第二讲 机械能守恒定律与能量守恒定律
知识内容 1.机械能守恒定律 考试要求 d 备考指津 机械能守恒定律的考查往往出现在综合题中,主要考查其在生产、生活和科技中的应2.能量守恒定律与能源 d 用,题目中经常会涉及牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动等知识. 机械能守恒定律及作用 【题组过关】
1.静止在地面上的物体在竖直向上的恒力作用下上升,在某一高度撤去恒力.不计空气阻力,在整个过程中,物体机械能随时间变化关系是( )
解析:选C.以地面为零势能面,以竖直向上为正方向,则对于物体,在撤去外力前,有F1Fa
-mg=ma,h=at2,某一时刻的机械能E=ΔE=F·h,联立以上各式得E=·t2∝t2,撤去
22外力后,物体机械能守恒,故只有C正确.
2.如图所示,一轻弹簧左端固定在长木板M的左端,右端与小木块m连接,且m与M及M与地面间接触光滑,开始时,m与M均静止,现同时对m、M施加等大反向的水平恒力F1和F2.在两物体开
始运动以后的整个运动过程中(弹簧形变不超过其弹性限度),下面说法正确的是( )
A.对m、M和弹簧组成的系统,机械能守恒 B.对m、M和弹簧组成的系统,动能不断增加 C.对m、M和弹簧组成的系统,机械能不断增加
D.当弹簧弹力大小与F1、F2大小相等时,m、M的动能最大
解析:选D.开始阶段,拉力大于弹簧的弹力,F1、F2对m、M均做正功,故系统的机械能不断增加.随着弹簧形变量的增加,当拉力等于弹力时,物体速度最大、动能最大.之后随着弹簧形变量的增加,拉力小于弹力,物体开始做减速运动,动能不断减小.速度减小到零后,物体反向运动,拉力F1、F2均开始做负功,故系统机械能减小.所以选项D正确.
3.如图所示,质量均为m的A、B两个小球,用长为2L的轻质杆相连接,在竖直平面内,绕固定轴O沿顺时针方向自由转动(转动轴在杆的中点),不计一切摩擦,某时刻A、B球恰好在如图所示的位置,A、B球的线速度大小均为v,下列说法正确的是( )
A.运动过程中B球机械能守恒
B.运动过程中B球速度变大
C.B球在运动到最高点之前,单位时间内机械能的变化量保持不变 D.B球在运动到最高点之前,单位时间内机械能的变化量不断改变
解析:选D.以A、B球为系统,以过O点的水平面为零势能参考平面时,系统的总机械1
能为E=2×mv2=mv2.假设A球下降h,则B球上升h,此时两球的速度大小是v′,由机械能
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守恒定律知mv2=mv′2×2+mgh-mgh,得到v′=v,故运动过程中B球速度大小不变,当
2单独分析B球时,B球在运动到最高点之前,动能保持不变,重力势能在不断增加.由几何知识可得单位时间内机械能的变化量是不断改变的,D正确.
功能关系的应用 【重难提炼】
韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员.他在一次自由式滑雪空中技
巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功1 900 J,他克服阻力做功100 J.韩晓鹏在此过程中( )
A.动能增加了1 900 J B.动能增加了2 000 J C.重力势能减小了1 900 J D.重力势能减小了2 000 J
[解析] 根据动能定理,物体动能的增量等于物体所受所有力做功的代数和,即增加的动能为ΔEk=WG+Wf=1 900 J-100 J=1 800 J,A、B项错误;重力做功与重力势能改变量的关系为WG=-ΔEp,即重力势能减少了1 900 J,C项正确,D项错误.
[答案] C
[题组过关]
考向一 功与能的对应关系
1.如图所示,在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道,半径OA水平、OB竖直,一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落,小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力.已知AP=2R,重力加速度为g,则小球从P到B的运动过程中( )
A.重力做功2mgR B.机械能减少mgR C.合外力做功mgR 1
D.克服摩擦力做功mgR
2
mv2
解析:选D.小球到达B点时,恰好对轨道没有压力,故只受重力作用,根据mg=得,
R小球在B点的速度v=gR.小球从P点到B点的过程中,重力做功W=mgR,故选项A错误;1111
减少的机械能ΔE减=mgR-mv2=mgR,故选项B错误;合外力做功W合=mv2=mgR,
2222111
故选项C错误;根据动能定理得mgR-Wf=mv2-0,所以Wf=mgR-mv2=mgR,故选项
222D正确.
2.如图所示是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图,图中①和②为楔块,③和④为垫板,楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦.在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中( )
A.缓冲器的机械能守恒 B.摩擦力做功消耗机械能 C.垫板的动能全部转化成内能 D.弹簧的弹性势能全部转化为动能
解析:选B.由于车厢相互撞击弹簧压缩的过程中存在克服摩擦力做功,所以缓冲器的机械能减少,选项A错误、B正确;弹簧压缩的过程中,垫板的动能转化为内能和弹簧的弹性势能,选项C、D错误.
3.(多选)如图所示,竖直平行金属导轨MN、PQ上端接有电阻R,金属杆质量为m,跨在平行导轨上,垂直导轨平面的水平匀强磁场磁感应强度为B,不计ab与导轨电阻,不计摩擦,且ab与导轨接触良好.若ab杆在竖直向上