2021届物理一轮复习教学案-机械能守恒定律及其应用

精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜2021届物理一轮复习教学案-机械能守恒定律及其应用篇一：2021届高三物理一轮复习第5章机械能第3讲机械能守恒定律及其应用知能提升演练机械能守恒定律及其应用[随堂反馈]1．运动会中的投掷链球、铅球、铁饼和标枪等体育比赛项目都是把物体斜向上抛出的运动，如图所示，若不计空气阻力，这些物体从被抛出到落地的过程中()A．物体的机械能先减小后增大B．物体的机械能先增大后减小C．物体的动能先增大后减小，重力势能先减小后增大D．物体的动能先减小后增大，重力势能先增大后减小解析：不计空气阻力，这些物体被抛出后只有重力做功，故机械能均守恒，A、B错误；因物体均被斜向上抛出，在整个过程中重力先做负功再做正功，因此重力势能先增大后减小，而动能先减小后增大，D正确，C错误．答案：D2．(2021·高考四川卷)在同一位置以相同的速率把三个小球分别沿水平、斜向上、斜向下方向抛出，不计空气阻力，则落在同一水平地面时的速度大小()A．一样大C．斜向上抛的精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜最大落地时速度大小一定相等．答案：A3.(多选)(2021·高考全国卷Ⅱ)如图所示，滑块a、b的质量均为m，a套在固定竖直杆上，与光滑水平地面相距h，b放在地面上．a、b通过铰链用刚性轻杆连接，由静止开始运动．不计摩擦，a、b可视为质点，重力加速度大小为g.则()B.水平抛的最大D.斜向下抛的最大解析：不计空气阻力，小球在空中只受重力作用，机械能守恒．抛出时高度、速度大小相等，A．a落地前，轻杆对b一直做正功B．a落地时速度大小为2ghC．a下落过程中，其加速度大小始终不大于gD．a落地前，当a的机械能最小时，b对地面的压力大小为mg解析：设某一时刻a、b速度分别为va、vb，刚性轻杆与竖直杆的夹角为θ，则vacosθ＝vbsinθ.当a落到地面时，θ＝90°，cosθ＝0，故vb为0，可知a下落过程中b先加速后减速，轻杆对b先做正功后做负功，A错误．轻杆对a的力先为支持力后为拉力，故a的加速度先小于g后大于g，C错误．由于a、b系统只有重力和系统内杆的弹力做功，故a、精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜b机械能守恒，a落地时b速度为零，由机械能守恒定律得mgh＝mv2a，得va＝2gh，B正确．当a机械能最小时，b的机械能最大，即动能最大，此时F杆＝0，故FN＝mg，D正确．12答案：BD4.(多选)(2021·杭州二中检测)如图所示，M为固定在水平桌面上的有缺口的方形木块，34abcd是半径为Ra为轨道的最高点，de面水平且有一定长度．今将质量为m的小球在d点的正上方高为h处由静止释放，让其自由下落到d处切入轨道内运动，不计空气阻力，则()A．只要h大于R，释放后小球就能通过a点B．只要改变h的大小，就能使小球通过a点后，既可能落回轨道内，又可能落到de面上C．无论怎样改变h的大小，都不可能使小球通过a点后落回轨道内D．调节h的大小，可以使小球飞出de面之外(即e的右侧)v2解析：要使小球到达最高点a，则在最高点时有mg＝，得通精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜过最高点的最小速度v＝gR，R1233由机械能守恒定律得mg(h－R)＝mv，得hR，即h≥时，小球才能通过a点，A错误．若22212小球能达到a点，并从a点以最小速度平抛，有R＝，x＝vt＝2R，所以，无论怎样改2变h的大小，都不可能使小球通过a点后落回轨道内，B错误，C正确．如果h足够大，可使小球的平抛速度足够大，小球可能会飞出de面之外，D正确．答案：CD5．如图所示，ABC和DEF是在同一竖直平面内的两条光滑轨道，其中ABC的末端水平，DEF是半径为r＝0.4m的半圆形轨道，其直径DF沿竖直方向，C、D可看作重合的点．现有一可视为质点的小球从轨道ABC上距C点高为H的地方由静止释放．(g取10m/s)2(1)若要使小球经C处水平进入轨道DEF且能沿轨道运动，H至少多高？(2)若小球静止释放处离C点的高度h小于(1)中H的最小值，小球可击中与圆心等高的E点，求h.解析：(1)小球沿ABC轨道下滑，机械能守恒，设到达C点时精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜的速度大小为v，则12mgH＝mv2①mv2小球能在竖直平面内做圆周运动，在圆周最高点必须满足mg≤②r①②两式联立并代入数据得H≥0.2m.(2)若h<H，小球过C点后做平抛运动，设球经C点时的速度大小为vx，则击中E点时，12竖直方向上有r③2水平方向上有r＝vxt④12又由机械能守恒定律有mgh＝x⑤2由③④⑤联立可解得h＝0.1m.4答案：(1)0.2m(2)0.1m[课时作业]一、单项选择题1.(2021·高考天津卷)如图所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，且处于原长状态．现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜长度变为2L(未超过弹性限度)，则在圆环下滑到最大距离的过程中()rA．圆环的机械能守恒B．弹簧弹性势能变化了3mgLC．圆环下滑到最大距离时，所受合力为零D．圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变解析：在圆环下滑过程中拉伸弹簧，圆环的部分机械能转化为弹簧的弹性势能，圆环与弹簧组成的系统机械能守恒，A错误．由于系统机械能守恒，在圆环运动到最低点时圆环减小的重力势能全部转化成弹簧的弹性势能，Ep＝3mgL，B正确．圆环刚开始运动时合力向下，加速下滑，当合力为零时速度最大，在最低点速度减小到零，合力方向应向上，C错误．下滑过程中，圆环先加速后减速，动能一直改变，因此圆环重力势能与弹簧弹性势能之和也改变，D错误．答案：B2．(2021·高考新课标全国卷Ⅱ)取水平地面为重力势能零点．一物块从某一高度水平抛出，在抛出点其动能与重力势能恰好相等．不计空气阻力．该物块落地时的速度方向与水平方向的夹角为()πA.6πC.3B.D.π45π12121212精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜解析：由题意可知，mgh＝mv0，又由动能定理得mgh＝mv－mv0，根据平抛运动可知v0222是v的水平分速度，则cosα＝＝解得α＝45°，B正确．答案：B3.(2021·高考新课标全国卷Ⅱ)如图，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大环上质量为m的小环(可视为质点)，从大环的最高处由静止滑下．重力加速度大小为g.当小环滑到大环的最低点时，大环对轻杆拉力的大小为()v0v2其中α为物块落地时速度方向与水平方向的夹角，2A．Mg－5mgC．Mg＋5mgB.Mg＋mgD.Mg＋10mg12解析：以小环为研究对象，设大环半径为R，根据机械能守恒定律，得mg·2R＝，在大2v2环最低点有FN－mg＝mFN＝5mg，此时再以大环为研究对象，受力分析如图，由牛顿第R精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜三定律知，小环对大环的压力FN′＝FN，方向竖直向下，故F＝Mg＋5mg，由牛顿第三定律知C正确．答案：C4.如图，可视为质点的小球A、B用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地面上半径为R的光滑圆柱，A的质量为B的两倍．当B位于地面时，A恰好与圆柱轴心等高．将A由静止释放，B上升的最大高度是()A．2R4RC.3B.D.5R32R3解析：以A、B为系统，以地面为零势能面，设A质量为2m，B质量为m，根据机械能守恒1122定律有2mgR＝mgR＋mv，A落地后B将以v做竖直上抛运动，即有mv＝mgh，解得h＝22114，则B上升的高度为RR＝R，故选项C正确．333答案：C5.如图所示，粗细均匀、两端开口的U形管内装有同种液体，开始时两边液面高度差为h，管中液柱总长度为4h，后来让液体自由流动，当两液面高度相等时，右侧液面下降的速度为()A.C.精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜18141gh61gh2解析：当两液面高度相等时，减少的重力势能转化为整个液体的动能，根据机械能守恒定律1112有·h＝，解得v＝8221.8答案：A6.(2021·高考安徽卷)如图所示，有一内壁光滑的闭合椭圆形管道，置于竖直平面内，MN是通过椭圆中心O点的水平线．已知一小球从M点出发，初速率为v0，沿管道MPN运动，到N点的速率为v1，所需时间为t1；若该小球仍由M点以初速率v0出发，而沿管道MQN运动，到N点的速率为v2，所需时间为t2，则()A．v1＝v2，t1>t2C．v1＝v2，t1<t2B.v1<v2，t1>t2D.v1<v2，t1<t2篇二：2021届高考物理一轮总复习必修部分第5章机械能及其守恒定律第3讲机械能守恒定律及其应用随堂集训第3讲机械能守恒定律及其应用精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜1．[2021·课标全国卷Ⅱ](多选)如图，滑块a、b的质量均为m，a套在固定竖直杆上，与光滑水平地面相距h，b放在地面上。a、b通过铰链用刚性轻杆连接，由静止开始运动。不计摩擦，a、b可视为质点，重力加速度大小为g。则()A．a落地前，轻杆对b一直做正功B．a落地时速度大小为2ghC．a下落过程中，其加速度大小始终不大于gD．a落地前，当a的机械能最小时，b对地面的压力大小为mg答案BD解析由于刚性杆不伸缩，滑块a、b沿杆方向的分速度相等，滑块a落地时，速度方向竖直向下，故此时滑块b的速度为零，可见滑块b由静止开始先做加速运动后做减速运动，对滑块b受力分析，可知杆对滑块b先做正功，后做负功，选项A错误；因系统机械能守恒，则杆对滑块a先做负功，后做正功，做负功时，滑块a的加速度小于g，做正功时，滑块a的加速度大于g，选项C错误；杆对滑块a的弹力刚好为零时，a的机械能最小，此时对滑块b受力分析，可知地面对b的支持力刚好等于mg，根据牛顿第三定律，b对地面的压力大小12为mg，选项D正确；由机械能守恒定律，可得mgh＝，即精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜v＝2gh，选项B正确。22.[2021·天津高考]如图所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，且处于原长状态。现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L(未超过弹性限度)，则在圆环下滑到最大距离的过程中()A．圆环的机械能守恒B．弹簧弹性势能变化了3mgLC．圆环下滑到最大距离时，所受合力为零D．圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变答案B解析圆环在下滑的过程中，圆环和弹簧组成的系统机械能守恒，而圆环的机械能并不守恒，A项错误；在下滑到最大距离的过程中，圆环动能的变化量为零，因此圆环减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能，即Ep＝?2L?－L＝3mgL，B项正确；圆环下滑的过程中速度先增大后减小，加速度先减小后增大，到最大距离时，向上的加速度最大，此时圆环所受合力不为零，C项错误；由于圆环和弹簧组成的系统机械能守恒，所以圆环重力势能、圆环的动能与弹簧的弹性势能之和为定值，因此圆精编WORD文档下载可编缉打印下载文档，远离加班熬夜环重力势能与弹簧弹性势能之和先减小后增大，D项错误。223.[2021·福建高考]如图，两根相同的轻质弹簧，沿足够长的光滑斜面放置，下端固定在斜面底部挡板上，斜面固定不动。质量不同、形状相同的两物块分别置于两弹簧上端。现用外力作用在物块上，使两弹簧具有相同的压缩量，若撤去外力后，两物块由静止沿斜面向上弹出并离开弹簧，则从撤去外力到物块速度第一次减为零的过程，两物块()A．最大速度相同C．上升的最大高度不同答案C解析刚释放物体时，弹力相同，由于质量不同，物体的加速度不同，上升的最大高度也不同，B错误，C正确。当弹簧弹力大小等于物体重力沿斜面向下的分力时，速度最大，由于物体质量不同，弹簧的形变量的变化不同，弹