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(江苏专用)高考物理新增分大一轮复习 第五章 机械能本章学科素养提升讲义(含解析)-人教版高三全册物理教案VIP免费

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本章学科素养提升绳索、链条在考查过程中常发生形变,其重心位置对物体来说并不是固定不变的,能否正确确定重心的位置,是解决绳索、链条类问题的关键,一般情况下常分段考虑各部分的重力势能,并用各部分重力势能之和作为系统总的重力势能,至于参考平面,可任意选取,但以系统初、末状态重力势能便于表示为宜.例1如图1所示,有一条长为L的均匀金属链条,一半长度在光滑斜面上,斜面倾角为θ,另一半长度沿竖直方向下垂在空中,当链条从静止开始释放后滑动,求链条刚好从右侧全部滑出斜面时的速度是多大?(重力加速度为g)图1思维导引研究对象:链条.隐含条件:释放后的链条,竖直方向的一半向下运动,放在斜面上的一半沿斜面向上运动,由于竖直部分越来越多,所以链条做的是变加速运动,不能用匀变速直线运动的公式去解.思路分析:因为斜面光滑,所以机械能守恒,链条得到的动能应是由重力势能转化来的,重力势能的变化可以用重心的位置确定,要注意释放时的重力势能可分左右两段考虑,然后再求和.解析设斜面的最高点为零势能点,链条的总质量为m,开始时左半部分的重力势能为Ep1=-g·sinθ=-mgLsinθ,右半部分的重力势能为Ep2=-g·=-mgL,开始时的机械能E1=Ep1+Ep2=-(1+sinθ)当链条刚好全部滑出斜面时,重力势能Ep=-mg,动能Ek=mv2,机械能E2=Ep+Ek=-+mv2由机械能守恒定律得E1=E2所以-(1+sinθ)=-+mv2,解得v=答案规范表达不仅仅是要书写工整和美观的问题,更侧重的是学科思维和学科潜能的问题.物理学科对规范的要求主要包括以下几个方面:(1)思维规范:主要是指从审题到挖掘题目隐含条件;从读题到信息提取和提炼,再到建立物理模型的过程.思维规范最能反映一个学生的学科素养和学科能力.(2)表达规范:实际上表达的内容正是思维流程的呈现,语言表达要准确应用物理学科语言.(3)书写规范:一组美观的文字,给人赏心悦目的感觉,特别是在繁重的阅卷任务前,给老师以惊喜.例2如图2所示,质量m=3kg的小物块以初速度v0=4m/s水平向右抛出,恰好从A点沿着圆弧的切线方向进入光滑圆弧轨道.圆弧轨道的半径为R=3.75m,B点是圆弧轨道的最低点,圆弧轨道与水平轨道BD平滑连接,A与圆心O的连线与竖直方向成37°角.MN是一段粗糙的水平轨道,小物块与MN间的动摩擦因数μ=0.1,轨道其他部分光滑.最右侧是一个半径为r=0.4m的光滑半圆弧轨道,C点是半圆弧轨道的最高点,半圆弧轨道与水平轨道BD在D点平滑连接.已知重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.图2(1)求小物块经过B点时对轨道的压力大小;(2)若MN的长度为L=6m,求小物块通过C点时对轨道的压力大小;(3)若小物块恰好能通过C点,求MN的长度L′.思维规范1.过程划分:根据运动过程划分不同阶段,根据不同阶段满足的物理规律进行剖析和求解.本题可分为四个不同的运动过程:平抛运动、圆周运动、水平面上的直线运动和竖直面内的圆周运动.满足物理规律分别为:运动分解、机械能守恒、动能定理和牛顿第二定律.2.条件挖掘:(1)“从A点沿着圆弧的切线方向”可通过运动的分解求A点速度.(2)“恰好能通过C点”可知在C点的速度.表达规范解析(1)根据平抛运动的规律有v0=vAcos37°解得小物块经过A点时的速度大小vA=5m/s小物块从A点运动到B点,根据机械能守恒定律有mv+mg(R-Rcos37°)=mv小物块经过B点时,根据牛顿第二定律有FN-mg=解得FN=62N,根据牛顿第三定律,小物块经过B点时对轨道的压力大小是62N.(2)小物块由B点运动到C点,根据动能定理有-μmgL-2mgr=mv-mv在C点,根据牛顿第二定律有FN′+mg=解得FN′=60N,根据牛顿第三定律,小物块通过C点时对轨道的压力大小是60N.(3)小物块刚好能通过C点时,根据牛顿第二定律有mg=解得vC′=2m/s小物块从B点运动到C点的过程中,根据动能定理有-μmgL′-2mgr=mvC′2-mv解得L′=10m.答案(1)62N(2)60N(3)10m

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