（山东专用）2020届高考物理一轮复习 专题六 机械能及其守恒定律教师用书（PDF，含解析）

专题六机械能及其守恒定律真题多维细目表真题涉分考点功、功率动能定理机械能守恒定律功能关系、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课标Ⅱ，１８６功能关系多选难上抛物体数图转化选项并列科学推理２０１９课标Ⅱ，２５２０动能定理计算难汽车刹车分析综合３问递进模型构建科学推理２０１９课标Ⅲ，１７６动能定理单选中上抛物体数图转化选项冲突模型构建２０１８课标Ⅰ，１８６功能关系单选中竖直圆弧轨道转化思想选项冲突能量观念２０１８课标Ⅱ，１４６动能定理单选易拉动木箱分析判断选项冲突科学推理２０１８课标Ⅲ，１９６功、功率多选中竖井矿车图像法选项并列科学推理２０１８课标Ⅲ，２５２０动能定理计算难竖直圆弧轨道运动建模３问递进模型建构科学推理２０１７课标Ⅰ，２４１２机械能、功能关系计算中飞船返回转化思想２问递进能量观念科学推理２０１７课标Ⅱ，１４６功单选易竖直圆轨道分析判断选项冲突科学推理２０１７课标Ⅱ，２４６动能定理计算中冰球运动运动建模２问递进能量观念模型建构２０１７课标Ⅲ，１６６功功能关系单选易均匀绳下端被拉起运动建模选项并列科学推理２０１６课标Ⅰ，２５１８动能定理机械能守恒计算难斜面、圆弧轨道物理建模３问递进能量观念科学推理２０１６课标Ⅱ，１６６动能定理单选易球竖直面摆动比较法选项并列科学推理２０１６课标Ⅱ，２１６功、功率机械能守恒多选难弹簧挂物守恒思想选项并列科学推理２０１６课标Ⅱ，１９６功多选中两小球下落分析判断选项并列科学推理科学论证２０１６课标Ⅱ，２５２０机械能守恒计算中竖直半圆轨道守恒思想２问递进能量观念科学推理２０１６课标Ⅲ，２０６动能定理多选中半球面运动建模选项冲突科学论证２０１６课标Ⅲ，２４１２机械能守恒计算中竖直圆弧轨道守恒思想２问递进科学推理科学论证２０１５山东理综，２３１８动能定理计算中物块、小球平衡及运动物理建模２问递进能量观念科学推理总计卷均分１６５题／１２卷９题／１２卷４题／１２卷４题／１２卷选择／计算中／难占比１４．５５％考频常见考法命题规律与趋势０１考查内容１．功、功率。２．动能、动能定理。３．机械能守恒定律。４．功能关系。０２命题趋势１．一般与实际生产、生活相联系。２．利用功能关系、机械能守恒定律解决单个或多个物体的运动问题。０３命题特点１．既有选择题，也有计算题。２．多与动量问题结合以综合题的形式出现。０４核心素养本专题考查的学科素养主要是物理观念、科学思维。４６　　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）对应学生用书起始页码Ｐ７２考点一功、功率　　１．功的正负的判断方法２．恒力做功的计算方法３．摩擦力做功的特点（１）静摩擦力做的功①静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。②相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总为零，即Ｗ１＋Ｗ２＝０。③在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移（静摩擦力起着传递机械能的作用），而没有机械能转化为其他形式的能。（２）滑动摩擦力做的功①滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。②相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做功的代数和总为负值。（Ｗ１＋Ｗ２＝－Ｑ，其中Ｑ就是在摩擦过程中产生的热量）③一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化和转移的情况：一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，转化为内能的数值等于滑动摩擦力与相对路程的乘积，即Ｑ＝Ｆｆｌ相。４．一对作用力与反作用力的功与一对平衡力的功（１）一对作用力与反作用力做功情形分析作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，同时存在，同时消失。但它们分别作用在两个不同的物体上，而这两个物体各自发生的位移却是不确定的。所以作用力做功时，反作用力可能做功，也可能不做功，可能做正功，也可能做负功，不要以为作用力与反作用力所做的功一定数值相等，且一正一负。（２）一对平衡力的功一对平衡力作用在同一物体上，若物体静止，则两个力都不做功；若物体运动，则这一对力所做的功一定是数值相等，一正一负或均为零。５．功率（１）平均功率的计算方法①利用Ｐ＝Ｗｔ。②利用Ｐ＝Ｆｖｃｏｓθ，其中ｖ为物体运动的平均速度，Ｆ为恒力。（２）瞬时功率的计算方法①利用Ｐ＝Ｆｖｃｏｓθ，其中ｖ为ｔ时刻的瞬时速度。②利用Ｐ＝ＦｖＦ，其中ｖＦ为物体的速度ｖ在力Ｆ方向上的分速度。③利用Ｐ＝Ｆｖｖ，其中Ｆｖ为物体受的外力Ｆ在速度ｖ方向上的分力。水平长直轨道上紧靠放置ｎ个质量为ｍ可看成质点的物块，物块间用长为ｌ的细线连接，开始处于静止状态，与轨道间的动摩擦因数为μ。用水平恒力Ｆ拉１开始运动，到连接第ｎ个物块的线刚好拉直时整体速度正好为零，则（　　）Ａ．拉力Ｆ所做功为ｎＦｌＢ．系统克服摩擦力做功为ｎ（ｎ－１）μｍｇｌ２Ｃ．Ｆ＞ｎμｍｇ２Ｄ．（ｎ－１）μｍｇ＜Ｆ＜ｎμｍｇ思路点拨　（１）可看成质点的物块→物块大小忽略不计。（２）开始处于静止状态→物块整体初速度为零。（３）连接第ｎ个物块的线刚好拉直时整体速度正好为零→拉力Ｆ的位移为（ｎ－１）ｌ，物块整体的末速度为零。解析　物块１的拉移为（ｎ－１）ｌ，则拉力Ｆ所做功为ＷＦ＝Ｆ·（ｎ－１）ｌ＝（ｎ－１）Ｆｌ，故Ａ错误；系统克服摩擦力做功为Ｗｆ＝μｍｇｌ＋μｍｇ·２ｌ＋…＋μｍｇ·（ｎ－２）ｌ＋μｍｇ·（ｎ－１）ｌ＝ｎ（ｎ－１）μｍｇｌ２，故Ｂ正确；连接第ｎ个物块的线刚好拉直时整体速度正好为零，假设没有动能损失，由动能定理得ＷＦ＝Ｗｆ，解得Ｆ＝ｎμｍｇ２，由于细线绷紧瞬间系统有动能损失，根据功能关系可知Ｆ＞ｎμｍｇ２，故Ｃ正确，Ｄ错误。答案　ＢＣ１．物体在平行于斜面向上的拉力作用下，分别沿倾角不同斜面的底端，匀速运动到高度相同的顶端，物体与各斜面间的动摩擦因数相同，则（　　）Ａ．沿倾角较小的斜面拉，拉力做的功较多Ｂ．沿倾角较大的斜面拉，克服重力做的功较多Ｃ．无论沿哪个斜面拉，拉力做的功相同Ｄ．无论沿哪个斜面拉，克服摩擦力做的功相同１．答案　Ａ　设斜面倾角为θ，由平衡条件得Ｆ－ｍｇｓｉｎθ－μｍｇｃｏｓθ＝０，解得Ｆ＝ｍｇｓｉｎθ＋μｍｇｃｏｓθ，Ｆ做的功为Ｗ＝ＦＬ＝（ｍｇｓｉｎθ＋μｍｇｃｏｓθ）ｈｓｉｎθ＝ｍｇｈ＋μｍｇｈｃｏｔθ，因为ｍ、ｈ、μ相等，所以θ越小，Ｗ越大，故Ａ正确，Ｃ错误；重力做功只与高度差有关，高度相等，所以克服重力做功相等，故Ｂ错误；克服摩擦力做的功Ｗｆ＝μｍｇｃｏｓθ·Ｌ＝μｍｇｃｏｓθ·ｈｓｉｎθ＝μｍｇｈｔａｎθ，所以倾角越大，克服摩擦力做的功越少，故Ｄ错误。２．（多选）如图，质量为Ｍ＝７２ｋｇ的重物放置在水平地面上，柔软不可伸长的轻绳跨过光滑轻质滑轮，绳一端连接重物，另一端被质量为ｍ＝６０ｋｇ的人抓住，起初绳子恰好处于竖直绷紧状态，人通过抓绳以ａ＝４ｍ／ｓ２的加速度竖直攀升２ｍ，ｇ取１０ｍ／ｓ２，则此过程（　　）􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题六　机械能及其守恒定律４７　　　Ａ．重物的加速度大小为２ｍ／ｓ２Ｂ．绳子的拉力大小为８４０ＮＣ．人的拉力做的功为２３８０ＪＤ．绳的拉力对重物做功的平均功率为７００Ｗ２．答案　ＢＣＤ　对人，由牛顿第二定律得Ｆ－ｍｇ＝ｍａ，解得Ｆ＝ｍｇ＋ｍａ＝８４０Ｎ，对物体，由牛顿第二定律得Ｆ′－Ｍｇ＝ｍａ′，Ｆ＝Ｆ′，解得ａ′＝５３ｍ／ｓ２，故Ａ错误，Ｂ正确；上升２ｍ人获得的速度ｖ＝２ａｈ＝４ｍ／ｓ，经历的时间ｔ＝ｖａ＝１ｓ，重物上升的高度ｈ′＝１２ａ′ｔ２＝５６ｍ，获得的速度ｖ′＝ａ′ｔ＝５３ｍ／ｓ，对人和重物组成的整体，根据动能定理得Ｗ－ｍｇｈ－Ｍｇｈ′＝１２ｍｖ２＋１２Ｍｖ′２，解得Ｗ＝２３８０Ｊ，故Ｃ正确；拉力对重物做功Ｗ＝Ｍｇｈ′＋１２Ｍｖ′２，平均功率Ｐ＝Ｗｔ＝７００Ｗ，故Ｄ正确。３．（２０１９山东菏泽模拟）（多选）质量为ｍ的物体静止在粗糙的水平地面上，从ｔ＝０时刻开始受到方向恒定的水平拉力Ｆ作用，Ｆ与时间ｔ的关系如图甲所示。物体在１２ｔ０时刻开始运动，其ｖ－ｔ图像如图乙所示，若可认为滑动摩擦力等于最大静摩擦力，则（　　）Ａ．物体与地面间的动摩擦因数为Ｆ０ｍｇＢ．物体在ｔ０时刻的加速度大小为２ｖ０ｔ０Ｃ．物体所受合外力在ｔ０时刻的功率为２Ｆ０ｖ０Ｄ．水平力Ｆ在ｔ０到２ｔ０这段时间内的平均功率为Ｆ０２ｖ０＋Ｆ０ｔ０ｍæèçöø÷３．答案　ＡＤ　物体在ｔ０２时刻开始运动，说明此时阻力等于水平拉力，即ｆ＝Ｆ０，动摩擦因数μ＝Ｆ０ｍｇ，故Ａ正确；在ｔ０时刻由牛顿第二定律可知，２Ｆ０－ｆ＝ｍａ，ａ＝２Ｆ０－ｆｍ＝Ｆ０ｍ，故Ｂ错误；物体在ｔ０时刻受到的合外力为Ｆ合＝２Ｆ０－ｆ＝Ｆ０，功率为Ｐ＝Ｆ０ｖ０，故Ｃ错误；２ｔ０时刻速度为ｖ１＝ｖ０＋Ｆ０ｍｔ０，在ｔ０～２ｔ０时间内的平均速度为ｖ＝ｖ１＋ｖ０２＝２ｖ０＋Ｆ０ｍｔ０２，故平均功率为Ｐ＝２Ｆ０ｖ＝Ｆ０２ｖ０＋Ｆ０ｔ０ｍæèçöø÷，故Ｄ正确。考点二动能定理　　１．动能２．动能定理３．应用动能定理解题的一般步骤特别提醒①对“外力”的理解：动能定理中所说的“外力”，是指物体受到所有力，包括重力。②对“总功”的两种理解：Ⅰ．各外力功的代数和：Ｗ合＝Ｗ１＋Ｗ２＋…；Ⅱ．合外力的功：Ｗ合＝Ｆ合ｌｃｏｓθ（力均为恒力）。③对“位移和速度”的理解：必须是相对于同一个惯性参考系，一般以地面为参考系。近来，我国多个城市开始重点治理“中国式过马路”行为。每年全国由于行人不遵守交通规则而引发的交通事故上万起，死亡上千人。只有科学设置交通管制，人人遵守交通规则，才能保证行人的生命安全。如图所示，停车线ＡＢ与前方斑马线边界ＣＤ间的距离为２３ｍ。质量８ｔ、车长７ｍ的卡车以５４ｋｍ／ｈ的速度向北匀速行驶，当车前端刚驶过停车线ＡＢ，该车前方的机动车交通信号灯由绿灯变黄灯。（１）若此时前方Ｃ处人行横道路边等待的行人就抢先过马路，卡车司机发现行人，立即制动，卡车受到的阻力为３×１０４Ｎ。􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋４８　　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）求卡车的制动距离；（２）若人人遵守交通规则，该车将不受影响地驶过前方斑马线边界ＣＤ。为确保行人安全，Ｄ处人行横道信号灯应该在南北向机动车信号灯变黄灯后至少多久变为绿灯？解析　已知卡车质量ｍ＝８ｔ＝８×１０３ｋｇ、初速度ｖ０＝５４ｋｍ／ｈ＝１５ｍ／ｓ。（１）从制动到停车阻力对卡车所做的功为Ｗ，由动能定理有Ｗ＝－１２ｍｖ２０①已知卡车所受阻力ｆ＝－３×１０４Ｎ，设卡车的制动距离为ｓ１，有Ｗ＝ｆｓ１②联立①②式，代入数据解得ｓ１＝３０ｍ③（２）已知车长ｌ＝７ｍ，ＡＢ与ＣＤ的距离为ｓ０＝２３ｍ。设卡车驶过的距离为ｓ２，Ｄ处人行横道信号灯至少需经过时间Δｔ后变灯，有ｓ２＝ｓ０＋ｌ④ｓ２＝ｖ０Δｔ⑤联立④⑤式，代入数据解得Δｔ＝２ｓ⑥答案　（１）３０ｍ　（２）２ｓ１．如图所示，质量为０．１ｋｇ的小物块在粗糙水平桌面上滑行４ｍ后以３．０ｍ／ｓ的速度飞离桌面，最终落在水平地面上，已知物块与桌面间的动摩擦因数为０．５，桌面高０．４５ｍ，若不计空气阻力，取ｇ＝１０ｍ／ｓ２，则（　　）Ａ．小物块的初速度是５ｍ／ｓＢ．小物块的水平射程为１．２ｍＣ．小物块在桌面上克服摩擦力做８Ｊ的功Ｄ．小物块落地时的动能为０．９Ｊ１．答案　Ｄ　小物块在桌面上克服摩擦力做功Ｗｆ＝μｍｇＬ＝２Ｊ，Ｃ错。在水平桌面上滑行，由动能定理得－Ｗｆ＝１２ｍｖ２－１２ｍｖ２０，解得ｖ０＝７ｍ／ｓ，Ａ错。小物块飞离桌面后做平抛运动，有ｘ＝ｖｔ、ｈ＝１２ｇｔ２，解得ｘ＝０．９ｍ，Ｂ错。设小物块落地时动能为Ｅｋ，由动能定理得ｍｇｈ＝Ｅｋ－１２ｍｖ２，解得Ｅｋ＝０．９Ｊ，Ｄ正确。２．用传感器研究质量为２ｋｇ的物体由静止开始做直线运动的规律时，在计算机上得到０～６ｓ内物体的加速度随时间变化的关系如图所示。下列说法正确的是（　　）Ａ．０～６ｓ内物体先向正方向运动，后向负方向运动