(完整版)高三物理专题---功和能,含答案解析
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高三物理“功和能的关系”知识定位在高中物理学习过程中,既要学习到普遍适用的守恒定律——能量守恒定律,又要学习到条件限制下的守恒定律——机械能守恒定律。
学生掌握守恒定律的困难在于:对于能量守恒定律,分析不清楚哪些能量发生了相互转化,即哪几种能量之和守恒;而对于机械能守恒定律,又不能正确的分析何时守恒,何时不守恒。
在整个高中物理学习过程中,很多同学一直错误的认为功与能是一回事,甚至可以互相代换,其实功是功,能是能,功和能是两个不同的概念,对二者的关系应把握为:功是能量转化的量度。
知识梳理1、做功的过程是能量转化的过程,功是能的转化的量度。
2、能量守恒和转化定律是自然界最基本的定律之一。
而在不同形式的能量发生相互转化的过程中,功扮演着重要的角色。
本章的主要定理、定律都是由这个基本原理出发而得到的。
需要强调的是:功是一种过程量,它和一段位移(一段时间)相对应;而能是一种状态量,它个一个时刻相对应。
两者的单位是相同的(都是J),但不能说功就是能,也不能说“功变成了能”。
3、复习本章时的一个重要课题是要研究功和能的关系,尤其是功和机械能的关系。
突出:“功是能量转化的量度”这一基本概念。
⑴物体动能的增量由外力做的总功来量度:W外=ΔE k,这就是动能定理。
⑵物体重力势能的增量由重力做的功来量度:W G= -ΔE P,这就是势能定理。
⑶物体机械能的增量由重力以外的其他力做的功来量度:W其=ΔE机,(W其表示除重力以外的其它力做的功),这就是机械能定理。
⑷当W其=0时,说明只有重力做功,所以系统的机械能守恒。
⑸一对互为作用力反作用力的摩擦力做的总功,用来量度该过程系统由于摩擦而减小的机械能,也就是系统增加的内能。
f d=Q(d为这两个物体间相对移动的路程)。
例题精讲1【题目】如图所示,一根轻弹簧下端固定,竖立在水平面上。
其正上方A位置有一只小球。
小球从静止开始下落,在B位置接触弹簧的上端,在C位置小球所受弹力大小等于重力,在D位置小球速度减小到零。
小球下降阶段下列说法中正确的是()【选项】A.在B位置小球动能最大B.在C位置小球动能最大C.从A→C位置小球重力势能的减少大于小球动能的增加D.从A →D 位置小球重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加 【答案】BCD 【解析】小球动能的增加用合外力做功来量度,A →C 小球受的合力一直向下,对小球做正功,使动能增加;C →D 小球受的合力一直向上,对小球做负功,使动能减小,所以B 正确。
从A →C 小球重力势能的减少等于小球动能的增加和弹性势能之和,所以C 正确。
A 、D 两位置动能均为零,重力做的正功等于弹力做的负功,所以D 正确。
选B 、C 、D 。
【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验 【难度系数】2【试题来源】2010清华五校【题目】在光滑的水平桌面上有两个质量均为m 的小球,由长度为2l 的拉紧细线相连。
以一恒力作用于细线中点,恒力的大小为F ,方向平行于桌面。
两球开始运动时,细线与恒力方向垂直。
在两球碰撞前瞬间,两球的速度在垂直于恒力方向的分量为 ( ) 【选项】 A .m Fl 2 B .m Fl C .m Fl 2D .mFl 2【答案】B 【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验 【难度系数】4【试题来源】2010复旦自主招生【题目】如图所示的皮带轮传动装置中,A 为主动轮,B 为被动轮,L 为扁平的传动皮带,A 轮与B 轮的轮轴水平放置且互相平行,则能传递较大功率的情况是( ) 【选项】A .A 轮逆时针转且皮带L 较宽B .A 轮逆时针转且皮带L 较窄C .A 轮顺时针转且皮带L 较宽D .A 轮顺时针转且皮带L 较窄【答案】C【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】3【题目】如图,固定在水平桌面上的两个光滑斜面M、N,其高度相同,斜面的总长度也相同。
现有完全相同的两物块a、b同时由静止分别从M、N的顶端释放,假设b在通过斜面转折处时始终沿斜面运动且无能量损失。
则()【选项】A.物块b较物块a先滑至斜面底端B.两物块滑至斜面底端时速率相等C.两物块下滑过程中的平均速率相同D.两物块开始下滑时加速度大小相等【答案】AB【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】3【试题来源】2013北约自主招生【题目】如图所示,与水平地面夹角为锐角的斜面底端 A 向上有三个等间距点B、C和D,即AB=BC=CD。
小滑块P 以初速v0从A 出发,沿斜面向上运动。
先设置斜面与滑块间处处无摩擦,则滑块到达D位置刚好停下,而后下滑。
若设置斜面AB部分与滑块间有处处相同的摩擦,其余部位与滑块间仍无摩擦,则滑块上行到C位置刚好停下,而后下滑。
滑块下滑到B位置时速度大小为_______,回到A 端时速度大小为___________。
【答案】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】4【试题来源】2013年华约自主招生【题目】已知质量约1T的汽车在10s内由静止加速到60km/h。
(1)如果不计一切阻力,发动机的平均输出功率约为多大?(2)汽车速度较高时,空气阻力不能忽略。
将汽车简化为横截面积约1m2的长方体,并以此模型估算汽车以60km/h行驶时因克服空气阻力所增加的功率。
(知空气密度ρ=1.3kg/m3。
) (3)数据表明,上述汽车所受阻力与速度平方的关系如图所示。
假定除空气阻力外,汽车行驶所受的其它阻力与速度无关,试估算汽车行驶所受的其它阻力总的大小。
【答案】见解析【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】3【试题来源】2013北约自主招生【题目】某车辆在平直路面上作行驶测试,测试过程中速度v(带有正负号)和时间t 的关系如图所示。
已知该过程发动机和车内制动装置对车辆所作总功为零,车辆与路面间的摩擦因数μ 为常量,试求μ值。
数值计算时,重力加速度取g=10m/s2。
【答案】见解析【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】3【试题来源】2011北约【题目】两个相同的铁球,质量均为m,由原长为L0、劲度系数为k的弹簧连接,设法维持弹簧在原长位置由静止释放两球(两球连线竖直)。
设开始时下面铁球距离桌面的高度为h,而且下面铁球与桌面的碰撞为完全非弹性的碰撞。
(1)求弹簧的最大压缩量x。
(2)如果使铁球放在光滑水平面上绕过质心的竖直轴转动,此时弹簧长度变为L,求转动的角速度ω。
【答案】见解析【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】4【试题来源】2009浙江大学【题目】飞船从地球飞到月亮与从月亮飞到地球,耗费燃料相同吗?哪个多?【答案】见解析【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】3【试题来源】2009浙江大学【题目】求地球场中月球势能与动能的绝对值之比。
【答案】见解析【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验 【难度系数】3【试题来源】2009浙江大学【题目】有长为L 的绳上栓一质量为m 的小球,假设小球在竖直面内做圆周运动,求小球运动到最高点与运动到最低点时绳的拉力之差。
【答案】见解析 【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验 【难度系数】3【试题来源】2009清华大学【题目】固定在竖直平面内的一个半圆形光滑轨道,轨道半径为R ,轨道两端在同一水平高度上,其中一端有一小定滑轮(其大小可忽略),两小物体质量分别为m 1和m 2 ,用轻细绳跨过滑轮连接在一起,如图所示,若要求小物体 m 1从光滑半圆轨道上端沿轨道由静止开始下滑,问:(1)小物体 m 1满足什么条件可以使它下滑到轨道最低点? (2)小物体m 1下滑到C 点时速度为多大?()121222m m gRm m -+【解析】联立解得:v1=2()121222m m gRm m-+.【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】4【试题来源】2009上海交通大学【题目】质量为50kg的人在原地以固定周期连续地蹦跳,蹦跳时克服重力做功的功率为135W。
每次蹦跳时与地面接触的时间占所用总时间的2/5。
若此人的心动周期和蹦跳周期相同,心脏每搏一次输出60mL血液。
若将9mg试剂注入他的静脉,经过一定长的时间后此人的血液中试剂浓度为2mg/L。
求:(1)此人心脏每分钟跳动次数。
(2)此人血液通过心脏一次的时间。
【答案】见解析【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】4【试题来源】2009上海交通大学【题目】如图所示,甲、乙两个小球分别固定在一根直角尺的两端A、B,直角尺的顶点O 处有光滑的水平固定转动轴,且OA=OB=L,系统平衡时,OA与竖直方向的夹角为37°。
(1)求甲、乙两个小球的质量之比。
(2)若将直角尺顺时针缓慢转动到OA处于水平位置后由静止释放,求开始转动后B球可能达到的最大速度和可能达到的最高点。
【试题来源】见解析【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】4【试题来源】2009同济大学【题目】一根长为h的细线,上端固定于O点,下端悬挂一可视为质点的小球。
现给小球一个水平初速度v072gh,如图所示。
(1)小球转过多大角度开始不做圆周运动?(2)证明小球恰能击中最低点(初始点)。
【答案】见解析【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】4【试题来源】2009同济大学【题目】两个质量均为m的小球,放在劲度系数为k,原长L的弹簧两端,由静止释放。
设两个小球中心与整个弹簧都始终在一条直线上。
小球半径r<<L。
(1)问仅在两球之间万有引力的作用下,弹簧的最大压缩量x为多大?(2)若体系整体绕中心以角速度ω旋转,要求弹簧保持原长L,角速度ω应为多大?【答案】见解析【解析】【知识点】功与能的关系【适用场合】随堂课后练习、课后两周练习、课后一个月练习、阶段测验【难度系数】4习题演练【题目】]如图所示,a、b、c三个相同的小球,a从光滑斜面顶端由静止开始自由下滑,同时b、c从同一高度分别开始自由下落和平抛。