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1、高考物理一轮复习题及答案解析 第五章机械能高考物理一轮复习题及答案:解析 第五章机械能未经允许 请勿转载 第五章 机械能1从近三年高考试题考试点分布可以看出，高考对本章内容的考查重点有四个概念功、功率、动能、势能和三个规律动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律。2高考对本章内容考查题型全面， 既有选取题，也有计算题，二者考查次数基本相当，命题灵活性强、综合面广,过程复杂,环节多,能力要求也较高,既有对基本概念的理解、判断和计算，又有对重要规律的灵活应用。015高考考向前瞻1功和功率、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律仍将是本章命题的热点。未经许可 请勿转载2将本章内容与牛顿运动定律、圆周运
2、动、电磁学知识相结合，并与生产、生活实际和现代科技相联系进行命题的趋势较强。未经许可 请勿转载第1节功和功率功想一想图51为某人提包运动的情景图，试分析各图中该人提包的力做功的情况。图1提示:甲图中将包提起来的过程中，提包的力对包做正功，乙图中人提包水平匀速行驶时,提包的力不做功，丙图中人乘电梯上升过程中，提包的力对包做正功，丁图中人提包上楼的过程中，提包的力对包做正功。未经许可 请勿转载记一记1.做功的两个必要条件力和物体在力的方向上发生的位移。2公式=ls_，适用于恒力做功，其中为F、l方向间夹角,为物体对地的位移。.功的正负判断夹角功的 正 负90力对物体做负功,或者说物体克服这个力做了
3、功=0力对物体不做功试一试1.多项选择201揭阳模拟如此图5-1-2所示，自动卸货车始终静止在水平地面上，车厢在液压机的作用下,角逐渐增大且货物相对车厢静止的过程中，以下说法正确的选项是 未经许可 请勿转载图52A货物受到的摩擦力增大B.货物受到的支持力不变C.货物受到的支持力对货物做正功D.货物受到的摩擦力对货物做负功解析：选AC 货物处于平衡状态,则有：gin =Ff，N=gco ,增大时，Ff增大，F减小，故A正确,错误;货物受到的支持力的方向与位移方向的夹角小于0,做正功,故C正确;摩擦力的方向与位移方向垂直，不做功,故D错误。未经许可 请勿转载功率想一想 两个完全相同的小球A、B,在
4、某一高度处以相同大小的初速度v0分别沿水平方向和竖直方向抛出，不计空气阻力，如此图13所示，试问：未经许可 请勿转载图5-31从开始运动到落地,重力对两小球做的功是否相同？2重力做功的平均功率是否相同？3小球落地瞬间,重力的瞬时功率是否相同？提示：1重力对两球做功相同。2因两球下落时间不同，重力做功的平均功率不相同。3因两球落地时，竖直方向的速度不同，故重力的瞬时功率不相同。记一记1.物理意义描述力对物体做功的快慢。公式为时间内的平均功率。2PFvos_为F与的夹角。.额定功率机械长时间工作时的最大功率。4实际功率机械实际工作时的功率,要求不大于额定功率。试一试2014唐山摸底如此图51-4所
5、示，位于固定粗糙斜面上的小物块P，受到一沿斜面向上的拉力，沿斜面匀速上滑。现把力F的方向变为竖直向上，若使物块P仍沿斜面保持原来的速度匀速运动,则 未经许可 请勿转载图-1-4.力一定要变小 B力F一定要变大力F的功率将减小 D.力F的功率将增大解析:选 受到一沿斜面向上的拉力,mgin +mgos，把力F的方向变为竖直向上，仍沿斜面保持原来的速度匀速运动，mg，由于题述没有给出和的具体数值，不能判断出力F如何变化,选项A、B错误；由于力F的方向变为竖直向上后，摩擦力不再做功，力F的功率将减小,选项C正确D错误。未经许可 请勿转载考试点一功的计算例1如此图51-甲所示，一固定在地面上的足够长斜
6、面,倾角为3，物体A放在斜面底端挡板处,通过不可伸长的轻质绳跨过光滑轻质滑轮与物体B相连接,B的质量M1 kg，绳绷直时离地面有一定高度。在t0时刻，无初速度释放B，由固定在A上的速度传感器得到的数据绘出的物体A沿斜面向上运动的 t图像如此图乙所示。若B落地后不反弹,g取0 m/s2，sin 370.，s 7.。求：未经许可 请勿转载图1-51B下落的加速度大小；沿斜面向上运动的过程中,绳的拉力对A做的功W；A包括传感器的质量及A与斜面间的动摩擦因数;4求在0.75 s内摩擦力对A做的功。思路点拨 物体落地前,A、的加速度有什么关系?应如何在t图像上确定A的加速度?提示：物体B落地前，、B的加
7、速度相同，利用a求其值。2应如何确定绳的拉力大小?在物体A向上加速的过程中运动的位移是多大？提示:物体B落地前绳上的拉力可以通过对B分析，由牛顿第二定律求解；物体向上加速的过程中发生的位移，可由x=来求值。未经许可 请勿转载在0.5 s内物体A所受的摩擦力方向改变吗？摩擦力对A做正功还是负功?提示：物体A所受的摩擦力方向不改变，且对A做负功。解析 1由题图乙可知：前0.5 s内，A、B以相同大小的加速度做匀加速运动,0. s末速度大小为2/s。未经许可 请勿转载a ms=4 /s22前.5 s，绳绷直,设绳的拉力大小为F;后0.25s,绳松弛,拉力为前0.5,沿斜面发生的位移l=vt. m对B
8、，由牛顿第二定律有:MMa代入数据解得F=6所以绳的拉力对A做的功Wl=3 J3前0.s,对，由牛顿第二定律有F-mgsn37+mo 37ma后.2 s,由题图乙得A的加速度大小a=m/ ms2对A,由牛顿第二定律有min 3+mgco 3=ma由式可得Fma+a代入数据解得m.5 kg将数据代入式解得0.25物体在斜面上先加速后减速，滑动摩擦力的方向不变，一直做负功在00.75 内物体A的位移为:x=0.752m=075 W摩mgs 37x-0.5 J。答案:： 14 m/s2 3 J 0. g0.24-.7 功的计算方法1恒力做功:根据公式WFlcos 计算确定力和位移方向的夹角未经许可
9、请勿转载 2变力做功：用动能定理:W=mv2212当变力的功率P一定时,可用WP求功，如机车恒功率启动时。将变力做功转化为恒力做功:当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程不是位移的乘积。如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等。未经许可 请勿转载3总功的计算:先求物体所受的合外力，再求合外力的功;先求每个力做的功，再求各功的代数和。014福建四地六校联考以一定的初速度竖直向上抛出一个小球，小球上升的最大高度为h,空气阻力的大小恒为F，则从抛出到落回到抛出点的过程中，空气阻力对小球做的功为未经许可 请勿转载A.0 BFhC. .-2F解析：选D阻力与小球速度方向始终相反
10、，故阻力一直做负功，W=-FhFh=-2F,D正确。未经许可 请勿转载考试点二功率的计算例202江苏高考如此图5-6所示，细线的一端固定于O点，另一端系一小球。在水平拉力作用下，小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点。在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是 未经许可 请勿转载图5-16A.逐渐增大B逐渐减小C先增大,后减小先减小,后增大思维流程未经许可 请勿转载解析选A设细线与竖直方向的夹角为,小球质量为,速率为。由小球做匀速圆周运动,切向合力为零可得,mcos ,由Fcos 可得拉力的瞬时功率表达式为PFcos mgvsi ,可见功率P随的增大逐渐增大,A正确。未经许可 请勿转载功率的计算方
11、法1平均功率的计算利用。利用=Fco ，其中为物体运动的平均速度。未经许可 请勿转载2瞬时功率的计算利用公式PFo ，其中v为t时刻的瞬时速度。利用公式P=FF,其中F为物体的速度v在力F方向上的分速度。利用公式P=Fvv，其中F为物体受的外力F在速度v方向上的分力。.多项选择一质量为1 g的质点静止于光滑水平面上,从t0时起,第1秒内受到2 N的水平外力作用,第2秒内受到同方向的 的外力作用。以下判断正确的选项是未经许可 请勿转载A.02秒内外力的平均功率是 W第2秒内外力所做的功是 C.第2秒末外力的瞬时功率最大D第1秒内与第2秒内质点动能增加量的比值是解析:选A第s内物体位移x1a= 2
12、1 m，外力做功W1=Fx12 ；v1a=1 /s2 m/s，第 s内位移xv1tat221 m1 m2.5，外力做功W2Fx2=1.5 2.5 J,B错误； s内外力的平均功率P= =W，正确;由瞬时功率F可知,第1 s末瞬时功率P1v1=2 W4W,第2 末的速度v21+at=2+11 m/3m/s，瞬时功率2=2v2=13 W,C错误；由动能定理可知,动能的增加量等于合外力做的功，其比值为，正确。未经许可 请勿转载考试点三机车的启动问题两种启动方式的比较两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动Pt图和 t图OA段过程分析Fa=a不变不变Pv直到P额Fv1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加
13、速直线运动,维持时间t0=A段过程分析FF阻0F阻=vF=a运动性质以vm匀速直线运动加速度减小的加速运动C段无阻=0以vm=匀速运动2.三个重要关系式无论哪种启动过程,机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即m=式中Fmin为最小牵引力,其值等于阻力阻。未经许可 请勿转载2机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大,速度不是最大,即=。未经许可 请勿转载机车以恒定功率运行时,牵引力做的功W=。由动能定理:Pt-F阻x=Ek。此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小。未经许可 请勿转载例3 2012福建高考如此图5-17,用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一艘失去动力的
14、小船沿直线拖向岸边。已经知道拖动缆绳的电动机功率恒为P，小船的质量为m,小船受到的阻力大小恒为f,经过A点时的速度大小为0，小船从A点沿直线加速运动到点经历时间为t,A、B两点间距离为d，缆绳质量忽略不计。求:未经许可 请勿转载图171小船从A点运动到B点的全过程克服阻力做的功Wf；2小船经过B点时的速度大小v1;3小船经过B点时的加速度大小a。审题指导第一步：抓关键点关键点获取信息电动机功率恒为P缆绳对小船的牵引力的大小和方向均变化,小船由到B的运动不是匀加速直线运动小船受到的阻力大小恒为f小船克服阻力做的功Wf可用公式W=Flcos 计算第二步：找突破口要求小船经过B点时速度大小v1应利用
15、动能定理由A点到B点列方程求解要求小船在点的加速度大小可先由P表示缆绳的牵引力由牛顿第二定律列方程求解。未经许可 请勿转载解析 1小船从点运动到点克服阻力做功Wf=f2小船从A点运动到B点,电动机牵引缆绳对小船做功WPt1由动能定理有Wf=m1-v02由式解得1= 3设小船经过点时绳的拉力大小为F，绳与水平方向夹角为，电动机牵引缆绳的速度大小为v，则P=Fvv=v1co由牛顿第二定律有Fcos 由式解得a-未经许可 请勿转载答案: 1fd2 分析机车启动问题时应注意的三点1机车启动的方式不同,机车运动的规律就不同,因此机车启动时，其功率、速度、加速度、牵引力等物理量的变化规律也不相同,分析图像
16、时应注意坐标轴的意义及图像变化所描述的规律。未经许可 请勿转载2恒定功率下的加速一定不是匀加速,这种加速过程发动机做的功可用t计算,不能用=Fl计算因为F为变力。未经许可 请勿转载以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定,这种加速过程发动机做的功常用W=计算，不能用WPt计算因为功率P是变化的。未经许可 请勿转载324西工大附中模拟当前我们国家“高铁事业发展迅猛。假设一辆高速列车在机车牵引力和恒定阻力作用下，在水平轨道上由静止开始启动，其v 图像如此图-8所示,已经知道在0t1时间内为过原点的倾斜直线，t1时刻达到额定功率,此后保持功率P不变，在t3时刻达到最大速度v，以后匀速运动。下述判断正确的选
17、项是未经许可 请勿转载图18A.从0至3时间内,列车一直匀加速直线运动B.t2时刻的加速度大于t时刻的加速度C在t3时刻以后，机车的牵引力为零D该列车所受的恒定阻力大小为解析：选D 0t1时间内,列车匀加速，1t3时间内,加速度变小，故A、错;t3以后列车匀速运动，牵引力等于阻力,故C错；匀速运动时Ff牵=,故D正确。未经许可 请勿转载以“演员抛鸡蛋为背景考查估算问题典例011江苏高考如此图1-9所示,演员正在进行杂技表演。由图可估算出他将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋所做的功最接近于 未经许可 请勿转载图1-9A.0.3 J B.3 JC30 J D300 解析一个鸡蛋大约5 g，鸡蛋抛出的高度
18、大约为60 cm,则将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋做的功等于鸡蛋重力势能的增加量，即W=mg5503160102 J0.33 J，A正确。未经许可 请勿转载答案:：:A点悟与日常生活有关的估算问题,要求对生活常识要有所了解,如成年人的体重约60 g,身高大约为1.m，人步行的速未经许可 请勿转载率为 ms,自行车速率为5 ms左右,一层楼房的高度为3 m左右等。如上例中若不知一个鸡蛋的大体质量及由插图估算鸡蛋被抛出后上升的最大高度，将无法准确估算人对鸡蛋所做的功。未经许可 请勿转载42014扬州调研一个成人以正常的速度骑自行车,受到的阻力为总重力的0.0倍,则成人骑自行车行驶时的功率最接近于 未
19、经许可 请勿转载A1 W B1 WC100 W D.1 000 解析：选 设人和车的总质量为100 k,匀速行驶时的速率为5 m,匀速行驶时的牵引力与阻力大小相等F=0.=20，则人骑自行车行驶时的功率为PF=0 W，故C正确。未经许可 请勿转载功的计算在中学物理中占有十分重要的地位，中学阶段所学的功的计算公式W=lcs ，只能用于恒力做功情况,对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用，但高考中变力做功问题也是经常考查的一类题目。现结合例题分析变力做功的五种求解方法。未经许可 请勿转载一、化变力为恒力求变力功变力做功直接求解时,通常都比较复杂，但若通过转换研究的对象，有时可化为恒力做功，可以用
20、Flcos求解。此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中。未经许可 请勿转载典例 如此图5-0所示，某人用大小不变的力F拉着放在光滑水平面上的物体，开始时与物体相连接的绳与水平面间的夹角是，当拉力F作用一段时间后，绳与水平面间的夹角为。已经知道图中的高度是h,求绳的拉力FT对物体所做的功。假定绳的质量、滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦不计。未经许可 请勿转载图51-0 解析 此题中,显然F与FT的大小相等,且FT在对物体做功的过程中,大小不变，但方向时刻在改变，因此此题是个变力做功的问题。但在题设条件下，人的拉力F对绳的端点也即对滑轮机械做的功就等于绳的拉力FT即滑轮机械对物体做的功。而的大小和方
21、向都不变，因此只要计算恒力F对绳做的功就能解决问题。未经许可 请勿转载设绳的拉力F对物体做的功为W，由题图可知，在绳与水平面的夹角由变到的过程中，拉力F作用的绳端的位移的大小为ll1-l21/in 1/sin 未经许可 请勿转载由W=F可知WT=F=FlFh/si -1/sin 答案:Fh1/sin -/sin 二、用平均力求变力功在求解变力功时,若物体受到的力的方向不变，而大小随位移是成线性变化的,即力均匀变化时,则可以认为物体受到一大小为的恒力作用,F、F2分别为物体初、末态所受到的力，然后用公式W=lcs求此力所做的功。未经许可 请勿转载典例2把长为l的铁钉钉入木板中,每打击一次给予的能
22、量为E，已经知道钉子在木板中遇到的阻力与钉子进入木板的深度成正比，比例系数为。问此钉子全部进入木板需要打击几次?未经许可 请勿转载解析 在把钉子打入木板的过程中，钉子把得到的能量用来克服阻力做功，而阻力与钉子进入木板的深度成正比，先求出阻力的平均值,便可求得阻力做的功。未经许可 请勿转载钉子在整个过程中受到的平均阻力为：F未经许可 请勿转载钉子克服阻力做的功为：WF2设全过程共打击n次,则给予钉子的总能量：E总=nE0kl2，所以n=答案: 三、用F x图像求变力功在Fx图像中，图线与x轴所围“面积的代数和就表示力F在这段位移所做的功，且位于x轴上方的“面积为正,位于x轴下方的“面积为负,但此
23、方法只适用于便于求图线所围面积的情况。未经许可 请勿转载典例3 放在地面上的木块与一轻弹簧相连，弹簧处于自由伸长状态。现用手水平拉弹簧,拉力的作用点移动0.2m时,木块开始运动，继续拉弹簧，木块缓慢移动了x20.4 m的位移,其F x图像如此图5-111所示，求上述过程中拉力所做的功。未经许可 请勿转载图5-11解析由Fx图像可知，在木块运动之前,弹簧弹力随弹簧伸长量的变化是线性关系,木块缓慢移动时弹簧弹力不变,图线与横轴所围梯形面积即为拉力所做的功,即=06+40J=2 J。未经许可 请勿转载答案:：: 0 J四、用动能定理求变力功动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动,既适用于求恒力功
24、也适用于求变力功。因使用动能定理可由动能的变化来求功，所以动能定理是求变力功的首选。未经许可 请勿转载典例4如此图5-112甲所示，一质量为=1k的物块静止在粗糙水平面上的点，从t=0时刻开始物块受到如此图乙所示规律变化的水平力F的作用并向右运动,第3 s末物块运动到B点时速度刚好为0，第5 s末物块刚好回到点，已经知道物块与粗糙水平面间的动摩擦因数=0.2,求:g10 m/2未经许可 请勿转载图5-1121A与B间的距离；2水平力在前 s内对物块做的功。解析1A、间的距离与物块在后2 s内的位移大小相等，在后 内物块在水平恒力作用下由B点匀加速运动到A点,由牛顿第二定律知mg=a，代入数值得
25、a2/2，所以与B间的距离为at2=4 m。未经许可 请勿转载2前3 内物块所受力F是变力,设整个过程中力F做的功为W,物块回到A点时速度为v,则v22ax，由动能定理知W-2mgx=mv2,所以W2mgx+m=2 J。未经许可 请勿转载答案: 4 m 24 J五、利用微元法求变力功将物体的位移分割成许多小段，因小段很小,每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力，这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做元功的代数和。此法在中学阶段,常应用于求解力的大小不变、方向改变的变力做功问题。未经许可 请勿转载典例5 如此图51-13所示,半径为R,孔径均匀的圆形弯管水平放置,小球在管内以足
26、够大的初速度在水平面内做圆周运动，设开始运动的一周内，小球与管壁间的摩擦力大小恒为F，求小球在运动的这一周内，克服摩擦力所做的功。未经许可 请勿转载图511解析将小球运动的轨迹分割成无数个小段,设每一小段的长度为x,它们可以近似看成直线，且与摩擦力方向共线反向,如此图5-1-所示,元功Ff，而在小球运动的一周内小球克服摩擦力所做的功等于各个元功的和,即WWFfx2RFf。未经许可 请勿转载图-14答案:：: RFf小结虽然求变力做功的方法较多，但不同的方法所适用的情况不相同,如化变力为恒力求变力功的方法适用于力的大小不变方向改变的情况，利用平均力求变力功的方法,适用于力的方向不变,其大小随位移
27、均匀变化的情况,利用Fx图像求功的方法，适用于已经知道所求的力的功对应的力随位移变化的图像已经知道,且面积易于计算的情况。未经许可 请勿转载随堂对点训练.013江南十校模拟水平路面上行驶的汽车所受到的阻力大小与汽车行驶的速率成正比，若汽车从静止出发, 先做匀加速直线运动，达到额定功率后保持额定功率行驶,则在整个行驶过程中,汽车受到的牵引力大小与阻力大小关系图像正确的选项是 未经许可 请勿转载图5-11解析：选若汽车从静止出发，先做匀加速直线运动,在匀加速运动阶段,由F-=ma可得Ff+ma,牵引力随阻力的增大均匀增大，图像C、D错误；达到额定功率后保持额定功率行驶,由F,Ffkv可知，牵引力与
28、阻力成反比，图像A正确,B错误。未经许可 请勿转载2.21长春三调有一固定轨道ACD如此图5所示，A段为四分之一光滑圆弧轨道，其半径为R,BC段是水平光滑轨道，CD段是光滑斜面轨道，C和斜面CD间用一小段光滑圆弧连接。有编号为、2、3、4完全相同的4个小球小球不能视为质点,其半径rR,紧挨在一起从圆弧轨道上某处由静止释放，经平面BC到斜面CD上，忽略一切阻力,则以下说法正确的选项是 未经许可 请勿转载图5-1-6.四个小球在整个运动过程中始终不分离B.在圆弧轨道上运动时,2号球对3号球不做功C在C斜面轨道上运动时，2号球对3号球做正功D在CD斜面轨道上运动时，2号球对号球做负功解析：选A圆弧轨
29、道越低的位置切线的倾角越小,加速度越小,故相邻小球之间有挤压力,小球在水平面上速度相同，无挤压不分离，在斜面上加速度相同，无挤压也不分离,故B、C、D错误，A正确。未经许可 请勿转载3多项选择2014广州调研用起重机提升货物,货物上升过程中的v t图像如此图1-17所示,在t3到t= s内，重力对货物做的功为W、绳索拉力对货物做的功为2、货物所受合力做的功为W，则未经许可 请勿转载图17AW10 .CW2 D.W30解析：选分析题图可知，货物一直向上运动，根据功的定义式可得:重力做负功，拉力做正功,即1，A、B错误，C正确；根据动能定理:合力做的功W3=0m，=2 m/s，即WPPB.P1P3C2 s内力F对滑块做功为4JD.02s内摩擦力对滑块做功为4 J解析:选BC第1 内力F对滑块做功的平均功率分别为P1F1=11 W=1 W;第s内力对滑块做功的平均功率分别为2Fv21 = W；第 s内力F对滑块做功的平均功率分别为P3Fv322 W=4 W;所以,P1P2P3，选项A错误B正确；02 s内力F对滑块做功为W1x2x2=11J+31 4 J，选项正确；滑块所受摩擦力f2 N，2 s内滑块位移x2 ,摩擦力对滑块做功为fxcos 10=4 J，选项D错误。未经许可 请勿转载三、非选取题11214日照模拟如此图9所示，建筑工人通过滑轮装