2019年高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題二 功和能專題跟蹤檢測(cè)(九)巧用機(jī)械能守恒定律破解三類連接體問(wèn)題.doc
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2019年高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題二 功和能專題跟蹤檢測(cè)(九)巧用機(jī)械能守恒定律破解三類連接體問(wèn)題 一、選擇題(第1~5題為單項(xiàng)選擇題,第6~9題為多項(xiàng)選擇題) 1.背越式跳高是一項(xiàng)跳躍垂直障礙的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,包括助跑、起跳、過(guò)桿和落地四個(gè)階段,如圖所示為從起跳到落地運(yùn)動(dòng)過(guò)程分解圖,某同學(xué)身高1.80 m,體重60 kg,參加學(xué)校運(yùn)動(dòng)會(huì)時(shí)成功地越過(guò)高1.90 m的橫桿,該同學(xué)跳起時(shí)的動(dòng)能可能是下列哪個(gè)值(g取10 m/s2)( ) A.500 J B.600 J C.800 J D.2 000 J 解析:選C 該同學(xué)跳高過(guò)程可以視為豎直上拋運(yùn)動(dòng),當(dāng)重心達(dá)到橫桿時(shí)速度恰好為零,該同學(xué)重心升高高度至少為:h=m=1.0 m,根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知,跳起時(shí)的動(dòng)能:Ek=mgh=60101.0 J=600 J,因?qū)嶋H過(guò)程中可能存在阻力,則可知,只有動(dòng)能大于600 J時(shí)才能成功越過(guò),但2 000 J不符合實(shí)際,故只有C正確,A、B、D錯(cuò)誤。 2.如圖所示,在輕彈簧的下端懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的小球A,若將小球A從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放,小球A能夠下降的最大高度為h。若將小球A換為質(zhì)量為2m的小球B,仍從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放,則小球B下降h時(shí)的速度為(已知重力加速度為g,且不計(jì)空氣阻力)( ) A. B. C. D.0 解析:選B 質(zhì)量為m的小球A,下降到最大高度h時(shí),速度為零,重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈簧彈性勢(shì)能,即Ep=mgh,質(zhì)量為2m的小球下降h時(shí),根據(jù)功能關(guān)系有2mgh-Ep=2mv2,解得v=,選項(xiàng)B正確。 3.(xx興化市模擬)木板固定在墻角處,與水平面夾角為θ=37,木板上表面光滑,木板上開(kāi)有一個(gè)孔洞,一根長(zhǎng)為l、質(zhì)量為m的軟繩置于木板上,其上端剛好進(jìn)入孔洞,用細(xì)線將質(zhì)量為m的物塊與軟繩連接,如圖所示。物塊由靜止釋放后帶動(dòng)軟繩向下運(yùn)動(dòng),當(dāng)軟繩剛好全部離開(kāi)木板(此時(shí)物塊未到達(dá)地面)時(shí),物塊的速度為(已知重力加速度為g,sin 37=0.6)( ) A. B. C. D. 解析:選C 在下落過(guò)程中,由幾何關(guān)系可知,物塊的重心下降高度為l;而軟繩重心的下降高度為:h′=0.5l-0.5lsin 37=0.2l,故全過(guò)程中物塊和軟繩重力勢(shì)能的減小量為:ΔEp=mgl+0.2mgl=1.2mgl,根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得:2mv2=ΔEp,解得:v=,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。 4.(xx蘇錫常模擬)小孩站在岸邊向湖面拋石子,三次的軌跡如圖所示,最高點(diǎn)在同一水平線上,忽略空氣阻力的影響,下列說(shuō)法正確的是( ) A.沿軌跡3運(yùn)動(dòng)的石子落水時(shí)速度最小 B.沿軌跡3運(yùn)動(dòng)的石子在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng) C.沿軌跡1運(yùn)動(dòng)的石子加速度最大 D.三個(gè)石子在最高點(diǎn)時(shí)速度相等 解析:選A 設(shè)任一石子初速度大小為v0,初速度的豎直分量為vy,水平分量為vx,由題圖可知,三個(gè)石子上升過(guò)程中的豎直位移大小相等,上升過(guò)程中豎直方向上做加速度大小為g的勻減速直線運(yùn)動(dòng),且末速度豎直分量為0,由vy2=2gh,得vy=,且h相等,可知石子上升到最高點(diǎn)過(guò)程中所用時(shí)間相等;同理易知,石子下落到湖面所用時(shí)間及末速度豎直分量均相等,則三個(gè)石子在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,B錯(cuò)誤;石子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中水平方向始終以速度vx做勻速直線運(yùn)動(dòng),由題圖易知,沿軌跡1運(yùn)動(dòng)的石子的vx最大,沿軌跡3運(yùn)動(dòng)的石子的vx最小,則三個(gè)石子在最高點(diǎn)時(shí)速度不相等,D錯(cuò)誤;由前述分析及速度的合成知識(shí)可知,沿軌跡3運(yùn)動(dòng)的石子落水時(shí)的速度最小,A正確;因石子在空中時(shí)只受重力,故三個(gè)石子的加速度相同,C錯(cuò)誤。 5.(xx泰州三模)如圖所示,每級(jí)臺(tái)階的高和寬均相等,一小球拋出后從臺(tái)階上逐級(jí)彈下,在每級(jí)臺(tái)階上彈起的高度相同,落在每級(jí)臺(tái)階上的位置離邊緣的距離也相同,則( ) A.小球落到每級(jí)臺(tái)階前瞬間的速度相等 B.小球在相鄰臺(tái)階間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越來(lái)越短 C.小球在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒 D.小球與臺(tái)階碰撞過(guò)程中受摩擦力作用 解析:選A 小球拋出后落在臺(tái)階上,由題圖可知,小球落到臺(tái)階上瞬間的速度方向斜向下,反彈后做斜拋運(yùn)動(dòng),即豎直方向上做勻減速直線運(yùn)動(dòng),加速度為重力加速度,水平方向上做勻速運(yùn)動(dòng),由題意知在每級(jí)臺(tái)階上彈起的高度相同,落在每級(jí)臺(tái)階上的位置離邊緣的距離也相同,所以小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受空氣阻力,小球與臺(tái)階碰撞過(guò)程中不受摩擦力作用,無(wú)機(jī)械能損失,所以小球落到每級(jí)臺(tái)階前瞬間的速度相等,但臺(tái)階逐級(jí)降低,即小球的重力勢(shì)能減小,則機(jī)械能不守恒,故A正確,C、D錯(cuò)誤;由于小球每次彈起,豎直方向上做加速度為重力加速度的勻減速直線運(yùn)動(dòng),在每級(jí)臺(tái)階上彈起的高度相同,由逆向思維可得:h=gt2,所以小球在相鄰臺(tái)階間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不變,故B錯(cuò)誤。 6.如圖所示,質(zhì)量分別為2m和m的A、B兩物體用不可伸長(zhǎng)的輕繩繞過(guò)輕質(zhì)定滑輪相連,開(kāi)始兩物體處于同一高度,繩處于繃緊狀態(tài),輕繩足夠長(zhǎng),不計(jì)一切摩擦?,F(xiàn)將兩物體由靜止釋放,在A落地之前的運(yùn)動(dòng)中,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.B的加速度為 B.B的機(jī)械能增大 C.下落t s時(shí),B所受拉力的瞬時(shí)功率為mg2t D.下落t s時(shí),A的機(jī)械能減少了mg2t2 解析:選BD A、B分別位于同一根輕繩的兩端,所以加速度的大小是相等的;設(shè)輕繩之間的拉力為T,則對(duì)B分析有:T-mg=ma,對(duì)A分析有:2mg-T=2ma,聯(lián)立可得:a=g,T=mg,故A錯(cuò)誤;在A落地之前的運(yùn)動(dòng)中,B的重力勢(shì)能增加,動(dòng)能也增加,所以B的機(jī)械能增大,故B正確;下落t s時(shí),B的速度大小為:v=at=gt,則B所受拉力的瞬時(shí)功率為:P=Tv=mggt=mg2t,故C錯(cuò)誤;下落t s時(shí),A下落的高度為:h=at2=gt2=gt2,則A克服輕繩拉力做功為:W=Th=mggt2=mg2t2,根據(jù)功能關(guān)系得,A的機(jī)械能減少量為:ΔEA=W=mg2t2,故D正確。 7.(xx泰州市質(zhì)檢)如圖所示,物體A、B通過(guò)細(xì)繩及輕質(zhì)彈簧連接在輕滑輪兩側(cè),物體B的質(zhì)量為2m,放置在傾角為30的光滑斜面上,物體A的質(zhì)量為m,用手托著物體A使彈簧處于原長(zhǎng),細(xì)繩伸直,A與地面的距離為h,物體B靜止在斜面上擋板P處。放手后物體A下落,與地面即將接觸時(shí)速度大小為v,此時(shí)物體B對(duì)擋板恰好無(wú)壓力,則下列說(shuō)法正確的是( ) A.彈簧的勁度系數(shù)為 B.此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能等于mgh-mv2 C.此時(shí)物體A的加速度大小為g,方向豎直向上 D.此后物體B可能離開(kāi)擋板沿斜面向上運(yùn)動(dòng) 解析:選AB 物體A剛落地時(shí),彈簧伸長(zhǎng)量為h,物體B對(duì)擋板恰好無(wú)壓力,所以kh=2mgsin θ,所以k=,選項(xiàng)A對(duì);物體A落地前,系統(tǒng)機(jī)械能守恒,所以彈性勢(shì)能等于mgh-mv2,選項(xiàng)B對(duì);物體A剛落地時(shí),對(duì)A應(yīng)用牛頓第二定律得:mg-kh=ma,所以a=0,選項(xiàng)C錯(cuò);物體A落地后,彈簧不再伸長(zhǎng),故物體B不可能離開(kāi)擋板沿斜面向上運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D錯(cuò)。 8.(xx寶應(yīng)縣聯(lián)考)如圖所示,輕桿AB長(zhǎng)為l,兩端各連接一個(gè)小球(可視為質(zhì)點(diǎn)),兩小球質(zhì)量關(guān)系為mA=mB=m,輕桿繞距B端處的O軸在豎直平面內(nèi)順時(shí)針自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)輕桿轉(zhuǎn)至水平位置時(shí),A球速度為 ,則在以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中( ) A.A球機(jī)械能守恒 B.當(dāng)B球運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)時(shí),A球?qū)U作用力等于0 C.當(dāng)B球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),桿對(duì)B球作用力等于0 D.A球從圖示位置運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過(guò)程中,桿對(duì)A球做功等于-mgl 解析:選BD 由題意,A、B系統(tǒng)機(jī)械能守恒,且桿在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,A球的重力勢(shì)能變化量總與B球重力勢(shì)能的變化量相等,因此兩球在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),對(duì)A球,動(dòng)能不變,但重力勢(shì)能時(shí)刻變化,則其機(jī)械能不守恒,A錯(cuò)誤;當(dāng)B球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),A球在最高點(diǎn),由牛頓第二定律知,F(xiàn)A+mAg=mA,解得FA=0,B正確;當(dāng)B球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),同理有,F(xiàn)B+mBg=mB,又=,解得FB=-mBg,C錯(cuò)誤;對(duì)A球,從題圖所示位置運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)過(guò)程中,由機(jī)械能守恒定律知,桿對(duì)A球做功等于A球重力勢(shì)能的變化量,其大小為W=ΔEpA=0-mAgl=-mgl,故D正確。 9.(xx連云港模擬)如圖甲所示,輕彈簧豎直固定在水平面上處于自由狀態(tài),一質(zhì)量為m=0.2 kg的小球,從彈簧上端某高度處自由下落,從它接觸彈簧到彈簧壓縮至最短的過(guò)程中(彈簧在彈性限度內(nèi)),其速度v和彈簧壓縮量Δx之間的函數(shù)圖像如圖乙所示,其中A為曲線的最高點(diǎn),小球和彈簧接觸瞬間機(jī)械能損失不計(jì),取g=10 m/s2,則( ) A.當(dāng)Δx=0.1 m時(shí),小球處于失重狀態(tài) B.小球在最低點(diǎn)時(shí)的加速度大小大于10 m/s2 C.從接觸彈簧到壓縮至最短的過(guò)程中,小球的機(jī)械能守恒 D.小球從速度最大到壓縮至最短,彈簧彈性勢(shì)能增加量為3.621 J 解析:選BD 由題圖乙知,開(kāi)始小球的速度增大,小球的重力大于彈簧對(duì)它的彈力,當(dāng)Δx為0.1 m時(shí),小球的速度最大,然后速度減小,說(shuō)明重力小于彈力,當(dāng)Δx=0.1 m 時(shí),小球的重力等于彈簧對(duì)它的彈力,合力為零,小球的加速度為零,小球處于平衡狀態(tài),故A錯(cuò)誤;根據(jù)對(duì)稱性可知在壓縮量為0.1 m時(shí),彈簧的彈力將增大mg,由于最終的壓縮量大于0.2 m,故彈簧的彈力大于2mg,故小球在最低點(diǎn)時(shí)的加速度大小大于10 m/s2,故B正確;從接觸彈簧到壓縮至最短的過(guò)程中,彈簧的彈力對(duì)小球做負(fù)功,故小球的機(jī)械能不守恒,故C錯(cuò)誤;小球從速度最大到壓縮至最短,彈簧彈性勢(shì)能增加量為ΔEp=mv2+mgh=0.25.12+0.2100.51J=3.621 J,故D正確。 二、非選擇題 10.(xx鹽城期末)如圖所示,光滑桿一端固定在水平面B點(diǎn),與地面成θ=30角,原長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕質(zhì)橡皮筋一端固定在地面上的O點(diǎn),另一端與質(zhì)量為m的圓球相連,圓球套在桿上。圓球處于A點(diǎn)時(shí),橡皮筋豎直且無(wú)形變。讓圓球從A點(diǎn)由靜止釋放,運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度為零,橡皮筋始終在彈性限度內(nèi),重力加速度為g。求: (1)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中桿對(duì)圓球的最小彈力; (2)圓球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí),橡皮筋的彈性勢(shì)能; (3)圓球運(yùn)動(dòng)到桿的中點(diǎn)時(shí),重力的瞬時(shí)功率。 解析:(1)在橡皮筋沒(méi)有拉伸過(guò)程中,桿對(duì)圓球的彈力最小,對(duì)圓球則有: FN=mgcos θ=mg。 (2)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,根據(jù)動(dòng)能定理可知: mgL-Ep=0 解得:Ep=mgL。 (3)根據(jù)幾何關(guān)系可知,圓球運(yùn)動(dòng)到桿的中點(diǎn)時(shí),橡皮筋恰好沒(méi)有拉伸,由機(jī)械能守恒有: mgLsin θ=mv2 重力的瞬時(shí)功率為:P=mgvsin θ=。 答案:(1)mg (2)mgL (3) 11.(xx南通模擬)如圖1是用傳送帶傳送行李的示意圖。圖1中水平傳送帶AB間的長(zhǎng)度為8 m,它的右側(cè)是一豎直的半徑為0.8 m的圓弧光滑軌道,軌道底端與傳送帶在B點(diǎn)相切。若傳送帶向右以6 m/s的恒定速度勻速運(yùn)動(dòng),當(dāng)在傳送帶的左側(cè)A點(diǎn)輕輕放上一個(gè)質(zhì)量為4 kg的行李箱時(shí),箱子運(yùn)動(dòng)到傳送帶的最右側(cè)如果沒(méi)被撿起,能滑上圓弧軌道,而后做往復(fù)運(yùn)動(dòng)直到被撿起為止。已知箱子與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1,重力加速度大小為g=10 m/s2,求: (1)箱子從A點(diǎn)到B點(diǎn)所用的時(shí)間及箱子滑到圓弧軌道底端時(shí)對(duì)軌道的壓力大?。? (2)若箱子放上A點(diǎn)時(shí)給它一個(gè)5 m/s的水平向右的初速度,到達(dá)B點(diǎn)時(shí)如果沒(méi)被撿起,則箱子離開(kāi)圓弧軌道最高點(diǎn)后還能上升多大高度?在如圖2給定的坐標(biāo)系中定性畫(huà)出箱子從A點(diǎn)到最高點(diǎn)過(guò)程中速率v隨時(shí)間t變化的圖像。 解析:(1)傳送帶的速度 v0=6 m/s 箱子在傳送帶上做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度 a==μg=1 m/s2 設(shè)箱子在B點(diǎn)的速度為 vB,由vB2=2ax 解得:vB=4 m/s<v0 所以箱子從A點(diǎn)到B點(diǎn)一直做勻加速運(yùn)動(dòng) 由x=at2,解得從A點(diǎn)到B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 t=4 s 箱子在圓弧軌道底端時(shí),由牛頓第二定律得: F-mg=m 解得:F=120 N 由牛頓第三定律知,箱子對(duì)軌道的壓力大小為120 N。 (2)設(shè)箱子速度達(dá)到v0=6 m/s時(shí)位移為 x′, 則v02-vA2=2ax′ 解得x′=5.5 m<8 m 因此箱子先勻加速運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間,速度達(dá)到6 m/s后 開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng),即在B點(diǎn)的速度為 v0 由機(jī)械能守恒定律得:mv02=mg(R+h) 解得箱子離開(kāi)圓弧軌道最高點(diǎn)后上升的高度 h=1 m 箱子從A點(diǎn)到最高點(diǎn)過(guò)程中速率v隨時(shí)間t變化的圖像如圖。 答案:(1)4 s 120 N (2)1 m 見(jiàn)解析圖- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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