2019高中物理第四章第5节机械能守恒定律3利用机械能守恒定律分析竖直面内的圆周运动学案2

1利用机械能守恒定律分析竖直面内的圆周运动一、考点突破：考点考纲要求题型说明利用机械能守恒定律分析竖直面内的圆周运动1.理解并熟记应用机械能守恒定律解题的步骤；2.灵活利用机械能守恒定律解决和圆周运动结合的问题。选择题计算题高考重点，每年必考，是对动力学方法和能量方法解题的综合考查，题目既有临界问题，又是多过程问题，考查了学生综合分析问题的能力，因此是高考难点。二、重难点提示：重点：机械能守恒定律，圆周运动向心力的来源。难点：机械能守恒定律和圆周运动向心力两个知识点的综合运用。一、机械能守恒定律解题步骤：1.确定对象、过程；2.判断机械能是否守恒；3.确定参考平面及初、末机械能；4.由机械能守恒定律列方程，求解。二、利用机械能守恒定律解决竖直面内圆周运动的多过程问题1.运用圆周运动向心力公式的技巧（1）公式：RTRRF22224mmvm合。【要点诠释】公式左边作受力分析，寻找向心力的来源；公式右边根据题目出现的v、、T选择公式。（2）临界条件：无支撑物的临界条件gRvRvmmg2，有支撑物的临界条件0v0合F。（3）物体不脱离轨道的含义：a.不能做完整圆周运动，最高到达与圆心等高的位置；b.恰好做完整的圆周运动。2.机械能守恒与圆周运动结合的解题技巧（1）根据题意，确定研究对象，建立模型；（2）对研究对象进行受力分析、做功分析，判断机械能是否守恒，分析向心力的来源（由哪些力提供）；（3）确定零势面，初、末状态的机械能（列出初、末状态的kpEE和）；（4）根据机械能守恒和圆周运动的规律列方程联合求解。2例题1一质量m=2kg的小球从光滑斜面上高h=3.5m处由静止滑下，斜面底端紧接着一个半径R=1m的光滑圆环，如图所示，试求（g=10m/s2）（1）小球滑至圆环底部时对环的压力；（2）小球滑至圆环顶点时对环的压力；（3）小球至少应从多高处由静止滑下才能刚好越过圆环最高点?思路分析：（1）从A下滑到B的过程，斜面对小球的支持力不做功，只有小球重力做功，故小球机械能守恒，以B点所在的水平面为零势能面初状态——起始点A0Av末状态——最低点B221BmvmghghvB2Rvmmg＝NFBB向B2N160)15.321(102)21(2RhmgRghmmgNB；（2）从A到C的过程，只有小球重力做功，故小球机械能同样守恒，以B点所在的水平面为零势能面初状态——起始点A0Av末状态——圆环最高点C2212CmvRmgmghRvmmg＝NFCC向C2)(40)515.32(102)52(2NRhmgmgRvmNCC；（3）刚好能越过最高点，小球在最高点只受重力作用根据RvmmgF向2求得gRv由机械能守恒可得2212'mvRmgmghmmRh5.215.25.2'。答案：（1）160N（2）40N（3）2.5m技巧点拨：同学们试着从转化的角度考虑看是否还能简单些。3例题2如图所示，半径R＝0.4m的光滑半圆环轨道处于竖直平面内，半圆环与粗糙的水平面相切于圆环的顶点A。一质量m＝0.10kg的小球以初速度v0＝7.0m/s在水平地面上向左做加速度的大小为3.0m/s2的匀减速直线运动，运动4.0m后，冲上竖直半圆环，求（g=10m/s2）：（1）小球到达端点A时的速度；（2）小球是否能到达圆环的最高点B；（3）如果小球能够到达圆环的最高点，求小球通过B点的速度和小球对B点的压力；（4）小球冲上竖直半圆环，最后落在C点，求A、C间的距离。思路分析：（1）∵小球在水平面做匀减速直线运动∴a＝－3.0m/s2asvvA2202s/m5s/m4)3(272220asvvA；（2）假设小球能冲上光滑圆环，根据机械能守恒定律2221221BAmvRmgmv代入数字可得smvB/3设小球到达最高点B的最小速度为最小Bv，此时小球重力充当向心力根据RvmmgFB向2最小求得smvB/2gR最小∵最小BBvv∴小球能到达最高点B；（3）smvB/3Rvmmg＝NFB向2NmgRvmNB25.12根据牛顿第三定律'N=N=1.25N；方向：竖直向上。（4）小球从B点抛出后做平抛运动，有2R=221gt解得：t=0.4s，xAC=vBt=1.2m。4答案：（1）5m/s（2）小球能到达最高点B（3）1.25N方向：竖直向上（4）1.2m【易错警示】在多过程的衔接处往往出现能量损失，衔接点要仔细分析是否有能量损失，大致可分成以下几种情况：1.绳子绷紧问题：绷紧前后速度大小发生了变化；2.碰撞问题：两物体发生碰撞，如果没有特殊说明，一般会有机械能的损失；3.子弹穿木块问题：子弹在射穿木块的过程中，有机械能的损失；4.摩擦生热问题：两物体相互摩擦产生热量，有机械能的损失。满分训练：如图，质量为１千克的小球用0.8米长的细线悬于固定点Ｏ。现将小球沿圆周拉到右上方的Ｂ点，此时小球离最低处Ａ点的高度是1.2米。松手让小球无初速度下落，试求它运动到最低处时对细线的拉力。思路分析：球从Ｂ下落到图中的Ｃ位置时，线从松弛状态开始张紧（易知图中α＝60°），因线张紧，之后小球才从Ｃ起开始做圆弧运动到达Ａ。从Ｂ→Ｃ机械能确实守恒，则48.01022BCghv米／秒。既然在Ｃ处开始转化为圆弧运动，意味着小球只保留了速度v的切向分量v１而损失了法向分量v２，也就是说损失了2221mv动能。这是因为在线张紧的瞬间，线上拉力对小球做了瞬时功，造成了2221mv动能转化为内能。这样，就Ｂ到Ａ的全过程而言，因在Ｃ处有线对小球做瞬时功，所以不满足“仅有重力做功”这个条件，故全过程中机械能不守恒。由几何知识可得，小球在Ｃ处以线速度3260sin1vvm/s开始做圆弧运动。在这之后，满足了“仅有重力做功”的条件，机械能守恒。则从C→A有22121'21Amvmghmv；而在A处对小球有lvmmgTA2，由此解得正确答案应为T＝3.5mg＝35N。5本题的典型错误是认为球从Ｂ到Ａ的过程中，只有重力做功，机械能守恒，所以有：2'21mvmghBA。在Ａ处，对小球又有：lmvmgT2'由此解得4042mgmglhmgTBAN。第三部分现代文阅读第12讲说明文阅读一、(2018·桂林)阅读下文，完成题目。你了解太阳吗？①太阳是太阳系的中心天体，占太阳系总体质量的99.86%。太阳系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天体以及星际尘埃等都围绕着太阳公转，而太阳则围绕着银河系的中心公转。②天文学家把太阳结构分为内部结构和大气结构两大部分。内部结构由内到外可分为太阳核心、辐射区、对流层3个部分；大气结构由内到外可分为光球层、色球层和日冕。③太阳的核心区域很小，半径只占太阳半径的1/4，但却是产生核聚变反应之处，是太阳的能源所在地。④太阳内部0.25－0.86个太阳半径区域称为太阳的辐射区。辐射区约占太阳体积的一半。太阳核心产生的能量，通过这个区域以辐射的方式向外传输。⑤对流层处于辐射区的外面。由于巨大的温度差引起对流，内部的热量以对流的形式从对流层向太阳表面传输。除了通过对流和辐射传输能量外，对流层的太阳大气湍流还会产生低频声波动，这种声波将机械能传输到太阳外层大气，从而产生加热和其他作用。⑥对流层上面的太阳大气，称为太阳光球层。太阳光球层是一层不透明的气体薄层，厚度均500千米。它确定了太阳非常清晰的边界，几乎所有的可见光都是从这一层发射出来的。⑦色球层位于光球层之上，厚度约2000千米。由于色球层发出的可见光总量不及光球层的1%，因此人们平常看不到它。只有在发生日全食时，即食既之前几秒钟或生光以后几秒钟，当光球所发射的明亮光线被月影完全遮掩的短暂时间内，才能看见在日面边缘呈现出狭窄的玫瑰红色的发光圈层，这就是色球层。⑧日冕是太阳大气的最外层，由高温、低密度的等离子体组成。亮度微弱，在白光中的总亮度比太阳圆面亮度的1%还低，相当于满月的亮度，因此只有在日全食时才能展现其光彩，平时观测则要使用日冕仪。日冕的温度高达百万度，其大小和形状与太阳活动有关，在太阳活动极大年时，日冕接近圆形；而在太阳活动宁静年则呈椭圆形。广义的日冕可包括地球轨道以内的范围。⑨从太阳的结构我们了解到，太阳虽然看似一个大火球，实际上它的能量是来源于太阳核心区域的核聚变反应。随着核聚变反应的不断发生，大阳的燃料也在不断地消耗，太阳究竟会不会永久存在呢？⑩其实，太阳只不过是宇宙中不计其数的恒星之一，它有自己的寿命，最终也会死亡。有数据显示，这个生命期开始于大约46亿年前，还将延续45至55亿年，之后，它将因耗尽氢燃料和氦燃料，坍缩成一颗白矮星。(来源：新华闻2018－05－27，有改动)1．对全文层次的划分正确的一项是(B)【考点五】A．①②③/④⑤⑥/⑦⑧⑨⑩B．①/②③④⑤⑥⑦⑧/⑨⑩C．①/②/③④⑤⑥⑦⑧⑨/⑩D．①②/③④⑤⑥⑦⑧/⑨⑩2．对下列说明方法判断有误的一项是(C)【考点四】A．太阳是太阳系的中心天体，占太阳系总体质量的99.86%。(列数字)B．太阳的核心区域很小，半径只占太阳半径的1/4。(作比较)C．对流层上面的太阳大气，称为太阳光球层。(下定义)D．在太阳活动极大年时，日冕接近圆形；而在太阳活动宁静年则呈椭圆形。(摹状貌)3．【A＋层级】下列表述不符合原文意思的一项是(C)【考点三】A．太阳的巨大能量来源于太阳的核心区域。B．太阳是宇宙中众多的恒星之一，也有寿命，现在的太阳正处在“中年”时期。C．日冕的温度很高，但亮度微弱，因此，即使在日全食时也难展现其光彩。D．“几乎所有的可见光都是从这一层发射出来的。”“几乎”从范围上进行限制说明。二、(2017·河池)阅读下文，完成题目。可燃冰①“冰”还可以燃烧？是的，千真万确，它叫作可燃冰。②什么是可燃冰？可燃冰是天然气水合物，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”“固体瓦斯”或“气冰”。③可燃冰是怎么形成的？要形成可燃冰，需要三个基本条件：原材料、温度和压力。首先温度不能太高，最高限是20℃；第二压力要适当，零度时，30个大气压以上它就可能生成；第三，地底要有气源，也就是天然气。④可燃冰的全球储量如何？已有发现显示，海洋可燃冰资源主要分布在北半球，且太平洋边缘海域资源最为丰富，其次是大西洋。初步估计，可燃冰的储量比地球上现在已知的石油总储量要大上几百倍。有数据说，全球可燃冰的资源量约为2100万亿立方米，可供人类使用1000年左右。我国可燃冰资源十分丰富，主要分布在南海和东海海域、青藏高原冻土带等区域，地质资源量约为1000亿吨油当量，是目前我国资源最丰富的清洁能源之一。⑤可燃冰与其他能源相比，有哪些特点？可燃冰有传统能源不具备的两大优势。一是能效高，烧得快。由于天然气含量占可燃冰体积的80%至99%，比常规天然气的纯净度平均高约10个百分点。1立方米的可燃冰可分解出164立方米甲烷气体，同等条件下可燃冰燃烧产生的能量比煤和石油要高出数十倍，这是传统能源远远达不到的标准。二是非常环保，烧得好。和煤比起来，可燃冰没有粉尘污染，和石油比起来没有毒气污染，甚至和传统天然气比起来没有其他杂质污染。⑥可燃冰有望取代煤、石油和天然气，成为21世纪的新能源。预计2030年前可进行商业开发。(选自新华网2017.05.31，有删改)1．下列对第⑤段画线句子运用的说明方法判断正确的一项是(B)【考点四】A．举例子列数字B．列数字作比较C．作比较下定义D．列数字打比方2．下列对文章的理解不正确的一项是(C)【考点三】A．可燃冰不是普通意义上的“冰”，它是天然气水合物，因其外观像冰一样且遇火即可燃烧而得名。B．可燃冰的形成需要三个基本条件：原材料、温度和压力，三者缺一不可。C．全球可燃冰的资源量为2100万亿立方米，可供人类使用1000年。D．可燃冰有传统能源不具备的两个优势：一是能效高，烧得快；二是非常环保，烧得好。