《名校推荐》2018年山东省乐陵市第一中学高三物理三轮冲刺:能量守恒定律 功能关系-教师版 WORD版含解析.docx
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- 名校推荐 名校推荐2018年山东省乐陵市第一中学高三物理三轮冲刺:能量守恒定律 功能关系-教师版 WORD版含解析 名校 推荐 2018 山东省 乐陵市 第一 中学 物理 三轮 冲刺 能量守恒定律
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1、能量守恒定律功能关系一、单选题(本大题共5小题,共30分)1. 如图,一质量为m,长度为l的均匀柔软细绳PQ竖直悬挂.用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点,M点与绳的上端P相距13l.重力加速度大小为g.在此过程中,外力做的功为()A. 19mglB. 16mglC. 13mglD. 12mglA(乐陵一中)解:根据功能关系可知,拉力所做的功等于MQ段系统重力势能的增加量;对MQ分析,设Q点为零势能点,则可知,MQ段的重力势能为EP2=2mg3l3=2mgl9;将Q点拉至M点时,重心离Q点的高度h=l6+l3=l2,故重力势能EP2=2mg3l2=mgl3因此可知拉力所做的功W=EP2-
2、EP1=19mgl,故A正确,BCD错误故选:A由题意可知,发生变化的只有MQ段,分析开始和最后过程,明确重力势能的改变量,根据功能关系即可求得外力所做的功本题考查明确功能关系,注意掌握重力之外的其他力做功等于机械能的改变量,本题中因缓慢拉动,故动能不变,因此只需要分析重力势能即可2. 如图,abc是竖直面内的光滑固定轨道,ab水平,长度为2R;bc是半径为R的四分之一圆弧,与ab相切于b点。一质量为m的小球,始终受到与重力大小相等的水平外力的作用,自a点处从静开始向右运动。重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点,机械能的增量为()A. 2mgRB. 4mgRC. 5mgRD.
3、6mgRC(乐陵一中)解:由题意知水平拉力为:F=mg;设小球达到c点的速度为v,从a到c根据动能定理可得:F3R-mgR=12mv2解得:v=4gR;小球离开c点后,竖直方向做竖直上抛运动,水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,设小球从c点达到最高点的时间为t,则有:t=vg=4Rg;此段时间内水平方向的位移为:x=12at2=12Fm(4Rg)2=2R,所以小球从a点开始运动到其轨迹最高点,小球在水平方向的位移为:L=3R+2R=5R,此过程中小球的机械能增量为:E=FL=mg5R=5mgR。故C正确、ABD错误。故选:C。根据动能定理求出小球在c点的速度,再根据竖直上抛运动求解达到最高点
4、的时间,根据水平方向的运动规律求解离开c后达到最高点时的水平位移,根据功能关系求解机械能的增加。本题主要是考查功能关系;机械能守恒定律的守恒条件是系统除重力或弹力做功以外,其它力对系统做的功等于零;除重力或弹力做功以外,其它力对系统做多少功,系统的机械能就变化多少;注意本题所求的是“小球从a点开始运动到其轨迹最高点”,不是从a到c的过程,这是易错点。3. M置于光滑平面上,上表面粗糙且足够长,木块m以初速度v滑上车表面,则()A. m的最终速度为mvM+mB. 因车表面粗糙,故系统动量不守恒C. 车面越粗糙,小车M获得动量越大D. 车面越粗糙,系统产生的内能越多A(乐陵一中)解:A、以小车和木
5、块组成的系统为研究对象所受合外力为零,因此系统动量守恒,由于摩擦力的作用,m速度减小,M速度增大,m速度减小到最小时,M速度达最大,最后m、M以共同速度运动mv=(m+M)v v=mvM+m 相对运动过程中系统机械能减小,转化为摩擦产生的内能,根据能量守恒得:E损=12mv2-12(m+M)v2 故A正确,D错误B、车表面粗糙,小车与木块间的力属于内力,不是判断系统动量是否守恒的条件.故B错误C、根据A选项分析,小车M获得动量Mv与车面粗糙程度无关,故C错误故选A以小车和木块组成的系统为研究对象所受合外力为零,因此系统动量守恒,根据动量守恒列方程即可解答相对运动过程中系统机械能减小,转化为摩擦
6、产生的内能应用动量守恒定律时要清楚研究的对象和守恒条件把动量守恒和能量守恒结合起来列出等式求解是常见的问题4. 如图所示,光滑斜面的顶端固定一轻质弹簧,一小球向右滑行,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,不计小球与弹簧碰撞过程中的能量损失,则小球在C点时弹簧的弹性势能是()A. 12mv2B. 12mv2+mghC. 12mv2-mghD. mghC(乐陵一中)解:弹簧被压缩至最短时,物体速度为0物体沿斜面向上到弹簧被压缩至最短时,物体和弹簧系统机械能守恒物体的动能减小,转化成物体的重力势能和弹簧的弹性势能mgh+Ep=12m
7、v2 Ep=12mv2-mgh 故选:C 利用系统机械能守恒得到弹簧具有的弹性势能.物体的动能减小,转化成物体的重力势能和弹簧的弹性势能熟悉过程中能量的转化,运用能量守恒解决问题,难度不大,属于基础题5. 应用物理知识分析生活中的常见现象,可以使物理学习更加有趣和深入。例如你用手掌平托一苹果,保持这样的姿势在竖直平面内以速率v按顺时针方向做半径为R的匀速圆周运动。假设t=0时刻苹果在最低点a且重力势能为零,关于苹果从最低点a运动到最高点c的过程,下列说法正确的是()A. 苹果在最高点c受到手的支持力为mg+mv2RB. 苹果的重力势能随时间的变化关系为Ep=mgR1-cos(vRt)C. 苹果
8、在运动过程中机械能守恒D. 苹果在运动过程中的加速度越来越小B(乐陵一中)解:A、苹果在最高点c时,由牛顿第二定律得:mg-N=mv2R,得手的支持力为:N=mg-mv2R,故A错误。B、t时刻苹果相对于a点的高度为:h=R(1-cost)=R1-cos(vRt),则苹果的重力势能随时间的变化关系为:Ep=mgh=mgR1-cos(vRt),故B正确。C、苹果在运动过程中动能不变,重力势能在变化,所以其机械能不断变化,故C错误。D、根据a=v2R分析知苹果的加速度大小保持不变。故D错误。故选:B。以苹果为研究对象,由牛顿第二定律求出手对苹果的支持力。分析苹果的高度随时间的变化关系,从而得到苹果
9、的重力势能随时间的变化关系。根据机械能的概念分析机械能的变化,由a=v2R分析加速度的变化。解决本题时要知道苹果向心力的来源是指向圆心的合力,匀速圆周运动的加速度大小不变,加速度是变化的。二、多选题(本大题共4小题,共24分)6. 如图所示,质量M=3kg的滑块套在水平固定着的轨道上并可在轨道上无摩擦滑动.质量m=2kg的小球(视为质点)通过长L=0.75m的轻杆与滑块上的光特轴O连接,开始时滑块静止、轻杆处于水平状态.现给小球一个v0=3m/s的竖直向下的初速度,取g=10m/s2则()A. 小球m从初始位置到第一次到达最低点的过程中,滑块M在水平轨道上向右移动了0.3mB. 小球m从初始位
10、置到第一次到达最低点的过程中,滑块对在水平轨道上向右移动了0.5mC. 小球m相对于初始位置可以上升的最大高度为0.27mD. 小球m从初始位置到第一次到达最大高度的过程中,滑块M在水平轨道上向右移动了0.54mAD(乐陵一中)解:AB、小球m从初始位置到第一次到达最低点的过程中,设滑块M在水平轨道上向右移动的距离为x取向左为正方向,根据水平动量守恒得:0=mL-xt-Mxt,得x=mLm+M=20.752+3=0.3m,故A正确,B错误C、设小球m相对于初始位置可以上升的最大高度为h.此时竖直方向速度为0,所以水平方向速度也为0根据水平动量守恒得:0=(m+M)v 根据系统的机械能守恒得12
11、mv02=mgh+12(m+M)v2.解得h=0.45m D、小球m从初始位置到第一次到达最大高度的过程中,设滑块M在水平轨道上向右移动的距离为y由几何关系可得,m相对于M移动的水平距离为S=L+L2-h2=0.75+0.752-0.452=1.35m 根据水平动量守恒得:0=mS-yt-Myt,解得y=0.54m,故D正确故选:AD小球m从初始位置到第一次到达最低点的过程中,水平方向动量守恒,由此求滑块M在水平轨道上向右的距离.根据系统水平方向动量守恒和机械能守恒求m上升的最大高度.结合水平方向动量守恒求滑块M在水平轨道上向右的距离解决本题的关键要明确系统水平方向动量守恒,利用平均动量守恒列
12、方程,要注意m速度的参照物是地面,不是对M7. 两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻.将质量为m的金属棒悬挂在一根上端固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图所示.除电阻R外其余电阻不计.现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放,则()A. 释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度gB. 金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为abC. 若弹簧弹力为F时,金属棒获得最大速度vm,则vm=(mg-F)RB2L2D. 最终电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量AC(乐陵一中)解:A、由于刚开始时没有安培力也没有弹力,故金属棒只受
13、重力,则释放瞬间金属棒的加速度为g,故A正确;B、金属棒向下运动时,根据右手定则可判定通过R的电流方向为ba,故B错误;C、若弹簧弹力为F时,金属棒获得最大速度vm,此时受力平衡,则有:mg-F=BIL=B2L2vmR,解得:vm=(mg-F)RB2L2;故C正确;D、根据功能关系可知,重力势能的减少量转化为内能和弹簧的弹性势能、金属棒的动能.电阻R上产生的总热量小于金属棒重力势能的减少量,故D错误;故选:AC明确金属棒的受力情况,从而求解对应的加速度变化情况;根据右手定则分析电流方向;根据E=BLv和安培力公式即可求得速度为v时的安培力表达式;金属棒下落过程中,金属棒减少的重力势能转化为弹簧
14、的弹性势能、金属棒的动能(金属棒速度不是零时)和电阻R产生的内能,本题考查电磁感应与能量守恒定律的内容的结合,要注意明确金属棒的受力情况分析,明确能量转化方向,知道由于安培力做功,在运动中重力势能与弹簧势能之和会减小是解决这类问题的关键,要特别注意弹性势能的变化,从而准确掌握能量的转化方向8. 如图所示,倾角为足够长的光滑斜面下端固定一挡板,质量均为m的两物块用轻质弹簧连接静止在光滑斜面上,现用平行斜面向上的恒力F作用在物块A上,使A开始向上运动,下列说法正确的是()A. 若F2mgsin,弹簧第一次到达最长时,B的加速度一定大于A的加速度D. 若F2mgsin,拉力F做的功总等于A机械能的增
15、量与弹簧弹性势能增量之和BC(乐陵一中)解:AB、当B恰好离开时挡板时A做简谐运动.以B为研究对象,由平衡条件得此时弹簧的弹力F弹=mgsin 由简谐运动的对称性得:F=mgsin+F弹-F,解得F=mgsin,因此,F2mgsin,物块B一定能离开挡板,在弹簧第一次到达最长之前,A的速度大于B的速度,弹簧在不断伸长,弹力在增大,B做加速度增大的加速运动,A做加速度减小的加速度,画出它们的v-t图象如图,则知两者速度相等时,即弹簧第一次到达最长时,B的加速度一定大于A的加速度.故C正确D、若F2mgsin,物块B一定能离开挡板,由系统的能量守恒知,拉力F做的功总等于A机械能的增量、B机械能的增
16、量与弹簧弹性势能增量之和,故D错误故选:BC 当B恰好离开时挡板时A做简谐运动,由简谐运动的对称性求F的大小,从而能分析物块B能否离开挡板.若F2mgsin,弹簧第一次到达最长时,A、B的速度相等,作出两个物块的v-t图象,根据斜率分析加速度的大小.再由系统的能量守恒分析能量是如何转化的解决本题的关键要抓住临界状态:B恰好离开挡板时,挡板对B没有作用力.知道此时A做简谐运动,具有对称性,分析B离开挡板时F的最小值9. 如图所示,内壁光滑的圆锥筒固定不动,圆锥筒的轴线沿竖直方向.两个质量相等的小球A和B紧贴着内壁分别在如图所示的水平面内做匀速圆周运动,已知两小球运动的轨道半径之比rA:rB=2:
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