2022年高中物理第章经典力学的成就与局限性章末分层突破教师用书教科版必修 .pdf
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1、1 第 5 章 经典力学的成就与局限性 自我校对 Fxcos W为正W0 W为负WtFv名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 17 页 - - - - - - - - - 2 12mv2 mgh始、末位置Ek?Ep2Ek2_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 功的计算方法1. 根据定义式求功若恒力做功,可用定义式WFlcos 求恒力的功,其中F、l为力的大小和位移的大小, 为力F与位移l方向之间的夹角,且0 180.2利用功率求功若某力做功或发动机的功
2、率P一定,则在时间t内做的功为WPt. 3根据功能关系求功根据以上功能关系,若能求出某种能量的变化,就可以求出相应的功一质量为43kg 的物体放在水平地面上,如图5-1 甲所示,已知物体所受水平拉名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 17 页 - - - - - - - - - 3 力F随时间t的变化情况如图乙所示, 物体相应的速度v随时间t的变化关系如图丙所示 求:图 5-1(1)0 6 s 内合力做的功(2) 前 10 s 内,拉力和摩擦力所做的功【解析】(
3、1) 由v-t图像可知物体初速度为零,6 s 末的速度为3 m/s,根据动能定理:W12mv20,故合力做的功W124332 J 6 J. (2) 由图丙知物体在26 s 、68 s 内的位移分别为x16 m、x26 m,故前 10 s 内拉力做的功:W1F1x1F2x236 J 26 J 30 J. 由图丙知,在68 s 时间内,物体做匀速运动,故摩擦力Ff2 N根据v-t图像知在10 s 内物体的总位移:x23 m 15 m 所以WFfx215 J 30 J 【答案】(1)6 J (2)30 J 30 J 几种常见功能关系的理解功能关系表达式物理意义正功、负功含义重力做功与重力势能WEp重
4、力做功是重力势能变化的原因W0势能减少W0势能增加W0势能不变弹簧弹力做功与弹性势能WEp弹力做功是弹性势能变化的原因W0势能减少W0势能增加W0势能不变合力做功与动能WEk合外力做功是物体动能变化的原因W0动能增加W0动能减少W0动能不变除重力或系统内WE除重力或系统内弹力W0机械能增加名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 17 页 - - - - - - - - - 4 弹力外其他力做功与机械能外其他力做功是机械能变化的原因W0机械能减少W0机械能守恒(20
5、16保定高一检测)质量为m的子弹, 以水平速度v射入静止在光滑水平面上质量为M的木块,并留在其中,下列说法正确的是( ) A子弹克服阻力做的功与木块获得的动能相等B子弹克服阻力做的功与子弹动能的减少相等C子弹克服阻力做的功与子弹对木块做的功相等D子弹对木块做的功与木块对子弹做的功相等【解析】根据动能定理, 子弹克服阻力做的功等于子弹动能的减少,根据能量守恒定律可知:子弹动能的减少,等于系统产生的内能和木块获得的动能,故A错误对子弹来说只有阻力做功,由动能定理可知,子弹克服阻力做的功等于子弹动能的减少量,故B正确;子弹和木块相互作用力大小相等,但二者的位移大小不同,子弹的位移大于木块的位移,子弹
6、克服阻力做的功大于子弹对木块做的功,故 C错;子弹对木块做的功等于木块动能的增加量,木块对子弹做的功就是阻力对子弹做的功大于子弹对木块做的功,故D错【答案】B ( 多选 ) 如图 5-2 所示,楔形木块abc固定在水平面上,粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同,顶角b处安装一定滑轮质量分别为M、m(Mm) 的滑块,通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接,轻绳与斜面平行 两滑块由静止释放后,沿斜面做匀加速运动若不计滑轮的质量和摩擦,在两滑块沿斜面运动的过程中( ) 图 5-2A两滑块组成系统的机械能守恒B重力对M做的功等于M动能的增加C轻绳对m做的功等于m机械能的增加D两滑块组成系统的机械能损
7、失等于M克服摩擦力做的功【解析】这是系统能量转化的综合问题,解题要点是分析各个力做的功与能量的转化关系除重力以外其他力对物体做的功等于物体机械能的变化,故M克服摩擦力做的功等于两滑块组成的系统机械能的减少量,拉力对m做的功等于m机械能的增加量,选项 C、D正确【答案】CD 1能量守恒定律是无条件的,适用于任何情况名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 17 页 - - - - - - - - - 5 2摩擦力可以做正功,可以做负功,还可以不做功3滑动摩擦力做功时一
8、定有内能产生,产生的内能的数值等于滑动摩擦力与相对平行距离的乘积求解动力学问题的两种思路1两条基本思路(1) 利用牛顿运动定律结合运动学公式求解利用牛顿第二定律可建立合力与加速度之间的关系,利用运动学公式可计算t、x、v、a等物理量或是根据运动学公式和牛顿定律去求解受力情况(2) 利用功能观点求解,即利用动能定理、机械能守恒定律、重力做功与重力势能关系等规律分析求解2解题思路的比较(1) 用功能观点解题,只涉及物体的初、末状态,不需要关注过程的细节,解题简便(2) 用牛顿第二定律及运动学公式解题,可分析运动过程中的加速度、力的瞬时值,也可分析位移、时间等物理量,即可分析运动过程的细节一质量m0
9、.6 kg的物体以v020 m/s 的初速度从倾角30的斜坡底端沿斜坡向上运动当物体向上滑到某一位置时,其动能减少了Ek18 J ,机械能减少了E3 J 不计空气阻力,重力加速度g取 10 m/s2,求:(1) 物体向上运动时加速度的大小;(2) 物体返回斜坡底端时的动能【解析】(1) 设物体运动过程中所受的摩擦力为f,向上运动的加速度的大小为a,由牛顿第二定律可知amgsin fm设物体的动能减少Ek时,在斜坡上运动的距离为s,由功能关系可知Ek(mgsin f)sEfs联立式,并代入数据可得a6 m/s2. (2) 设物体沿斜坡向上运动的最大距离为sm,由运动学规律可得名师资料总结 - -
10、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 17 页 - - - - - - - - - 6 smv202a设物体返回斜坡底端时的动能为Ek,由动能定理得Ek(mgsin f)sm联立各式,并代入数据可得Ek80 J. 【答案】(1)6 m/s2(2)80 J 1.(2016 四川高考 ) 韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功1 900 J,他克服阻力做功100 J 韩晓鹏在此过程中( ) A动能
11、增加了1 900 J B动能增加了2 000 J C重力势能减小了1 900 J D重力势能减小了2 000 J 【解析】根据动能定理得韩晓鹏动能的变化EWGWf1 900 J100 J1 800 J0,故其动能增加了1 800 J,选项 A、B错误;根据重力做功与重力势能变化的关系WGEp,所以 EpWG 1 900 J0 ,故韩晓鹏的重力势能减小了1 900 J ,选项 C正确,选项D错误【答案】C 2(2016全国丙卷) 如图 5-3,一固定容器的内壁是半径为R的半球面;在半球面水平直径的一端有一质量为m的质点P. 它在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中,克服摩擦力做的功为W. 重力加速
12、度大小为g.设质点P在最低点时,向心加速度的大小为a,容器对它的支持力大小为N,则 ( ) 图 5-3AamgRWmRBa2mgRWmRCN3mgR2WRDNmgRWR名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 17 页 - - - - - - - - - 7 【解析】质点P下滑到最低点的过程中,由动能定理得mgRW12mv2,则速度vmgRWm,最低点的向心加速度av2RmgRWmR,选项A 正确,选项B 错误;在最低点时,由牛顿第二定律得Nmgma,N3mgR2W
13、R,选项 C正确,选项D错误【答案】AC 3(2016全国甲卷 ) 小球P和Q用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上,P球的质量大于Q球的质量,悬挂P球的绳比悬挂Q球的绳短将两球拉起,使两绳均被水平拉直,如图5-4所示将两球由静止释放在各自轨迹的最低点,( ) 图 5-4AP球的速度一定大于Q球的速度BP球的动能一定小于Q球的动能CP球所受绳的拉力一定大于Q球所受绳的拉力DP球的向心加速度一定小于Q球的向心加速度【解析】两球由静止释放到运动到轨迹最低点的过程中只有重力做功,机械能守恒,取轨迹的最低点为零势能点,则由机械能守恒定律得mgL12mv2,v2gL, 因LPLQ, 则vPmQ,则两球的动能无法
14、比较,选项A、B错误;在最低点绳的拉力为F,则Fmgmv2L,则F3mg,因mPmQ,则FPFQ,选项 C正确;向心加速度aFmgm2g,选项 D错误【答案】C 4(2015全国卷) 一汽车在平直公路上行驶从某时刻开始计时,发动机的功率P随时间t的变化如图5-5 所示假定汽车所受阻力的大小f恒定不变 下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中,可能正确的是( ) 图 5-5名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 17 页 - - - - - - - - - 8 【
15、解析】由P-t图像知: 0t1内汽车以恒定功率P1行驶,t1t2内汽车以恒定功率P2行驶设汽车所受牵引力为F,则由PFv得,当v增加时,F减小,由aFfm知a减小,又因速度不可能突变,所以选项B、C、D错误,选项A正确【答案】A 5(2015全国卷) 如图 5-6 所示,一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置, 直径POQ水平一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落,恰好从P点进入轨道,质点滑到轨道最低点N时, 对轨道的压力为4mg,g为重力加速度的大小 用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功则( ) 【导学号: 67120097】图 5-6AW12mgR
16、,质点恰好可以到达Q点BW12mgR,质点不能到达Q点CW12mgR,质点到达Q点后,继续上升一段距离DW12mgR,质点到达Q点后,继续上升一段距离【解析】设质点到达N点的速度为vN,在N点质点受到轨道的弹力为FN,则FNmgmv2NR,已知FNFN4mg,则质点到达N点的动能为EkN12mv2N32mgR. 质点由开始至N点的过程,由动能定理得mg2RWfEkN0,解得摩擦力做的功为Wf12mgR,即克服摩擦力名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 17 页
17、- - - - - - - - - 9 做的功为WWf12mgR. 设从N到Q的过程中克服摩擦力做功为W,则WW. 从N到Q的过程,由动能定理得mgRW12mv2Q12mv2N,即12mgRW12mv2Q,故质点到达Q点后速度不为0,质点继续上升一段距离选项C正确【答案】C 6. (2016 全国丙卷) 如图 5-7 所示,在竖直平面内有由14圆弧AB和12圆弧BC组成的光滑固定轨道,两者在最低点B平滑连接AB弧的半径为R,BC弧的半径为R2. 一小球在A点正上方与A相距R4处由静止开始自由下落,经A点沿圆弧轨道运动图 5-7(1) 求小球在B、A两点的动能之比;(2) 通过计算判断小球能否沿
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