高考物理必考难点4:变力做功与能量转化(含答案)
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1、难点难点 4 4 变力做功与能量转化变力做功与能量转化 功是中学物理中的重要概念, 它体现了力对物体的作用在空间上的累积过程.在考纲中属 B 级.对功尤其是变力做功是近年考查热点,亦是考生应考的难点. 难点磁场难点磁场 1.()一物体静止在升降机的地板上,在升降机加速上升的过程中,地板对物体的支持力所做的功等于 A.物体势能的增加量 B.物体动能的增加量 C.物体动能的增加量加上物体势能的增加量 D.物体动能的增加量加上克服重力所做的功 2.()一辆车通过一根跨过定滑轮的绳 PQ 提升井中质量为 m 的物体,如图 4-1 所示.绳的 P端拴在车后的挂钩上.设绳的总长不变, 绳的质量、 定滑轮的
2、质量和尺寸、 滑轮上的摩擦都忽略不计.开始时,车在 A 点,左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳长为 H.提升时,车向左加速运动,沿水平方向从 A经过 B 驶向 C.设 A 到 B 的距离也为 H,车过 B 点时速度为 vB.求车由 A 移到 B 的过程中,绳 Q 端的拉力对物体做的功是多少? 3.()如图 4-2 所示,若在湖水里固定一细长圆管,管内有一活塞,它的下端位于水面上,活塞的底面积 S=1 cm2,质量不计.大气压强 p0=1.0105 Pa.现把活塞缓慢地提高 H=15 m,则拉力对活塞做的功为_ J.(g=10 m/s2) 图 4-1 图 4-2 案例探究案例探究 例 1 (
3、)用铁锤将一铁钉击入木块,设木块对铁钉的阻力与铁钉进入木块内的深度成正比.在铁锤击第一次时,能把铁钉击入木块内 1 cm.问击第二次时,能击入多少深度?(设铁锤每次做功相等) 命题意图:考查对功概念的理解能力及理论联系实际抽象建立模型的能力.B 级要求. 错解分析: (1)不能据阻力与深度成正比这一特点,将变力求功转化为求平均阻力的功,进行等效替代.(2)不能类比迁移,采用类似据匀变速直线速度-时间图象 求位移的方式,根据 F-x 图象求功. 解题方法与技巧:解法一: (平均力法) 铁锤每次做功都用来克服铁钉阻力做的功,但摩擦阻力不是恒力,其大小与深度成 正比,F=-f=kx,可用平均阻力来代
4、替. 如图 4-3,第一次击入深度为 x1,平均阻力1F=21kx1,做功为 W1=1Fx1=21kx12. 第二次击入深度为 x1到 x2,平均阻力2F=21k (x2+x1) ,位移为 x2-x1,做功为 W2=2F(x2-x1) = 21k (x22-x12) . 两次做功相等:W1=W2. 解后有:x2=2x1=1.41 cm, x=x2-x1=0.41 cm. 解法二: (图象法) 因为阻力 F=kx,以 F 为纵坐标,F 方向上的位移 x 为横坐标,作出 F-x 图象(图 4-4).曲线上面积的值等于 F 对铁钉做的功. 图 4-3 图 4-4 由于两次做功相等,故有: S1=S2
5、(面积) ,即:21 kx12=21k(x2+x1) (x2-x1), 所以x=x2-x1=0.41 cm 例 2 () 如图 4-5 所示,置于水平面的平行金属导轨不光滑,导轨一端连接电阻 R,其他电阻不计,垂直于导轨平面有一匀强磁场,磁感应强度为 B,当一质量为 m 的金属棒 ab 在水平恒力 F 作用下由静止向右滑动时 A.外力 F 对 ab 棒做的功等于电路中产生的电能 B.只有在棒 ab 做匀速运动时,外力 F 做的功才等于电路中产生的电能 C.无论棒 ab 做何运动,它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能 D.棒 ab 匀速运动的速度越大,机械能转化为电能的效率越高 命题意图:
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