適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第5章機(jī)械能研專項(xiàng)素養(yǎng)提升課件

研專項(xiàng)素養(yǎng)提升第五章一、情境化主題突破:能量守恒與功能關(guān)系中的STSE問題【背景資料】隨著我國經(jīng)濟(jì)、科技的快速發(fā)展,環(huán)保能源問題成為人們關(guān)注的熱點(diǎn),節(jié)能減排提升到國家戰(zhàn)略高度,推進(jìn)能源供給革命成為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整工作的重點(diǎn)。生活中到處可見環(huán)保能源的開發(fā)和利用,如風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電等?！究枷蚍治觥凯h(huán)保型能源的開發(fā)和利用是當(dāng)今全人類面臨的重要問題,在近幾年的高考中多有體現(xiàn),通常用物理規(guī)律如能量守恒及功能關(guān)系等進(jìn)行分析,在這里我們初步探究幾類常見的實(shí)例?！景咐骄俊堪咐?.(風(fēng)力發(fā)電)如圖所示,風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)力帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng),葉片再帶動(dòng)轉(zhuǎn)子(磁極)轉(zhuǎn)動(dòng),使定子(線圈,不計(jì)電阻)中產(chǎn)生電流,實(shí)現(xiàn)風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)化。若葉片長度為l,設(shè)定的額定風(fēng)速為v,空氣的密度為ρ,額定風(fēng)速下發(fā)電機(jī)的輸出功率為P,則風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為(

)答案

A案例2.(太陽能路燈)下圖為太陽能路燈,每只路燈的太陽能電池板有效采光面積約0.3m2。晴天時(shí)電池板上每平方米每小時(shí)接收到的太陽輻射能約為3×106J。如果每天等效日照時(shí)間約為6h,太陽能電池一天產(chǎn)生的電能可供30W的路燈工作8h,則太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率約為(

)A.4.8% B.9.6% C.16% D.44%答案

C解析

每天(6

h)太陽能電池板吸收的太陽能W總=0.3×3×106×6

h=5.4×106

J,因路燈正常工作,故P額=P=30

W,燈工作8

h消耗電能W有用=Pt=8.64×105

J,太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為案例3.(多選)(節(jié)能汽車)某汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)在汽車的車輪上安裝了小型發(fā)電機(jī),將減速時(shí)的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存在蓄電池中,以達(dá)到節(jié)能的目的。某次測試中,汽車以額定功率行駛一段距離后關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),測出了汽車動(dòng)能Ek與位移x的關(guān)系圖像如圖所示,其中①是關(guān)閉儲(chǔ)能裝置時(shí)的關(guān)系圖線,②是開啟儲(chǔ)能裝置時(shí)的關(guān)系圖線。已知汽車的質(zhì)量為1000kg,設(shè)汽車運(yùn)動(dòng)過程中所受地面阻力恒定,空氣阻力不計(jì)。根據(jù)圖像所給的信息可求出(

)A.汽車行駛過程中所受地面的阻力為1000NB.汽車的額定功率為80kWC.汽車加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為22.5sD.汽車開啟儲(chǔ)能裝置后向蓄電池提供的電能為5×105J答案

BD二、典型物理模型指導(dǎo)突破:多物體的機(jī)械能守恒模型【模型概述】1.常見的三種模型(1)輕繩連接的物體系統(tǒng)模型常見情景模型提醒①分清兩物體是速度大小相等,還是沿繩方向的分速度大小相等。②用好兩物體的位移大小關(guān)系或豎直方向高度變化的關(guān)系。③對于單個(gè)物體,一般繩上的力要做功,機(jī)械能不守恒;但對于繩連接的系統(tǒng),機(jī)械能則可能守恒(2)輕桿連接的物體系統(tǒng)模型

常見情景模型特點(diǎn)①平動(dòng)時(shí)兩物體線速度相等,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩物體角速度相等。②桿對物體的作用力并不總是沿桿的方向,桿能對物體做功,單個(gè)物體機(jī)械能不守恒。③對于桿和球組成的系統(tǒng),忽略空氣阻力和各種摩擦且沒有其他力對系統(tǒng)做功,則系統(tǒng)機(jī)械能守恒(3)輕彈簧連接的物體系統(tǒng)模型

模型特點(diǎn)由輕彈簧連接的物體系統(tǒng),一般既有重力做功又有彈簧彈力做功,這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)物體的動(dòng)能、重力勢能和彈簧的彈性勢能相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能守恒兩點(diǎn)提醒①對同一彈簧,彈性勢能的大小由彈簧的形變量完全決定,無論彈簧伸長還是壓縮。②物體運(yùn)動(dòng)的位移與彈簧的形變量或形變量的變化量有關(guān)2.多物體機(jī)械能守恒問題的分析方法(1)正確選取研究對象,合理選取物理過程。(2)對多個(gè)物體組成的系統(tǒng)要注意判斷物體運(yùn)動(dòng)過程中,系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒。(3)注意尋找用輕繩、輕桿或輕彈簧相連接的物體間的速度關(guān)系和位移關(guān)系。(4)列機(jī)械能守恒方程時(shí),從三種表達(dá)式中選取方便求解問題的形式。【案例探究】如圖所示,鼓形輪的半徑為R,可繞固定的光滑水平軸O轉(zhuǎn)動(dòng),在輪上沿相互垂直的直徑方向固定四根直桿,桿上分別固定有質(zhì)量為m的小球,球與O的距離均為2R,在輪上繞有長繩,繩上懸掛著質(zhì)量為m0的重物。重物由靜止下落,帶動(dòng)鼓形輪轉(zhuǎn)動(dòng),重物落地后鼓形輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω。繩與輪之間無相對滑動(dòng),忽略鼓形輪、直桿和長繩的質(zhì)量,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g。求:(1)重物落地后,小球線速度的大小v;(2)重物落地后一小球轉(zhuǎn)到水平位置A,此時(shí)該球受到桿的作用力的大小F;(3)重物下落的高度h。思維點(diǎn)撥

根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的線速度與角速度的關(guān)系求出小球的線速度;對小球受力分析,重力和桿對小球的力的合力提供小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力;重物下落過程中對系統(tǒng)沒有機(jī)械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化,因此機(jī)械能守恒,重物重力勢能減少量等于重物和小球動(dòng)能的增加量。解析

(1)線速度v=ωr,得v=2ωR。(2)向心力F向=2mω2R設(shè)F與水平方向的夾角為α,則Fcos

α=F向,Fsin

α=mg素養(yǎng)點(diǎn)撥

對于多個(gè)物體組成的系統(tǒng),列機(jī)械能守恒表達(dá)式時(shí),先找出哪些機(jī)械能減少,哪些機(jī)械能增加,根據(jù)機(jī)械能守恒得減少的能量和等于增加的能量和列式求解。【創(chuàng)新訓(xùn)練】1.(多選)(2023安徽滁州定遠(yuǎn)縣第三中學(xué)模擬)輪軸機(jī)械是中國古代制陶的主要工具。如圖所示,輪軸可繞共同軸線O自由轉(zhuǎn)動(dòng),其輪半徑為R=20cm,軸半徑為r=10cm,用輕質(zhì)繩纏繞在輪和軸上,分別在繩的下端吊起質(zhì)量為2kg、1kg的物塊P和Q,將兩物塊由靜止釋放,釋放后兩物塊均做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng),不計(jì)輪軸的質(zhì)量及軸線O處的摩擦,重力加速度g取10m/s2。在P從靜止下降1.2m的過程中,下列說法正確的是(

)A.P、Q速度大小始終相等B.Q上升的距離為0.6mC.P下降1.2m時(shí)Q的速度大小為2m/sD.P下降1.2m時(shí)的速度大小為4m/sBD2.(2022遼寧錦州期末)如圖所示,圓心在O點(diǎn),半徑為R的圓弧軌道abc豎直固定在水平桌面上,Oc與Oa的夾角為60°,軌道最低點(diǎn)a與桌面相切。一段不可伸長的輕繩兩端系著質(zhì)量分別為m和4m的小球A和B(均可視為質(zhì)點(diǎn)),掛在圓弧軌道邊緣c的兩邊。開始時(shí)B位于c點(diǎn),從靜止釋放,設(shè)輕繩足夠長,不計(jì)一切摩擦,則B球由c下滑到a的過程中(

)A.當(dāng)小球B經(jīng)過a點(diǎn)時(shí),A、B速度大小之比為1∶1B.B球的機(jī)械能先增大后減小答案

D

解析

兩小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,設(shè)小球B經(jīng)過a點(diǎn)時(shí)的速度大小為v1,此時(shí)A球的速度大小為v2。由速度關(guān)聯(lián)關(guān)系有v2=v1cos

30°,即v1∶v2=3.如圖所示,一勁度系數(shù)為k=100N/m的輕彈簧下端固定于傾角為θ=53°的光滑斜面底端,上端連接物塊Q。一輕繩跨過定滑輪O,一端與物塊Q連接,另一端與套在光滑豎直桿的物塊P連接,定滑輪到豎直桿的距離為d=0.3m。初始時(shí)在外力作用下,物塊P在A點(diǎn)靜止不動(dòng),OQ段輕繩與斜面平行,繩子拉力大小為50N。已知物塊P的質(zhì)量為m1=0.8kg,物塊Q的質(zhì)量為m2=5kg,不計(jì)滑輪大小及摩擦作用,g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6。現(xiàn)將物塊P由靜止釋放,求:(1)物塊P位于A時(shí),彈簧的伸長量x1;(2)物塊P上升h=0.4m至與滑輪O等高的B點(diǎn)時(shí)的速度大小;(3)物塊P上升至B點(diǎn)過程中,輕繩拉力對其做的功。答案

(1)0.1m

(2)2m/s

(3)8J解析

(1)物塊P位于A點(diǎn)時(shí),對物塊Q有FT=m2gsin

θ+kx1,解得x1=0.1

m。(2)經(jīng)分析,物塊P上升h=0.4

m到B點(diǎn)時(shí),物