2022-2023年高考物理二轮复习 第1篇专题5考向5动能定理和功能关系的应用课件

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(多选)从地面竖直向上抛出一物体,其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和。取地面为重力势能零点,该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。由图中数据可得(　　)A.物体的质量为2 kgB.h=0时,物体的速率为20 m/sC.h=2 m时,物体的动能Ek=40 JD.从地面至h=4 m,物体的动能减少100 J
　A、D　由Ep=mgh知Ep-h图象的斜率为mg,故mg= =20 N,解得m=2 kg,故A正确;h=0时,Ep=0,Ek=E总-Ep=100 J-0=100 J,故 mv2=100 J,解得:v=10 m/s,故B错误;h=2 m时,Ep=40 J,Ek= E总-Ep=90 J-40 J=50 J,故C错误;h=0时,Ek=E总-Ep=100 J-0=100 J,h=4 m时,Ek′=E总-Ep=80 J-80 J=0,故Ek- Ek′=100 J,故D正确。
【真题解码】(1)审题破题眼: (2)情境化模型:上升过程:　　　　　　　　　　　下降过程:
(3)命题陷阱点:陷阱1:分析不出上升和下降过程中阻力方向发生变化。陷阱2:混淆各力做功的正负。陷阱3:不知道机械能的变化等于阻力做功。
【核心必备】动能定理公式中体现的“三个关系”(1)数量关系:即合力所做的功与物体动能的变化具有等量代换关系。可以通过计算物体动能的变化,求合力做的功,进而求得某一力做的功。(2)单位关系:等式两侧物理量的国际单位都是焦耳。(3)因果关系:合力的功是引起物体动能变化的原因。
【考场秘技】1.应用动能定理求解的思路和步骤
2.与能量有关的力学综合题的解决方法(1)常见的与能量有关的力学综合题有单一物体多过程和多个物体多过程两大类型。(2)联系前后两个过程的关键物理量是速度,前一个过程的末速度是后一个过程的初速度。(3)当涉及功、能和位移时,一般选用动能定理、机械能守恒定律或能量守恒定律,题目中出现相对位移时,应优先选择能量守恒定律。
1.(动能定理和动量定理)(多选)一场别开生面的节能车竞赛在平直的水平测试道上进行,40支车队以各家独门绝技挑战1升汽油行驶里程的最高纪录。某公司研制开发的某型号小汽车发动机的额定功率为24 kW,汽车连同驾乘人员总质量为m=2 000 kg,在水平路面上行驶时受到恒定的阻力是800 N。小汽车以额定功率由静止开始运动直到冲线,取得1升汽油行驶30公里的最好成绩。则下列判断正确的是(　　)A.小汽车行驶的最大速度为30 m/sB.小汽车行驶速度为20 m/s时加速度为1 m/s2C.小汽车行驶30公里用时1 037.5 sD.小汽车行驶30公里的过程中牵引力的冲量为8.9×105 N·s
1.A、C、D　当小汽车以最大速度匀速行驶时,牵引力F等于阻力Ff,由功率公式可得vm= =30 m/s,选项A正确;由牛顿第二定律 -Ff=ma,代入速度解得a=0.2 m/s2,选项B错误;根据动能定理有Pt-Ff·s= -0,解得t=1 037.5 s,选项C正确;由动量定理有IF-Fft=mvm-0,解得IF=8.9×105 N·s,选项D正确。
2.(动能定理和功能关系)(多选)图为网上热卖的弹力软轴乒乓球训练器,弹力轴上端固定一乒乓球,下端固定在吸盘上。开始时弹力轴竖直,乒乓球处于静止状态,且到水平地面的距离为h。现让一小孩快速挥拍水平击球,乒乓球恰好能触到地面(此时球的速度为0)。已知小孩击球过程中球拍对乒乓球做功为W,乒乓球的质量为m,不计空气阻力,弹力轴不弯曲时的弹性势能为零,重力加速度为g,则(　　)A.乒乓球触地时弹力轴的弹性势能为W+mghB.乒乓球触地时弹力轴的弹性势能为W-mghC.乒乓球返回到初始位置时速度大小为 D.乒乓球返回到初始位置时速度大小为2
2.A、C　从小孩击球到乒乓球触地的过程,根据动能定理得W+mgh-W弹=0,得W弹=W+mgh,则乒乓球触地时弹力轴的弹性势能为Ep=W弹=W+mgh,故A正确,B错误;对于乒乓球返回过程,根据动能定理得W弹-mgh= mv2-0,解得乒乓球返回到初始位置时速度大小为v= ,故C正确,D错误。
3.(动能定理和机械能守恒)(多选)如图所示,竖直平面内的两个半圆轨道在B点平滑相接,两个半圆的圆心O1、O2在同一水平线上,粗糙的小半圆半径为R,光滑的大半圆的半径为2R;一质量为m的滑块(可视为质点)从大半圆的一端A点以一定的初速度向上沿着半圆内壁运动,且刚好能通过大半圆的最高点,最后滑块从小半圆的左端冲出轨道,刚好能到达大半圆的最高点,已知重力加速度为g,则(　　)A.滑块在A点的初速度为 B.滑块在A点对半圆轨道的压力为6mgC.滑块第一次通过小半圆过程克服摩擦力做的功为mgRD.增大滑块在A点的初速度,则滑块通过小半圆克服摩擦力做的功不变
3.A、C　由于滑块恰好能通过大半圆的最高点,重力提供向心力,即mg= ,解得:v= ,以AB面为参考面,根据机械能守恒定律可得: =2mgR+ m( )2,求得vA= ,故A正确;滑块在A点受到大半圆轨道的支持力为:F= =3mg,由牛顿第三定律可知,滑块在A点对半圆轨道的压力为3mg,故B错误;设滑块在O1点的速度为v1,则:v1= ,在小半圆中运动的过程中,根据动能定理得Wf= =mgR,故C正确;增大滑块在A点的初速度,则滑块在小的半圆中各个位置速度都增大,滑块对小半圆轨道的平均压力增大,因此克服摩擦力做的功增多,故D错误。
【提分组越过重本线】1.水力采煤是利用高速水流冲击煤层而进行的,煤层受到3.6×106 N/m2的压强冲击即可破碎,若水流沿水平方向冲击煤层,不考虑水的反向溅射作用,则冲击煤层的水流速度至少应为(水的密度为1×103 kg/m3)(　　)A.30 m/s　　　　　　　B.40 m/sC.45 m/s　　D.60 m/s
1.D　建立如图所示模型,设水流形成的水柱面积为S,由动量定理得F·Δt=0-ρSv0Δt·(-v0),可得压强:p= ,故冲击煤层的水流速度至少应为v0= =60 m/s。
2.人们对手机的依赖性越来越强,有些人喜欢躺着看手机,经常出现手机砸伤眼睛的情况。若手机质量为120 g,从离人眼约20 cm的高度无初速度掉落,砸到眼睛后手机未反弹,眼睛受到手机的冲击时间约为0.2 s,取重力加速度g=10 m/s2;下列分析正确的是(　　)A.手机与眼睛作用过程中手机动量变化约为0.48 kg·m/sB.手机对眼睛的冲量大小约为0.48 N·s C.手机对眼睛的冲量方向竖直向上D.手机对眼睛的作用力大小约为0.24 N
2.B　根据自由落体运动公式v= =2 m/s,选取向上为正方向,手机与眼睛作用后手机的速度变成0,所以手机与眼睛作用过程中动量变化为Δp=0-(-mv)=0.12×2 kg·m/s=0.24 kg·m/s,故A错误;手机与眼接触的过程中受到重力与眼睛的作用力,选取向上为正方向,则:Iy-mgt=Δp,代入数据可得:Iy=0.48 N·s,手机对眼睛的作用力与眼睛对手机的作用力大小相等,方向相反,作用的时间相等,所以手机对眼睛的冲量大小约为0.48 N·s,方向竖直向下,故B正确,C错误;由冲量的定义:Iy=Ft,代入数据可得:F= N=2.4 N,故D错误。
3.(多选)某同学做了一个趣味实验,如图所示,有两个弹性小球A、B重叠放置,质量分别为m1、m2,两球球心在同一竖直线上。现让它们在距水平地面高h处由静止释放,落地时认为小球B先与地面碰撞,再与小球A碰撞,小球A碰后能上升的最大高度为H。所有的碰撞都是弹性碰撞,碰撞时间忽略不计,碰撞前后两小球都在竖直方向运动,两小球均可视为质点,不计空气阻力。下列说法正确的是(　　)A.若m2=3m1,则H=4hB.若m2=3m1,则H=9hC.若m2≫m1,则近似有H=9hD.若m2≫m1,则近似有H=16h
3.A、C　A、B下降过程为自由落体运动,由匀变速直线运动的速度位移公式得:v2=2gh,解得B触地时两球速度相同,大小为v= ,B与地碰撞之后,速度瞬间反向,大小不变,A与B碰撞前后A、B组成的系统动量守恒,设碰后A、B速度大小分别为v1、v2,选方向向上为正方向,m2v-m1v=m1v1+m2v2, (m1+m2)v2= + ,解得v1= ,若m2=3m1,解得v1=2 ,小球A上升的最大高度为H= =4h,A正确,B错误;若m2≫m1,则v1≈3v,则近似有H= =9h,C正确,D错误。
4.(多选)过山车是一项富有刺激性的娱乐工具,过山车的运动包含了许多物理学原理。如图所示为过山车的大回环轨道的结构图,一质量为m=40 kg的车厢(可视为质点)从高H=12 m处的A点由静止沿光滑轨道AB滑下,进入半径为r=4 m的竖直圆轨道,车厢与圆轨道的动摩擦因数处处相同,当到达圆轨道的顶点C时,车厢对圆轨道的压力恰好为零。之后车厢继续沿CFB滑下,进入光滑轨道BD,且上升高度为h时速度为零,则下列说法正确的是(g取10 m/s2)(　　)A.车厢在圆轨道最高点时的速度为2 m/sB.车厢在圆轨道最高点时的速度为 m/sC.h的值可能为8.0 mD.h的值可能为8.5 m
4.A、D　在最高点C,车厢对圆环轨道的压力恰好为0,根据牛顿第二定律可得mg= ,解得vC=2 m/s,即车厢在圆轨道最高点时的速度为2 m/s,故B错误,A正确;在ABEC过程中,根据动能定理可得mg(H-2r)-W1= ,解得W1=800 J,故在BEC过程中克服摩擦力做的功为800 J,设CFB过程克服摩擦力做的功为W2,因该过程车厢与轨道的平均压力小于BEC过程,则摩擦力也小于BEC过程的摩擦力,则有0