专题07 功能关系与机械能守恒-2021年高考物理二轮复习热点题型归纳与提分秘籍

2021年高考物理二轮复习热点题型归纳与提分秘籍 专题07 功能关系与机械能守恒 目录 一、热点题型归纳 1 【题型一】 机械能守恒定律的应用 1 【题型二】 功能关系的综合应用 7 【题型三】 动力学观点和能量观点的综合应用 11 二、高考题型标准练 16 一、热点题型归纳 【题型一】 机械能守恒定律的应用 【题型解码】 1.单物体多过程机械能守恒问题：划分物体运动阶段，研究每个阶段中的运动性质，判断机械能是否守恒；2.多物体的机械能守恒：一般选用ΔEp＝－ΔEk形式，不用选择零势能面． 【典例分析1】(2020·浙江“金华十校”联考)如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上．若以地面为零势能参考平面，且不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法错误的是(　　) A．物体落到海平面时的重力势能为mgh B．从抛出到落到海平面的运动过程，重力对物体做的功为mgh C．物体落到海平面时的动能为mv02＋mgh D．物体落到海平面时的机械能为mv02 【答案】　A 【解析】　以地面为零势能参考平面，则物体落到海平面时的重力势能为－mgh，故A错误；重力对物体做功W＝mgh，故B正确；根据机械能守恒有：mv02＋0＝－mgh＋Ek，可知物体在海平面时的动能为mv02＋mgh，故C正确；物体在运动的过程中机械能守恒，则物体在海平面时的机械能E＝mv02，故D正确． 【典例分析2】(2020·河南三门峡市11月考试)如图所示，质量为m的重物沿竖直杆下滑，并通过绳带动质量也为m的小车沿倾角θ＝45°的斜面上升．若重物与滑轮等高时由静止开始释放，当滑轮右侧的绳与竖直方向成θ＝45°角时，重物下滑的速率为v(不计一切摩擦，重力加速度为g)．则此过程中重物下落的高度是(　　) A．h＝ B．h＝ C．h＝ D．h＝ 【答案】　B 【解析】　将重物的速度进行分解可得小车速度为：v1＝vcos 45°＝v，小车与重物组成的系统机械能守恒，设此过程中重物下落的高度为h，则有：mgh－mg(h－h)sin 45°＝mv2＋mv12，解得：h＝，故B正确． 【典例分析3】(2020·湖北随州市3月调研)(多选)如图所示，质量分别为2m、m的小滑块A、B，其中A套在固定的竖直杆上，B静置于水平地面上，A、B间通过铰链用长为L的刚性轻杆连接．一轻弹簧左端与B相连，右端固定在竖直杆上，弹簧水平．当α＝30°时，弹簧处于原长状态，此时将A由静止释放，下降到最低点时α变为45°，整个运动过程中，A、B始终在同一竖直平面内，弹簧在弹性限度内，忽略一切摩擦，不计空气阻力，重力加速度为g.则A下降过程中(　　) A．A、B组成的系统机械能守恒 B．弹簧弹性势能的最大值为(－)mgL C．竖直杆对A的弹力一定大于弹簧弹力 D．A的速度达到最大值前，地面对B的支持力小于3mg 【答案】　BD 【解析】　A、B和弹簧组成的系统机械能守恒，A、B组成的系统机械能不守恒，故A错误；根据系统机械能守恒可得：Ep＝2mgL(cos 30°－cos 45°)，即弹性势能的最大值为Ep＝(－)mgL，故B正确；对B：水平方向的合力Fx＝F杆sin α－F弹＝ma，滑块B先做加速运动后做减速运动，又竖直杆对A的弹力等于F杆sin α，所以竖直杆对A的弹力并非始终大于弹簧的弹力，故C错误；A下降过程中动能达到最大前，A加速下降，对A、B整体，在竖直方向上根据牛顿第二定律有3mg－FN＝2ma，则有FN＜3mg，故D正确． 【典例分析4】．(多选)(2020·安徽淮北市一模)如图甲所示，竖直光滑杆固定不动，套在杆上的轻质弹簧下端固定，将套在杆上的滑块向下压缩弹簧至离地高度h＝0.1 m处，滑块与弹簧不拴接.现由静止释放滑块，通过传感器测量出滑块的速度和离地高度h并作出如图乙所示滑块的Ek－h图象，其中高度从0.2 m上升到0.35 m范围内图象中图线为直线，其余部分为曲线，以地面为参考平面，不计空气阻力，取g＝10 m/s2，由图象可知(　　) A.小滑块的质量为0.1 kg B.弹簧原长为0.2 m C.弹簧最大弹性势能为0.5 J D.小滑块的重力势能与弹簧的弹性势能总和最小为0.4 J 【答案】　BC 【解析】　在从0.2 m上升到0.35 m范围内，ΔEk＝ΔEp＝mgΔh，图线斜率的绝对值为|k|＝||＝ N＝2 N＝mg，所以m＝0.2 kg，故A错误；在Ek－h图象中，图线的斜率表示滑块所受的合外力，由题图乙可知，从0.2 m上升到0.35 m范围内所受作用力为恒力，则从h＝0.2 m，滑块与弹簧分离，所以弹簧的原长为0.2 m，故B正确；根据机械能守恒可知，当滑块上升至最大高度时，增加的重力势能即为弹簧最大弹性势能，所以E