2022屆高考物理二輪復習 第一部分 專題整合 專題二 功能與動量 第1講 功和功率 動能定理專項訓練

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1、2022屆高考物理二輪復習 第一部分 專題整合 專題二 功能與動量 第1講 功和功率 動能定理專項訓練 [真題再現]                    1.(2018·全國卷Ⅱ)如圖2-1-1所示,某同學用繩子拉動木箱,使它從靜止開始沿粗糙水平路面運動至具有某一速度。木箱獲得的動能一定 圖2-1-1 A.小于拉力所做的功 B.等于拉力所做的功 C.等于克服摩擦力所做的功 D.大于克服摩擦力所做的功 解析 由動能定理WF-Wf=Ek-0,可知木箱獲得的動能一定小于拉力所做的功,A正確。 答案 A 2.(2018·全國卷Ⅲ)如圖2-1-2所示,abc是豎直面內的光滑

2、固定軌道,ab水平,長度為2R;bc是半徑為R的四分之一圓弧,與ab相切于b點。一質量為m的小球,始終受到與重力大小相等的水平外力的作用,自a點處從靜止開始向右運動。重力加速度大小為g。小球從a點開始運動到其軌跡最高點,機械能的增量為 圖2-1-2 A.2mgR           B.4mgR C.5mgR D.6mgR 解析 設小球運動到c點的速度大小為vc,則對小球由a到c的過程,由動能定理有F·3R-mgR=mv,又F=mg,解得vc=2,小球離開c點后,在水平方向做初速度為零的勻加速直線運動,豎直方向在重力作用下做勻減速直線運動,由牛頓第二定律可知,小球離開c點后水平方

3、向和豎直方向的加速度大小均為g,則由豎直方向的運動可知,小球從離開c點到其軌跡最高點所需的時間為t==2 ,在水平方向的位移大小為x=gt2=2R。由以上分析可知,小球從a點開始運動到其軌跡最高點的過程中,水平方向的位移大小為5R,則小球機械能的增加量為ΔE=F·5R=5mgR,C正確,ABD錯誤。 答案 C 3.(2015·全國卷Ⅱ)一汽車在平直公路上行駛。從某時刻開始計時,發(fā)動機的功率P隨時間t的變化如圖2-1-3所示。假定汽車所受阻力的大小f恒定不變。下列描述該汽車的速度v隨時間t變化的圖線中??赡苷_的是 圖2-1-3 解析 本題屬于機車的恒定功率啟動問題。當牽引力大于

4、阻力時,機車加速運動,但速度的增加會導致牽引力變小,機車所受的合力變小,機車的加速度變小,故機車的運動為加速度不斷變小的加速運動,直到加速度等于零變?yōu)閯蛩僦本€運動,故0~t1時間內,是一個恒定功率加速過程,直到變?yōu)閯蛩僦本€運動,t1~t2時間內,是另一個恒定功率加速過程,直到變?yōu)閯蛩僦本€運動,故A項正確。 答案 A 4.(2017·全國卷Ⅱ)為提高冰球運動員的加速能力,教練員在冰面上與起跑線距離s0和s1(s1<s0)處分別放置一個擋板和一面小旗,如圖2-1-4所示。訓練時,讓運動員和冰球都位于起跑線上,教練員將冰球以初速度v0擊出,使冰球在冰面上沿垂直于起跑線的方向滑向擋板;冰球被擊出的

5、同時,運動員垂直于起跑線從靜止出發(fā)滑向小旗。訓練要求當冰球到達擋板時,運動員至少到達小旗處。假定運動員在滑行過程中做勻加速運動,冰球到達擋板時的速度為v1,重力加速度大小為g,求 圖2-1-4 (1)冰球與冰面之間的動摩擦因數; (2)滿足訓練要求的運動員的最小加速度。 解析 (1)設冰球的質量為m,冰球與冰面之間的動摩擦因數為μ,由動能定理得 -μmgs0=mv-mv① 解得μ=。② (2)冰球到達擋板時,滿足訓練需求的運動員中,剛好到達小旗處的運動員的加速度最小。設這種情況下,冰球和運動員的加速度大小分別為a1和a2,所用的時間為t。由運動學公式得 v-v=2a1s0③

6、 v0-v1=a1t④ s1=a2t2⑤ 聯(lián)立③④⑤式得 a2=。 答案 見解析 [考情分析] 分值 6~14分 題型 以選擇題為主,計算題涉及其中一部分 命題熱點 (1)功和功率的理解與計算 (2)機車啟動問題 (3)應用動能定理解決綜合問題 考點一 功和功率的計算 1.功的計算 (1)恒力做功W=Flcos α。 (2)變力做功 ①W=·l(為力對位移的平均值)。 ②W=Pt。(P恒定,或W=t) ③利用功能關系W=±ΔE或動能定理W=ΔEk。 ④圖像法:F-x圖線所圍的面積;P-t圖線所圍的面積。 ⑤W=pΔV(計算氣體做功)。 2.功

7、率的計算 (1)瞬時功率P=Fvcos α,其中α為F與v的夾角。 (2)平均功率P=。 【題組突破】 1.(2018·中山七校聯(lián)考)汽車在平直公路上行駛,在它的速度從零增加到v的過程中,汽車發(fā)動機做的功為W1;它的速度從v增加到2v的過程中,汽車發(fā)動機做的功為W2,設汽車在行駛過程中發(fā)動機的牽引力和所受阻力都不變,則有 A.W2=2W1 B.W2=3W1 C.W2=4W1 D.僅能判定W2>W1 解析 速度從零增加到v的過程中的位移x1=,速度從v增加到2v的過程中的位移x2==,則位移之比為1∶3,根據W=Fx知,汽車發(fā)動機做功之比為1∶3,即W2=3W1,故B正確,A、

8、C、D錯誤。 答案 B 2.(2018·哈爾濱師范大學附屬中學高三測試)測定運動員體能的一種裝置如圖2-1-5所示,運動員質量為m1,繩拴在腰間沿水平方向跨過定滑輪(不計滑輪摩擦、質量),下懸一個質量為m2的重物,人用力蹬傳送帶而人的重心不動,使傳送帶以速率v勻速向右運動,下面是人對傳送帶做功的四種說法,其中正確的是 圖2-1-5 A.人對傳送帶不做功 B.人對傳送帶做負功 C.人對傳送帶做功的功率為m2gv D.人對傳送帶做功的功率為(m1+m2)gv 解析 人對傳送帶的摩擦力方向向右,傳送帶在力的方向上有位移,所以人對傳送帶做功,摩擦力和位移的方向相同,故做正功,故A、

9、B錯誤;人的重心不動,繩對人的拉力和人與傳送帶間的摩擦力平衡,而拉力又等于m2g,所以人對傳送帶做功的功率為m2gv,故C正確,D錯誤。 答案 C 3.(多選)如圖2-1-6所示,物體沿弧形軌道滑下后進入足夠長的水平傳送帶,傳送帶以圖示方向勻速運轉,則傳送帶對物體做功情況可能是 圖2-1-6 A.始終不做功 B.先做負功后做正功 C.先做正功后不做功 D.先做負功后不做功 解析 當物體到達傳送帶上時,如果物體的速度恰好和傳送帶的速度相等,那么物體和傳送帶將一起在水平面上勻速運動,它們之間沒有摩擦力的作用,所以傳送帶對物體始終不做功,所以A正確。若物體速度大于傳送帶速度,則受

10、向后的摩擦力,傳送帶對物體做負功,當速度與傳送帶速度相等時,摩擦力為零,不再對物體做功,不會出現再做正功的情況,所以B錯誤,D正確。若物體速度小于傳送帶速度,則受向前的摩擦力,傳送帶對物體做正功,當速度與傳送帶速度相等,摩擦力又變?yōu)榱?,不再對物體做功,所以C正確。 答案 ACD 考點二 機車啟動問題 1.恒定功率啟動 機車先做加速度逐漸減小的加速運動,后做勻速直線運動。速度圖像如圖2-1-7所示,當F=F阻時,vm==。 圖2-1-7 2.恒定加速度啟動 速度圖像如圖2-1-8所示。機車先做勻加速直線運動,當功率達到額定功率后獲得勻加速運動的最大速度v1。若再加速,應保持功率

11、不變做變加速運動,直至達到最大速度vm后做勻速運動。 圖2-1-8 (1)求v1∶由F-F阻=ma;P=P額=Fv1得v1=。 (2)求vm:由P額=F阻vm得vm=。 (3)求勻加速時間t1:t1=。  (多選)(2018·資陽二診)如圖2-1-9所示為牽引力F和車速倒數的關系圖像。若汽車質量為2×103 kg,它由靜止開始沿平直公路行駛,且行駛中阻力恒定,設其最大車速為30 m/s,則正確的是 圖2-1-9 A.汽車所受阻力為2×103 N B.汽車車速為15 m/s時功率為3×104 W C.汽車勻加速的加速度為3 m/s2 D.汽車勻加速所需時間為5 s

12、[解析] 由圖像可知車速為30 m/s時的牽引力為F=2×103 N,此時汽車做勻速運動,f=F=2×103 N,故A正確。此時汽車的功率為P=Fvm=2×103 N×30 m/s=6×104 W。汽車在速度較小時做勻加速運動。設速度為v1時開始做功率恒定的變加速運動,由P=F1v1得v1== m/s=10 m/s。 即速度在10 m/s

13、汽車在平直路面上勻速運動,用跨過光滑定滑輪的輕繩牽引輪船,汽車與滑輪間的繩保持水平,當牽引輪船的繩與水平方向成θ角時,輪船速度為v,汽車的功率為P,汽車受到的阻力(不含繩的拉力)恒為f,則此時繩對船的拉力大小為 圖2-1-10 A.+f B.-f C.+f D.-f 解析 將船的速度分解如圖所示,沿繩子方向的分速度v1=vcos θ,根據P=Fv1得,汽車的牽引力大小F==。根據平衡條件得,繩對汽車的拉力大小F′=F-f=-f,那么此時繩對船的拉力大小為-f,故選項B正確。 答案 B 2.(2018·鞍山二模)汽車在平直公路上以速度v0勻速行駛,發(fā)動機功率為P??爝M入鬧

14、市區(qū)時,司機減小了油門,使汽車的功率立即減小一半并保持該功率繼續(xù)行駛。如圖2-1-11四個圖像中,哪個圖像正確表示了從司機減小油門開始,汽車的速度與時間的關系 圖2-1-11 解析 汽車勻速行駛時合力為零即牽引力等于阻力,功率減小一半時,汽車的速度由于慣性來不及變化,根據功率和速度關系公式P=Fv,牽引力減小一半,小于阻力,合力向后,汽車做減速運動,由公式P=Fv可知,功率一定時,速度減小后,牽引力增大,合力減小,加速度減小,故汽車做加速度不斷減小的減速運動,當牽引力增大到等于阻力時,加速度減為零,物體將再次做勻速直線運動,故C正確,A、B、D錯誤。 答案 C 考點三 動能定理的綜

15、合應用 1.對動能定理表達式W=ΔEk=Ek2-Ek1的理解 (1)動能定理表達式中,W表示所有外力做功的代數和,包括物體重力所做的功。 (2)動能定理表達式中,ΔEk為所研究過程的末動能與初動能之差,而且物體的速度均是相對地面的速度。 2.應用動能定理解題應注意的三點 (1)動能定理往往用于單個物體的運動過程,由于不涉及加速度及時間,比動力學研究方法要簡捷。 (2)動能定理表達式是一個標量式,在某個方向上應用動能定理是沒有依據的。 (3)物體在某個運動過程中包含有幾個運動性質不同的過程(如加速、減速的過程),此時可以分段考慮,也可以對全過程考慮,但如能對整個過程利用動能定理列式

16、,則可使問題簡化。  (2018·成都二診)如圖2-1-12所示,四分之三周長圓管的半徑R=0.4 m,管口B和圓心O在同一水平面上,D是圓管的最高點,其中半圓周BE段存在摩擦,BC和CE段動摩擦因數相同,ED段光滑;質量m=0.5 kg、直徑稍小于圓管內徑的小球從B正上方高H=2.5 m的A處自由下落,到達圓管最低點C時的速率為6 m/s,并繼續(xù)運動直到圓管的最高點D飛出,恰能再次進入圓管,假定小球再次進入圓管時不計碰撞能量損失,重力加速度g取10 m/s2,求: 圖2-1-12 (1)小球飛離D點時的速度大小; (2)小球從B點到D點過程中克服摩擦所做的功; (3)由動能定能

17、分析小球再次進入圓管后能越過C點的原因。 [思路引導] [解析] (1)小球飛離D點后做平拋運動, 在水平方向:R=vDt,豎直方向:R=gt2, 解得vD= m/s。 (2)小球從A到D過程中,由動能定理得 mg(H-R)-Wf1=mv-0, 解得Wf1=10 J。 (3)小球從C到D過程中,由動能定理得 -2mgR-Wf2=mv-mv, 解得Wf2=4.5 J, 小球從A到C過程中,由動能定理得 mg(H+R)-Wf3=mv-0, 解得Wf3=5.5 J; 小球再次進入圓管,從D到C的過程中,由動能定理得 2mgR-Wf4=mvC′2-mv, 解得Wf4

18、=4.5 J-mvC′2, Wf4<Wf2=4.5 J。vC′>0,小球能過C點。 [答案] (1) m/s (2)10 J (3)小球再次進入圓管后,能越過C點,因為到達C點時的速度大于零。 【題組突破】 1.(2018·天津卷)如圖2-1-13所示,滑雪運動深受人民群眾喜愛。某滑雪運動員(可視為質點)由坡道進入豎直面內的圓弧形滑道AB,從滑道的A點滑行到最低點B的過程中,由于摩擦力的存在,運動員的速率不變,則運動員沿AB下滑過程中 圖2-1-13 A.所受合外力始終為零 B.所受摩擦力大小不變 C.合外力做功一定為零 D.機械能始終保持不變 解析 運動員做勻速圓周

19、運動,所受合外力指向圓心,A項錯誤;由動能定理可知,合外力做功一定為零,C項正確;運動員所受滑動摩擦力大小隨運動員對滑道壓力大小的變化而變化,B項錯誤;運動員動能不變,重力勢能減少,所以機械能減少,D項錯誤。 答案 C 2.動能定理在電學中的應用 (2018·湖南五市十校聯(lián)考)如圖2-1-14所示,BCD為固定在豎直平面內的半徑為r=10 m圓弧形光滑絕緣軌道,O為圓心,OC豎直,OD水平,OB與OC間夾角為53°,整個空間分布著范圍足夠大的豎直向下的勻強電場。從A點以初速v0=9 m/s沿AO方向水平拋出質量m=0.1 kg的小球(小球可視為質點),小球帶正電荷q=+0.01 C,小球

20、恰好從B點沿垂直于OB的方向進入圓弧軌道。不計空氣阻力。求: 圖2-1-14 (1)A、B間的水平距離L; (2)勻強電場的電場強度E; (3)小球過C點時對軌道的壓力的大小FN; (4)小球從D點離開軌道后上升的最大高度H。 解析 (1)從A到B,vBy=v0tan 53°,vBy=at,y=rcos 53°,y=at2解得t=1 s,a=12 m/s2,L=v0t=9 m (2)根據牛頓第二定律可得mg+qE=ma,解得E=20 N/C (3)從A到C,根據動能定理可得(mg+qE)r=mv-mv在C點,FN-(mg+qE)=m,解得FN=4.41 N,由牛頓第三定律可

21、知小球對軌道壓力大小為4.41 N。 (4)對全過程運用動能定理,-(qE+mg)H=-mv,解得H=3.375 m。 答案 (1)9 m (2)E=20 N/C (3)FN=4.41 N (4)H=3.375 m 3.如圖2-1-15所示,上表面光滑、長度足夠長、質量M=10 kg的木板,在F=50 N的水平拉力作用下,以v0=5 m/s的速度沿水平地面向右勻速運動?,F將一個質量為m=3 kg的小鐵塊(可視為質點)無初速度地放在木板最右端,當木板運動了L=1 m時,又將第二個同樣的小鐵塊無初速度地放在木板最右端,以后木板再運動1 m時再在其最右端無初速度地放上一個同樣的小鐵塊。(g取

22、10 m/s2)求: 圖2-1-15 (1)木板與地面間的動摩擦因數; (2)剛放第三個鐵塊時木板的速度大?。? (3)從放第三個鐵塊開始(停止放后續(xù)鐵塊)到木板停下的過程,木板運動的距離。 解析 (1)木板做勻速直線運動時,受到地面的摩擦力為Ff 由平衡條件得F=Ff 又Ff=μMg 聯(lián)立并代入數據得μ=0.5 (2)每放一個小鐵塊,木板所受的摩擦力增加μmg, 令剛放第三個鐵塊時木板速度為v1,對木板從放第一個鐵塊到剛放第三個鐵塊的過程,由動能定理得 -μmgL-2μmgL=Mv-Mv 聯(lián)立代入數據得v1=4 m/s (3)從放第三個鐵塊開始到木板停下之前,木板所受的摩擦力恒為μ(3m+M)g,從放第三個鐵塊開始到木板停下的過程,木板運動的距離為x,對木板由動能定理得 -3μmgx=0-Mv 聯(lián)立并代入數據得x=m=1.78 m。 答案 (1)0.5 (2)4 m/s (3)1.78 m

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