬)質(zhì)量為m=2 kg的物體沿水平面向右做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),t=0時(shí)刻受到一個(gè)水平向左的恒力F,如圖2甲所示,此后物體的v-t圖象如圖乙所示,取水平向右為正方向,g取10 m/s2,則( )
圖2
A.物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5
B.10 s末恒力F的瞬時(shí)功率為6 W
C.10 s末物體在計(jì)時(shí)起點(diǎn)左側(cè)4 m處
D.0~10 s內(nèi)恒力F做功的平均功率為0.6 W
解析 由圖線(xiàn)可知0~4 s內(nèi)的加速度大小a1= m/s2=2 m/s2,可得F+μmg=ma1;由圖線(xiàn)可知4~1 0 s內(nèi)的加速度大小a2= m/s2=1 m/s2,可得F-μmg=ma2;解得F=3 N,μ=0.05,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;10 s末恒力F的瞬時(shí)功率為P10=Fv10=3×6 W=18 W,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;0~4 s內(nèi)的位移x1=× 4×8 m=16 m,4~10 s內(nèi)的位移x2=-×6×6 m=-18 m,故10 s末物體在計(jì)時(shí)起點(diǎn)左側(cè)2 m 處,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;0~10 s內(nèi)恒力F做功的平均功率為P== W=0.6 W,選項(xiàng)D正確。
答案 D
2.(多選)如圖3,直立彈射裝置的輕質(zhì)彈簧頂端原來(lái)在O點(diǎn),O與管口P的距離為2x0,現(xiàn)將一個(gè)重力為mg的鋼珠置于彈簧頂端,再把彈簧壓縮至M點(diǎn),壓縮量為x0,釋放彈簧后鋼珠被彈出,鋼珠運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為4mgx0,不計(jì)一切阻力,下列說(shuō)法正確的是( )
圖3
A.彈射過(guò)程,彈簧和鋼珠組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒
B.彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí),彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為鋼珠的動(dòng)能
C.鋼珠彈射所到達(dá)的最高點(diǎn)距管口P的距離為7x0
D.彈簧被壓縮至M點(diǎn)時(shí)的彈性勢(shì)能為7mgx0
解析 彈射過(guò)程中,對(duì)彈簧和鋼珠組成的系統(tǒng)而言,只受重力作用,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒,A正確;彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí),鋼珠的動(dòng)能和勢(shì)能都增加,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;鋼珠運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí),鋼珠的動(dòng)能增加到4mgx0,且豎直方向上鋼珠位置升高了3x0,即重力勢(shì)能增加量ΔEp=3mgx0,故彈簧被壓縮至M點(diǎn)時(shí)的彈性勢(shì)能為E=4mgx0+3mgx0=7mgx0,D正確;鋼珠到達(dá)管口P點(diǎn)時(shí)動(dòng)能為4mgx0,當(dāng)鋼珠達(dá)到最大高度時(shí),動(dòng)能為0,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能,則上升的最高點(diǎn)與管口的距離h滿(mǎn)足mgh=4mgx0,故上升的最高點(diǎn)與管口的距離h=4x0,C錯(cuò)誤。
答案 AD
3.(名師改編)如圖4所示,質(zhì)量mB=3.5 kg的物體B通過(guò)下端固定在地面上的輕彈簧與地面連接,彈簧的勁度系數(shù)k=100 N/m。輕繩一端與物體B連接,另一端繞過(guò)兩個(gè)光滑的輕質(zhì)小定滑輪O1、O2后,與套在光滑直桿頂端E處的質(zhì)量mA=1.6 kg 的小球A連接。已知直桿固定不動(dòng),桿長(zhǎng)L為0.8 m,且與水平面的夾角θ=37°。初始時(shí)使小球A靜止不動(dòng),與A相連的一段繩子保持水平,此時(shí)繩子中的張力F為45 N。已知EO1=0.5 m,重力加速度g取10 m/s2,繩子不可伸長(zhǎng)。現(xiàn)將小球A從靜止釋放。
圖4
(1)求在釋放小球A之前彈簧的形變量;
(2)若直線(xiàn)CO1與桿垂直,求小球A從靜止運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中繩子拉力對(duì)小球A所做的功;
(3)求小球A運(yùn)動(dòng)到直桿底端D點(diǎn)時(shí)的速度大小。
解析 (1)釋放小球A前,B處于靜止?fàn)顟B(tài),由于繩子中的張力大于物體B的重力,故彈簧被拉伸,設(shè)彈簧形變量為x,有kx=F-mBg,解得x=0.1 m。
(2)對(duì)A球從E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理得
W+mAgh=mAv-0①
其中h=xC O1cos 37°,而xC O1=xE O1sin 37°=0.3 m
物體B下降的高度h′=xE O1-xC O1=0.2 m②
由此可知,彈簧這時(shí)被壓縮了0.1 m,此時(shí)彈簧彈性勢(shì)能與初始時(shí)刻相等,A、B和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,有mAgh+mBgh′=mAv+mBv③
由題意知,小球A在C點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)方向與繩垂直,此時(shí)B物體速度vB=0④
由①②③④得W=7 J。
(3)由題意知,桿長(zhǎng)L=0.8 m,由幾何知識(shí)可知EC=CD,∠CDO1=∠CEO1=37°,故DO1=EO1
當(dāng)A到達(dá)D點(diǎn)時(shí),彈簧彈性勢(shì)能與初狀態(tài)相等,物體B又回到原位置,將A在D點(diǎn)的速度沿平行于繩和垂直于繩兩方向進(jìn)行分解,平行于繩方向的速度即B的速度,由幾何關(guān)系得
vB′=vA′cos 37°⑤
整個(gè)過(guò)程機(jī)械能守恒,可得
mAgLsin 37°=mAvA′2+mBvB′2⑥
由⑤⑥得vA′=2 m/s。
答案 (1)0.1 m (2)7 J (3)2 m/s
歸納總結(jié)
解決功能關(guān)系問(wèn)題應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題
(1)分析清楚是什么力做功,并且清楚該力做正功,還是做負(fù)功;根據(jù)功能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,判定能的轉(zhuǎn)化形式,確定能量之間的轉(zhuǎn)化情況。
(2)也可以根據(jù)能量之間的轉(zhuǎn)化情況,確定是什么力做功,尤其是可以方便計(jì)算變力做功的多少。
(3)功能關(guān)系反映了做功和能量轉(zhuǎn)化之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,功是能量轉(zhuǎn)化的量度和原因,在不同問(wèn)題中的具體表現(xiàn)不同。
動(dòng)量定理和動(dòng)能定理的應(yīng)用
【真題示例1】 (多選)(2017·全國(guó)卷Ⅲ,20)一質(zhì)量為2 kg的物塊在合外力F的作用下從靜止開(kāi)始沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。F隨時(shí)間t變化的圖線(xiàn)如圖5所示,則( )
圖5
A.t=1 s時(shí)物塊的速率為1 m/s
B.t=2 s時(shí)物塊的動(dòng)量大小為4 kg·m/s
C.t=3 s時(shí)物塊的動(dòng)量大小為5 kg·m/s
D.t=4 s時(shí)物塊的速度為零
解析 由動(dòng)量定理可得Ft=mv,解得v=。t=1 s時(shí)物塊的速率為v== m/s=1 m/s,故A正確;t=2 s時(shí)物塊的動(dòng)量大小p2=F2t2=2×2 kg·m/s=4 kg·m/s,t=3 s時(shí)物塊的動(dòng)量大小為p3=(2×2-1×1) kg·m/s=3 kg·m/s,t=4 s 時(shí)物塊的動(dòng)量大小為p4=(2×2-1×2) kg·m/s=2 kg·m/s,所以t=4 s時(shí)物塊的速度為1 m/s,故B正確,C、D錯(cuò)誤。
答案 AB
【真題示例2】 (2017·全國(guó)卷Ⅱ,24)為提高冰球運(yùn)動(dòng)員的加速能力,教練員在冰面上與起跑線(xiàn)相距s0和s1(s1
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