2022年高三物理一輪復(fù)習(xí) 功和能學(xué)案
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1、2022年高三物理一輪復(fù)習(xí) 功和能學(xué)案 【復(fù)習(xí)指導(dǎo)】 一、知識(shí)特點(diǎn) 1.功、功率、重力勢能、彈性勢能、機(jī)械能等概念抽象、應(yīng)用廣泛、基礎(chǔ)性強(qiáng). 2.動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、功能關(guān)系在高考中是必考內(nèi)容.這部分知識(shí)常與力學(xué)中的其他內(nèi)容及電磁學(xué)結(jié)合在一起綜合考查.涉及本章內(nèi)容的試題題型全、難度大、份量重、地位重要,是高考的熱點(diǎn). 二、復(fù)習(xí)方法及重點(diǎn)難點(diǎn)突破 1.復(fù)習(xí)方法 (1)針對(duì)本章的知識(shí)特點(diǎn),復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)注意深刻理解、準(zhǔn)確把握功、功率、動(dòng)能、重力勢能、彈性勢能等重要概念及相關(guān)物理量的計(jì)算,對(duì)功的計(jì)算,要注意從恒力做功、變力做功及功能關(guān)系、動(dòng)能定理等角度進(jìn)
2、行訓(xùn)練,使學(xué)生進(jìn)一步明確“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”的內(nèi)涵. (2)動(dòng)能定理的復(fù)習(xí)首先使學(xué)生明確其物理意義及應(yīng)用步驟,強(qiáng)調(diào)必須是物體受到的所有力做功的總和才等于物體動(dòng)能的變化量,其次要重視對(duì)物理過程的分析,特別是對(duì)復(fù)雜過程整體運(yùn)用動(dòng)能定理. (3)對(duì)機(jī)械能守恒的條件,要從受力角度和做功角度兩個(gè)方面講解;對(duì)機(jī)械能守恒定律的幾種表達(dá)形式,可通過一道例題進(jìn)行比較講解,使學(xué)生理解幾種形式的實(shí)質(zhì)是相同的.零勢能參考面的選取是否合適直接關(guān)系到列式的繁簡,這是應(yīng)該注意的問題. 2.重點(diǎn)難點(diǎn)突破方法 (1)變力做功問題,機(jī)車啟動(dòng)過程分析問題,應(yīng)用動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、能量守恒定律,對(duì)多物
3、體多過程問題的分析和計(jì)算,是本章的重點(diǎn)和難點(diǎn). (2)變力做功問題,通過分類講練、等效變換、化變?yōu)楹氵M(jìn)行突破.機(jī)車啟動(dòng)問題重在過程分析,結(jié)合過程分析流程圖和 v-t圖象更直觀更形象. (3)對(duì)于過程復(fù)雜、難度較大的問題,合理地把全過程分成若干階段,正確分析各階段的受力情況、遵循的物理規(guī)律及各階段間的聯(lián)系,特別是每個(gè)過程的始末狀態(tài)及物理過程中加速度、速度、能量的變化情況,分析過程中畫好示意圖,在圖上標(biāo)明必要的物理量,然后靈活運(yùn)用動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律或其他力學(xué)知識(shí)列式計(jì)算. (4)復(fù)習(xí)時(shí)要加大與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)的合成與分解、圓周運(yùn)動(dòng)、電磁學(xué)等核心內(nèi)容的綜合訓(xùn)練,熟練地應(yīng)用能
4、量的觀點(diǎn)求解各種問題. 【考點(diǎn)提升訓(xùn)練】 (40分鐘 100分) 一、選擇題(本大題共9小題,每小題7分,共63分.每小題至少一個(gè)答案正確,選不全得4分) 1.如圖所示,a、b兩小球靜止在同一條豎直線上,離地面足夠高,b球質(zhì)量大于a球質(zhì)量.兩球間用一條細(xì)線連接,開始線處于松弛狀態(tài).現(xiàn)同時(shí)釋放兩球,球運(yùn)動(dòng)過程中所受的空氣阻力忽略不計(jì).下列說法正確的是( ) .下落過程中兩球間的距離保持不變 B.下落后兩球間距離逐漸增大,一直到細(xì)線張緊為止 C.下落過程中,a、b兩球都處于失重狀態(tài) D.整個(gè)下落過程中,系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 2.如圖所示,電梯與水平地面成θ角,一人站在電梯上,電
5、梯從靜止開始勻加速上升,到達(dá)一定速度后再勻速上升.若以FN表示水平梯板對(duì)人的支持力,G為人受到的重力,F(xiàn)f為電梯對(duì)人的靜摩擦力,則下列結(jié)論正確的是( ) .加速過程中Ff≠0,F(xiàn)f、FN、G都做功 B.加速過程中Ff≠0,F(xiàn)N不做功 C.加速過程中Ff=0,F(xiàn)N、G都做功 D.勻速過程中Ff=0,F(xiàn)N、G都不做功 3.一只蘋果從樓上某一高度自由下落,蘋果在空中依次經(jīng)過三個(gè)完全相同的窗戶1、2、3.圖中直線為蘋果在空中的運(yùn)動(dòng)軌跡.若不計(jì)空氣阻力的影響,以下說法正確的是( ) .蘋果通過第3個(gè)窗戶所用的時(shí)間最長 B.蘋果通過第1個(gè)窗戶的平均速度最大 C.蘋果通過第3個(gè)窗
6、戶重力做的功最大 D.蘋果通過第1個(gè)窗戶重力的平均功率最小 4.放在水平地面上的一物體,受到方向不變的水平推力F的作用,力F與時(shí)間t的關(guān)系和物體速度v與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示,則下列說法正確的是() ( ) .物體與地面間的摩擦因數(shù)為0.2 B.物體與地面間的摩擦因數(shù)為0.4 C.9 s內(nèi),力F做的功是126 J D.3~6 s和6~9 s兩段時(shí)間內(nèi)摩擦力的平均功率相等 5.如圖所示,木板質(zhì)量為M,長度為L,小木塊的質(zhì)量為m,水平地面光滑,一根不計(jì)質(zhì)量的輕繩通過定滑輪分別與M和m連接,小木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.開始時(shí)木塊靜止在木板左端,現(xiàn)用水平向右的力將m拉至右端
7、,拉力至少做功為( ) .μmgL B.2μmgL C. D.μ(M+m)gL 6.如圖所示,一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)在半徑為R的半球形容器中(容器固定)由靜止開始自邊緣上的點(diǎn)滑下,到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí),它對(duì)容器的正壓力為FN.重力加速度為g,則質(zhì)點(diǎn)自滑到B的過程中,摩擦力對(duì)其所做的功為( ) . R(FN-3mg) B. R(3mg-FN) C. R(FN-mg) D. R(FN-2mg) 7.(新課標(biāo)全國卷)一蹦極運(yùn)動(dòng)員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺(tái)下落,到最低點(diǎn)時(shí)距水面還有數(shù)米距離.假定空氣阻力可忽略,運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn),
8、下列說法正確的是( ) .運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)前重力勢能始終減小 B.蹦極繩張緊后的下落過程中,彈性力做負(fù)功,彈性勢能增加 C.蹦極過程中,運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 D.蹦極過程中,重力勢能的改變與重力勢能零點(diǎn)的選取有關(guān) 8.(xx·昆明模擬)長木板放在光滑的水平面上,質(zhì)量為m=2 kg的另一物體B以水平速度v0=2 m/s滑上原來靜止的長木板的表面,由于、B間存在摩擦,之后、B速度隨時(shí)間變化情況如圖所示,則下列說法正確的是( ) .木板獲得的動(dòng)能為2 J B.系統(tǒng)損失的機(jī)械能為2 J C.木板的最小長度為1 m D.、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1 9
9、.(xx·煙臺(tái)模擬)如圖所示,物體和B的質(zhì)量均為m,它們通過一勁度系數(shù)為k的輕彈簧相連,開始時(shí)B放在地面上,、B都處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)用手通過細(xì)繩緩慢地將向上提升距離L1時(shí),B剛要離開地面,此過程手做功為W1;若將加速向上提起,上升的距離為L2時(shí),B剛要離開地面,此時(shí)的速度為v,此過程手做功為W2,彈簧一直處于彈性限度內(nèi),則( ) . B.W2>W1 C.W1>mgL1 D. 二、實(shí)驗(yàn)題(7分) 10.某同學(xué)為探究“恒力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn),他的操作步驟是: ①組裝好實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示. ②將質(zhì)量為200 g的小車?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器
10、附近,并按住小車. ③在質(zhì)量為10 g、20 g、50 g的三種鉤碼中,他挑選了一個(gè)質(zhì)量為50 g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上. ④釋放小車,打開電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,打出一條紙帶. (1)在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條.經(jīng)測量、計(jì)算,得到如下數(shù)據(jù)(g取9.8 m/s2): ①第一個(gè)點(diǎn)到第N個(gè)點(diǎn)的距離為40.0 cm. ②打下第N點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為1.00 m/s. 該同學(xué)將鉤碼的重力當(dāng)做小車所受的拉力,算出拉力對(duì)小車做的功為_______J,小車動(dòng)能的增量為_______J. (2)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果,他沒能得到“恒力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的增量”,且誤差很大.
11、顯然,在實(shí)驗(yàn)探究過程中忽視了各種產(chǎn)生誤差的因素.請(qǐng)你根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置和操作過程,幫助他分析一下,造成較大誤差的主要原因是__________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________. 三、計(jì)算題(本大題共2小題,共30分,要有必要的文字說明和解題步
12、驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 11.(xx·內(nèi)江模擬)(15分)如圖所示,兩半徑分別為r1、r2的半圓形鋼管(內(nèi)徑很小)豎直立起,管面光滑.現(xiàn)讓一質(zhì)量為m的小球由地面以某一速度射入管口.小球最終剛好停留在管道的最高點(diǎn).求: (1)入射速度v0; (2)小球通過下面管道的最高點(diǎn)P時(shí)對(duì)管道的壓力,并說明r1、r2滿足什么關(guān)系時(shí),小球是壓上壁還是下壁. 12.(15分)一質(zhì)量為M=2 kg的物塊隨足夠長的水平傳送帶一起運(yùn)動(dòng),被一水平向左飛來的子彈擊中,子彈并從物塊中穿過,如圖甲所示.地面觀察者記錄了物塊被擊中后的速度隨時(shí)間的變化關(guān)系,如圖乙所示(圖中取向右運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?,已知傳送
13、帶的速度保持不變(g取10 m/s2). (1)指出傳送帶的速度v的大小及方向,說明理由; (2)計(jì)算物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù); (3)物塊對(duì)傳送帶總共做了多少功?系統(tǒng)有多少能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能? 答案解析 1.【解析】選、C、D.不計(jì)空氣阻力,同時(shí)釋放兩球后,兩球做自由落體運(yùn)動(dòng),只有重力做功,系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,兩球間距也保持不變,因兩球的加速度均為g,故兩球均處于失重狀態(tài),、C、D均正確,B錯(cuò)誤. 2.【解析】選.加速過程中,水平方向的加速度由摩擦力Ff提供,所以Ff≠0,F(xiàn)f、FN做正功,G做負(fù)功,選項(xiàng)正確,B、C錯(cuò)誤;勻速過程中,水平方向不受靜摩擦力作用,F(xiàn)f=0,F(xiàn)
14、N做正功,G做負(fù)功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 3.【解析】選D.蘋果加速下落,運(yùn)動(dòng)得越來越快,故蘋果通過第3個(gè)窗戶所用的時(shí)間最短,平均速度最大,、B均錯(cuò);窗戶完全相同,所以蘋果通過三個(gè)窗戶重力做的功一樣多,蘋果通過第1個(gè)窗戶用時(shí)最長,重力的平均功率最小,故C錯(cuò),D對(duì). 4.【解析】選B、C.6~9 s內(nèi),物體做勻速運(yùn)動(dòng),摩擦力與推力相等,為4 N,3~6 s內(nèi),物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度為2 m/s2,此時(shí)推力為6 N,由牛頓第二定律可知物體的質(zhì)量,故物體與地面間的摩擦因數(shù),錯(cuò)誤、B正確;9 s內(nèi),力F做功W=F1x1+F2x2=54 J+72 J=126 J,C正確;3~6 s內(nèi)摩擦力的平均功率,
15、6~9 s內(nèi)摩擦力的平均功率P2=Ffv2=24 W,D錯(cuò)誤. 5.【解題指南】思路一:根據(jù)物體的平衡條件先求出F,再分析物體的運(yùn)動(dòng)過程求出木板的對(duì)地位移,最后利用公式W=Fx求解. 思路二:由功能關(guān)系可知F至少做的功等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能. 【解析】選.若使拉力F做功最少,可使拉力F恰勻速拉木塊,容易分析得出F=2μmg(此時(shí)繩子上的拉力等于μmg),而位移為,所以 ,故正確. 6.【解析】選.質(zhì)點(diǎn)到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí),它對(duì)容器的正壓力為FN,根據(jù)牛頓定律有,根據(jù)動(dòng)能定理,質(zhì)點(diǎn)自滑到B的過程中有,故摩擦力對(duì)其所做的功,故正確. 7.【解析】選、B、C.運(yùn)動(dòng)員在下落過程中,重力做正功,重力勢能
16、減小,故正確.蹦極繩張緊后的下落過程中,彈性力向上,位移向下,彈性力做負(fù)功,彈性勢能增加,故B正確.選取運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩為一系統(tǒng),在蹦極過程中,只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功,這個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,故C正確.重力勢能改變的表達(dá)式為ΔEp=mgΔh,由于Δh是絕對(duì)的,與重力勢能零點(diǎn)的選取無關(guān),故D錯(cuò). 【變式備選】如圖所示,托盤質(zhì)量為M,在水平盤面上放置一質(zhì)量為m的物體,托盤固定在彈簧的上端,彈簧的下端固定在地面上.開始時(shí)托盤與物體處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)在用力將托盤與物體從平衡位置下壓高度H后,由靜止釋放,托盤與物體回到開始位置時(shí)所達(dá)到的最大速度為v,則在從釋放到達(dá)到最大速度的過程中,以下說法正確的是
17、( ) .托盤對(duì)物體的支持力所做的功等于 B.物體克服重力做的功等于 C.彈簧的彈力所做的功等于+MgH D.合力對(duì)托盤所做的功等于 【解析】選D.根據(jù)動(dòng)能定理可知,托盤對(duì)物體的支持力做的功和物體重力做的功的代數(shù)和等于,選項(xiàng)、B錯(cuò)誤;對(duì)托盤和物體有:彈力所做的功,對(duì)托盤有:,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,選項(xiàng)D正確. 9.【解析】選B、D.緩慢地將向上提升距離L1時(shí),B剛要離開地面,彈簧由壓縮量為到拉伸量為,彈性勢能不變,,由功能關(guān)系可知,此過程手所做的功等于增加的機(jī)械能,即W1=mgL1;將加速向上提起,上升的距離為L2時(shí),B剛要離開地面,彈簧也是由壓縮量為到拉伸量為,彈性勢能不變,,由功能關(guān)
18、系可知,此過程手所做的功等于增加的機(jī)械能,即.綜上所述,B、D正確. 10.【解析】(1)鉤碼對(duì)小車做的功為: W鉤碼=mgh=0.05×9.8×0.4 J=0.196 J 小車動(dòng)能的增量為 (2)由該同學(xué)計(jì)算的數(shù)據(jù)分析可知:W鉤碼>ΔEk,且誤差很大.該同學(xué)在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)造成較大誤差的原因有:①小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量;②沒有平衡摩擦力;③操作錯(cuò)誤:先釋放小車后接通電源等. 答案:(1)②0.196 0.1 (2)①小車質(zhì)量沒有遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量; ②沒有平衡摩擦力; ③操作錯(cuò)誤:先釋放小車后接通電源等 11.【解析】(1)管面光滑,小球上升過程機(jī)械能守恒,由機(jī)械能守恒定
19、律,得 ①(3分) 得 (2分) (2)取豎直向下為正,設(shè)小球到達(dá)下管最高點(diǎn)P的速度為v,對(duì)管道的壓力為FN,則有 ②(3分) 在下管最高點(diǎn)P,有 ③(2分) 由①②③得 (2分) 當(dāng)r1=4r2時(shí),F(xiàn)N=0 (1分) 當(dāng)r1>4r2時(shí),F(xiàn)N<0,根據(jù)牛頓第三定律,小球壓下壁. (1分) 當(dāng)r1<4r2時(shí),F(xiàn)N>0,根據(jù)牛頓第三定律,小球壓上壁. (1分) 答案:(1) (2)見解
20、析 12.【解析】(1)由題圖乙可知,物塊被擊穿后先向左做勻減速運(yùn)動(dòng),速度為零后,又向右做勻加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)速度等于2 m/s以后隨傳送帶一起勻速運(yùn)動(dòng),所以傳送帶的速度方向向右,大小為2 m/s. (3分) (2)由題圖乙可知, (2分) 由牛頓第二定律得滑動(dòng)摩擦力Ff=Ma, 其中Ff=μFN, FN=Mg,所以物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù) (2分) (3)由題圖乙可知,傳送帶與物塊存在摩擦力的時(shí)間只有3 s,傳送帶在這段時(shí)間內(nèi)的位移 x=vt=2×3 m=6 m (1分) 所以物塊對(duì)傳送帶所做的功為 W=-Ffx=-4×6 J=-24 J (2分) 物塊與傳送帶前2 s內(nèi)的相對(duì)位移 (1分)
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