（浙江专用）2020版高考物理一轮复习 专题六 机械能教师用书（PDF，含解析）

专题六机械能真题多维细目表真题涉分考点功和功率动能和动能定理势能和机械能守恒定律功能关系和能量守恒定律题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素２０１９浙江４月，１９９功计算易空气中竖直上抛物理建模３问递进科学推理２０１９浙江４月，２０１２动能定理计算难传送带、平抛物理建模３问递进科学推理２０１８浙江１１月，５３弹性势能单选易撑杆跳物理建模选项并列科学推理２０１８浙江１１月，１３／１９３／９机械能守恒单选难／中物体过坡（管）道物理建模选项并列／３问递进科学推理２０１８浙江１１月，２０１２功能关系计算中篮球撞弹簧物理建模４问递进科学推理２０１８浙江４月，１３３重力势能单选难套绳滑环物理建模选项互斥科学推理２０１８浙江４月，２０１２动能定理能量损耗计算难多次弹跳小球物理建模４问递进科学推理２０１７浙江１１月，４３动能定理单选易滑道下滑物理建模选项并列科学推理２０１７浙江１１月，１０３功、功率单选中俯卧撑物理建模选项互斥科学推理２０１７浙江１１月，１３３功率功能关系单选难消防车水炮物理建模选项互斥科学推理２０１７浙江１１月，２０１２动能定理计算难过山车物理建模３问递进科学推理２０１７浙江４月，１２３机械能功能关系单选易火箭发射、回收基本概念选项并列物理观念２０１７浙江４月，２０１２功率动能定理计算难汽车过弯道物理建模３问递进科学推理２０１６浙江１０月，４３功能关系单选易无人机升空基本概念选项递进科学推理２０１６浙江１０月，２０１２动能定理计算难过山车物理建模３问递进科学推理２０１６浙江４月，１２３能量转化效率单选中太阳能路灯物理建模选项互斥科学推理２０１６浙江４月，２０１２弹性势能计算易弹簧发射器物理建模３问递进科学推理２０１５浙江１０月，５３能量守恒单选易“永动机”基本概念选项并列能量观念２０１５浙江１０月，８３机械能单选易荡秋千物理建模选项互斥科学推理２０１５浙江１０月，１２３功单选易阻力做功物理建模选项互斥科学推理２０１５浙江１０月，２０１２动能定理计算难避险车道物理建模３问递进科学推理总计卷均分１８．７５５题／８卷７题／８卷７题／８卷６题／８卷计算／选择难／易占比１８．７５％考频常见考法命题规律与探究本专题主要考查功率、动能定理、机械能守恒、功能关系等知识，主要涉及动能定理与曲线运动的关系、机械能与圆周运动的关系、功能关系与能量守恒等问题。主要体现在以下几方面：（１）机械能的问题主要结合受力分析、动能定理来求解，匀变速运动在某些时候也可以用来求解问题；（２）利用功率相关公式可以求解变力做功时物体的初、末速度；（３）动能定理结合平抛运动，可以解决末速度、末位置等问题，应用机械能守恒能很好地解决竖直面内圆周运动问题；（４）本专题还涉及弹性势能、摩擦力做功、能量损耗的应用。命题变化与趋势预计２０２０年命题趋势本着稳中有变的原则，在计算难度上会持续上升，但考查内容不会有太大变化，依然以上面几点作为主要考查内容。对物理核心素养中的能量观念、科学推理及科学论证有较高要求。４８　　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）对应学生用书起始页码Ｐ８５考点一功和功率　　一、功１．功的定义：一个物体受到力的作用，如果在力的方向上①　发生一段位移　，就说这个力对物体做了功。２．做功的两个必要因素：②　力　和③　物体在力的方向上发生的位移　，缺一不可。３．功的物理意义：功是④　能量转化　的量度。４．公式：（１）当恒力Ｆ的方向与位移ｌ的方向一致时，力对物体所做的功为Ｗ＝⑤　Ｆｌ　。（２）当恒力Ｆ的方向与位移ｌ的方向成某一角度α时，力Ｆ对物体所做的功为Ｗ＝⑥　Ｆｌｃｏｓα　，即力对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力与位移的夹角的余弦这三者的乘积。５．功是标量，但有正负。由Ｗ＝Ｆｌｃｏｓα，可以看出：（１）当α＝０时，ｃｏｓα＝１，即Ｗ＝Ｆｌ，力对物体做⑦　正功　。（２）当０＜α＜９０°时，０＜ｃｏｓα＜１，力对物体做⑧　正功　。（３）当α＝９０°时，力与位移垂直，ｃｏｓα＝０，Ｗ＝０，即力对物体⑨　不做功　，外界和物体间无能量交换。（４）当９０°＜α＜１８０°时，ｃｏｓα＜０，力对物体做⑩　负功　，是物体运动的阻力。（５）当α＝１８０°时，ｃｏｓα＝－１，此时Ｗ＝－Ｆｌ，即力的方向与物体运动位移的方向完全相反。６．合力做功的三种求法（１）合力做的功等于各个力分别对物体做功的􀃊􀁉􀁓　代数和　。（２）可以先求出合力，再直接计算合力做的功，有􀃊􀁉􀁔　Ｗ合＝Ｆ合ｓｃｏｓα　。（３）已知物体􀃊􀁉􀁕　动能变化量　，则可以利用动能定理计算合力做的功。二、功率１．功率是描述􀃊􀁉􀁖　做功快慢　的物理量，定义为功与完成这些功所用时间的比值。功率的大小只与这个比值有直接联系，与做功多少和时间长短无直接联系。比值越大，功率就越大，做功就越快；比值越小，功率就越小，做功就越慢。２．计算功率的两种表达式（１）Ｐ＝Ｗｔ，用此公式求出的是􀃊􀁉􀁗　平均　功率。（２）􀃊􀁉􀁘　Ｐ＝Ｆｖｃｏｓα　，其中Ｆ为恒力，若ｖ为平均速度，则Ｐ为平均功率；若ｖ为瞬时速度，则Ｐ为瞬时功率。三、对功的理解１．公式Ｗ＝Ｆｌｃｏｓα表明力对物体做多少功由力的大小、位移的大小、力和位移方向间的夹角共同决定，只适用于恒力功的计算。２．公式Ｗ＝Ｆｌｃｏｓα中ｌ的物理意义是物体相对于地面的位移。３．功的正负由力和位移方向之间的夹角决定。（１）当０°≤θ＜９０°时，力对物体做正功；（２）当９０°＜θ≤１８０°时，力对物体做负功；（３）当θ＝９０°时，力对物体不做功。力对物体做正功时力跟位移的方向并不一定相同，力对物体做负功时力跟位移的方向也不一定相反。４．功是标量，求几个力对物体做的总功，应当是这几个力对物体做功的代数和。５．一对作用力跟反作用力的功的代数和不一定为零。这是因为虽然一对相互作用力的大小相等、方向相反，但相互作用的物体的位移由它们的初速度和合外力的情况决定，不存在必然的联系。四、功率的应用和求解１．正确理解瞬时功率Ｐ＝Ｆ·ｖ中，Ｐ、Ｆ、ｖ的对应关系。２．正确理解平均功率公式Ｐ＝Ｗｔ中，Ｐ、Ｗ、ｔ的对应关系。图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量ｍ＝５×１０３ｋｇ的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度ａ＝０．２ｍ／ｓ２，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做ｖｍ＝１．０２ｍ／ｓ的匀速运动。取ｇ＝１０ｍ／ｓ２，不计额外功。求：（１）起重机允许输出的最大功率。（２）重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第２秒末的输出功率。解析　（１）设起重机允许输出的最大功率为Ｐ０，重物达到最大速度时，拉力Ｆ０的大小等于重力大小。Ｐ０＝Ｆ０ｖｍ①Ｆ０＝ｍｇ②代入数据，有：Ｐ０＝５．１×１０４Ｗ③（２）匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为Ｆ，速度为ｖ１，匀加速运动经历时间为ｔ１，有：Ｐ０＝Ｆｖ１④Ｆ－ｍｇ＝ｍａ⑤ｖ１＝ａｔ１⑥由③④⑤⑥，代入数据，得：ｔ１＝５ｓ⑦ｔ＝２ｓ时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为ｖ２，输出功率为Ｐ，则ｖ２＝ａｔ２⑧Ｐ＝Ｆｖ２⑨由⑤⑧⑨代入数据得：Ｐ＝２．０４×１０４Ｗ⑩答案　（１）５．１×１０４Ｗ　（２）５ｓ　２．０４×１０４Ｗ点拨　关键词：①匀加速直线运动，②输出功率达到其允许的最大值，③匀速运动，④匀加速运动所经历的时间。题目涉及的是瞬时功率问题，可以用Ｐ＝Ｆｖ求解。１．（２０１７浙江诸暨中学期中）（多选）如图所示，木块静止在光滑水平桌面上，一子弹平射入木块的深度为ｄ时，子弹与木块相对静止，在子弹入射的过程中，木块沿桌面移动的距离为Ｌ，木􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题六　机械能４９　　　块对子弹的平均阻力为ｆ，那么在这一过程中，下列说法正确的是（　　）Ａ．木块的机械能增量为ｆＬＢ．子弹的机械能减少量为ｆ（Ｌ＋ｄ）Ｃ．系统的机械能减少量为ｆｄＤ．子弹内能的增加量为ｆｄ１．答案　ＡＢＣ　子弹对木块的作用力大小为ｆ，木块相对于桌面的位移为Ｌ，则子弹对木块做功为ｆＬ，根据动能定理得知，木块动能的增加量等于子弹对木块做功，为ｆＬ，故Ａ正确；子弹相对于桌面的位移大小为Ｌ＋ｄ，则木块对子弹的阻力做功为－ｆ（Ｌ＋ｄ），根据动能定理知，子弹动能的减少量等于子弹克服阻力做功，大小为ｆ（Ｌ＋ｄ），故Ｂ正确；子弹相对于木块的位移大小为ｄ，则系统克服阻力做功为ｆｄ，根据功能关系可知，系统动能的减少量为ｆｄ，故Ｃ正确；根据能量守恒定律知，子弹和木块组成的系统产生的热量为ｆｄ，故Ｄ错误。２．（多选）如图所示，ａ、ｂ两球的质量均为ｍ，ａ从倾角为４５°的光滑固定斜面顶端无初速度下滑，ｂ从斜面顶端以初速度ｖ０平抛，对二者的运动过程以下说法正确的是（　　）Ａ．都做匀变速运动Ｂ．落地前的瞬间速率相同Ｃ．整个运动的过程重力对二者做功的平均功率相同Ｄ．整个运动过程重力势能的变化相同２．答案　ＡＤ　由于两球运动过程中加速度均恒定不变，所以Ａ正确。根据机械能守恒定律有１２ｍｖ２末＝１２ｍｖ２初＋ｍｇｈ，由于ｖ初ａ＝０，ｖ初ｂ＝ｖ０，所以落地时ｖ末ｂ＞ｖ末ａ，Ｂ错误。两球在竖直方向运动的距离相同，则重力做功相等，又运动时间ｔａ＞ｔｂ，由Ｐ＝Ｗｔ知，Ｐａ＜Ｐｂ，Ｃ错误。根据ΔＥｐ＝－ｍｇｈ知，Ｄ正确。３．（多选）质量为ｍ的物体静止在光滑水平面上，从ｔ＝０时刻开始受到水平力的作用。力的大小Ｆ与时间ｔ的关系如图所示，力的方向保持不变，则（　　）Ａ．３ｔ０时刻的瞬时功率为５Ｆ２０ｔ０ｍＢ．３ｔ０时刻的瞬时功率为１５Ｆ２０ｔ０ｍＣ．０～３ｔ０内，水平力的平均功率为２３Ｆ２０ｔ０４ｍＤ．０～３ｔ０内，水平力的平均功率为２５Ｆ２０ｔ０６ｍ３．答案　ＢＤ　根据Ｆ－ｔ图线，在０～２ｔ０内的加速度ａ１＝Ｆ０ｍ２ｔ０时的速度ｖ２＝ａ１·２ｔ０＝２Ｆ０ｍｔ００～２ｔ０内位移ｘ１＝ｖ２２·２ｔ０＝２Ｆ０ｍｔ２０，故０～２ｔ０内水平力做的功Ｗ１＝Ｆ０ｘ１＝２Ｆ２０ｍｔ２０在２ｔ０～３ｔ０内的加速度ａ２＝３Ｆ０ｍ３ｔ０时的速度ｖ３＝ｖ２＋ａ２ｔ０＝５Ｆ０ｍｔ０故３ｔ０时的瞬时功率Ｐ３＝３Ｆ０ｖ３＝１５Ｆ２０ｔ０ｍ在２ｔ０～３ｔ０内位移ｘ２＝ｖ２＋ｖ３２·ｔ０＝７Ｆ０ｔ２０２ｍ故２ｔ０～３ｔ０内水平力做的功Ｗ２＝３Ｆ０·ｘ２＝２１Ｆ２０ｔ２０２ｍ因此在０～３ｔ０内水平力的平均功率Ｐ＝Ｗ１＋Ｗ２３ｔ０＝２５Ｆ２０ｔ０６ｍ。故Ｂ、Ｄ正确。４．如图所示，某工厂用传送带向高处运送货物，将一货物轻轻放在传送带底端，第一阶段物体被加速到与传送带具有相同的速度，第二阶段与传送带相对静止，匀速运动到传送带顶端。下列说法正确的是（　　）Ａ．第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体不做功Ｂ．第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加量Ｃ．第一阶段物体和传送带间摩擦产生的热量等于第一阶段物体机械能的增加量Ｄ．物体从底端到顶端全过程机械能的增加量大于摩擦力对物体所做的功４．答案　Ｃ　对物体分析知，其在两个阶段所受摩擦力方向都沿传送带向上，与其运动方向相同，摩擦力对物体都做正功，Ａ错误；由动能定理知，合外力做的总功等于物体动能的增加量，Ｂ错误；物体机械能的增加量等于摩擦力对物体所做的功，Ｄ错误；设第一阶段运动时间为ｔ，传送带速度为ｖ，对物体：ｘ１＝ｖ２ｔ，对传送带：ｘ１′＝ｖｔ，摩擦产生的热量Ｑ＝ｆｘ相对＝ｆ（ｘ１′－ｘ１）＝ｆｖ２ｔ()，机械能增加量ΔＥ＝ｆｘ１＝ｆｖ２ｔ()，所以Ｑ＝ΔＥ，Ｃ正确。考点二动能和动能定理　　一、动能１．定义：物体由于运动所具有的能。２．计算公式：Ｅｋ＝①　１２ｍｖ２　。３．动能是标量，是描述物体运动状态的物理量，其单位与功的单位相同。在国际单位制中，其单位是焦耳（Ｊ）。二、动能定理􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋