高考物理總復習 考前三個月 專題二 能量與動量 第1講 功能關系的理解與應用課件.ppt

第1講功能關系的理解與應用 第一篇專題二能量與動量 熱點精練1功 功率的計算 熱點精練2力學中的功能關系 欄目索引 熱點精練3動力學和能量觀點的綜合應用 熱點精練4功能關系在電場中的應用 熱點精練1功 功率的計算 知識方法鏈接 1 功的計算 2 功率的計算 1 p 適用于計算平均功率 2 p fvcos 若v為瞬時速度 p為瞬時功率 若v為平均速度 p為平均功率 1 2017 全國卷 14 如圖1所示 一光滑大圓環(huán)固定在桌面上 環(huán)面位于豎直平面內 在大圓環(huán)上套著一個小環(huán) 小環(huán)由大圓環(huán)的最高點從靜止開始下滑 在小環(huán)下滑的過程中 大圓環(huán)對它的作用力a 一直不做功b 一直做正功c 始終指向大圓環(huán)圓心d 始終背離大圓環(huán)圓心 真題模擬精練 答案 圖1 解析 2 3 1 解析因為大圓環(huán)光滑 所以大圓環(huán)對小環(huán)的作用力只有彈力 且彈力的方向總是沿半徑方向 與速度方向垂直 故大圓環(huán)對小環(huán)的作用力一直不做功 選項a正確 b錯誤 開始時大圓環(huán)對小環(huán)的作用力背離圓心 后來指向圓心 故選項c d錯誤 2 3 1 2 多選 2017 廣東廣州市模擬 質量為400kg的賽車在平直賽道上以恒定功率加速 受到的阻力不變 其加速度a和速度的倒數(shù)的關系如圖2所示 則賽車a 速度隨時間均勻增大b 加速度隨時間均勻增大c 輸出功率為160kwd 所受阻力大小為1600n 答案 圖2 解析 2 3 1 解析由圖可知 加速度隨速度逐漸變化 故做變速直線運動 a錯誤 對賽車受力分析 受重力 支持力 牽引力和阻力 根據(jù)牛頓第二定律 有 f ff ma f 加速度隨速度的增大而減小 因此賽車做變加速直線運動 加速度隨時間的增大而減小 b錯誤 根據(jù)上述表達式 在縱軸上的截距的絕對值b 4 ff 1600n d正確 故選 c d 2 3 1 3 多選 2017 遼寧大連市模擬 傾角為 的斜面體靜止放在粗糙水平地面上 一物體在沿斜面向上且平行于斜面的力f1作用下 沿斜面向上做速度為v1的勻速運動 f1的功率為p0 若該物體在沿斜面斜向上的且與斜面夾角為 的力f2 如圖3 作用下 沿斜面向上做速度為v2的勻速運動 f2的功率也為p0 兩次運動中斜面體均保持靜止狀態(tài) 則下列說法中正確的是a f2一定大于f1b v1一定小于v2c 兩次運動中 地面對斜面體的摩擦力可能相等d 兩次運動中 物體所受摩擦力做功的功率一定不同 答案 圖3 解析 2 3 1 解析設斜面與物體之間的動摩擦因數(shù)是 物體在沿斜面向上且平行于斜面的力f1作用下 在斜面上做速度為v1的勻速運動 則 f1 mgsin mgcos 在與斜面夾角為 的力f2作用下運動時 f2sin fn mgcos f2cos mgsin fn 2 3 1 物體沿斜面向上做勻速直線運動 則拉力的功率等于其余外力的功率 由 式可知 在第二種情況下 摩擦力比較小 沿斜面向下的合外力小 根椐功率的表達式 p fv可知 沿斜面向下的合外力越小 則速度越大 所以v1一定小于v2 則第二種情況下重力的功率一定大于第一種情況下重力的功率 所以第二種情況下摩擦力的功率一定小于第一種情況下摩擦力的功率 故b d正確 對整體受力分析 水平方向合力為0 f2在水平方向的分力較小 所以地面對斜面體的摩擦力的大小關系是第二種情況下比較小 二者不可能相等 故c錯誤 故選 b d 2 3 1 熱點精練2力學中的功能關系 知識方法鏈接 1 做功的過程就是能量轉化的過程 功是能量轉化的量度 而某種力做功一定對應特定的某種能量的變化 即它們是 一一對應 關系 高中階段力學中的幾大對應關系 wg ep1 ep2w彈 ep1 ep2w合 或w總 ek2 ek1w其他 e2 e1 除重力或彈力之外的其他力的功等于機械能的變化 q 摩擦力對系統(tǒng)做的總功等于系統(tǒng)內能的增加量 2 在常見的功能關系中 動能定理應用尤為廣泛 1 對于物體運動過程中不涉及加速度和時間 而涉及力和位移 速度的問題時 一般選擇動能定理 尤其是曲線運動 多過程的直線運動等 2 如果物體只有重力和彈力做功而又不涉及物體運動過程中的加速度和時間 既可用機械能守恒定律 又可用動能定理求解 4 2017 全國卷 16 如圖4所示 一質量為m 長度為l的均勻柔軟細繩pq豎直懸掛 用外力將繩的下端q緩慢地豎直向上拉起至m點 m點與繩的上端p相距 重力加速度大小為g 在此過程中 外力做的功為 真題模擬精練 答案 解析 圖4 5 6 4 7 5 6 4 7 5 多選 2017 湖北省六校聯(lián)合體4月聯(lián)考 圖5為某探究活動小組設計的節(jié)能運動系統(tǒng) 斜面軌道傾角為30 質量為m的木箱與軌道的動摩擦因數(shù)為 木箱在軌道a端時 自動裝貨裝置將質量為m的貨物裝入木箱 然后木箱載著貨物沿軌道無初速度滑下 在輕彈簧被壓縮至最短時 自動卸貨裝置立刻將貨物卸下 然后木箱恰好被彈回到軌道a端 重復上述過程 下列選項正確的是a m 3mb m 2mc 木箱不與彈簧接觸時 上滑過程的運動時間大于下滑過程中的運動時間d 若貨物的質量減少 則木箱一定不能回到a處 圖5 答案 解析 5 6 4 7 解析設下滑的距離為l 根據(jù)能量守恒有 m m glsin m m glcos mglsin mglcos 已知 30 得m 3m a正確 b錯誤 對木箱受力分析可知 下滑時加速度為g gcos 上滑時加速度為g gcos 上滑過程可以看做相同大小加速度的反向的初速度為零的下滑過程 位移相同 加速度大的時間短 c錯誤 根據(jù) m m glsin m m glcos mglsin mglcos 木箱恰好被彈回到軌道a端 如果貨物的質量減少 等號左邊一定小于右邊 即輕彈簧被壓縮至最短時的彈性勢能小于木箱回到a處所需的能量 則木箱一定不能回到a處 d正確 故選a d 5 6 4 7 圖6 6 多選 2017 山東濰坊市一模 如圖6 點a o c在同一水平線上 c點在豎直細桿上 一橡皮筋一端固定在o點 水平伸直 無彈力 時 另一端恰好位于a點 在a點固定一光滑小圓環(huán) 橡皮筋穿過圓環(huán)與套在桿上的小球相連 已知b c間距離小于c d間距離 小球與桿間的動摩擦因數(shù)恒定 橡皮筋始終在彈性限度內且其彈力跟伸長量成正比 小球從b點上方某處釋放 第一次到達b d兩點時速度相等 則小球從b第一次運動到d的過程中a 在c點速度最大b 在c點下方某位置速度最大c 重力對小球做的功一定大于小球克服摩擦力做的功d 在b c兩點 摩擦力的瞬時功率大小相等 答案 解析 5 6 4 7 解析在b點 重力和彈力向下的分力大于摩擦力 合力向下 向下運動過程中 彈力減小 所以從b到c 小球做加速度減小的加速運動 在c點 彈力與桿垂直 重力和摩擦力的合力仍然向下 所以在c點下方某位置加速度等于0 速度達到最大值 故a錯誤 b正確 由題意知 第一次到達b d兩點時速度相等 由動能定理可得 重力 彈力和摩擦力合力做功等于0 已知b c間距離小于c d間距離 即全過程彈力做負功 所以重力對小球做的功一定大于小球克服摩擦力做的功 故c正確 設 abc 則兩點的摩擦力為ffb kabsin kac ffc b c速度不等 由p fv可知 b c兩點的摩擦力的瞬時功率大小不等 故d錯誤 5 6 4 7 7 2017 全國卷 24 一質量為8 00 104kg的太空飛船從其飛行軌道返回地面 飛船在離地面高度1 60 105m處以7 5 103m s的速度進入大氣層 逐漸減慢至速度為100m s時下落到地面 取地面為重力勢能零點 在飛船下落過程中 重力加速度可視為常量 大小取為9 8m s2 結果保留兩位有效數(shù)字 1 分別求出該飛船著地前瞬間的機械能和它進入大氣層時的機械能 答案 解析 答案4 0 108j2 4 1012j 5 6 4 7 解析飛船著地前瞬間的機械能為 式中 m和v0分別是飛船的質量和著地前瞬間的速度 由 式和題給數(shù)據(jù)得e0 4 0 108j 設地面附近的重力加速度大小為g 飛船進入大氣層時的機械能為 式中 vh是飛船在高度1 6 105m處的速度 由 式和題給數(shù)據(jù)得eh 2 4 1012j 5 6 4 7 2 求飛船從離地面高度600m處至著地前瞬間的過程中克服阻力所做的功 已知飛船在該處的速度大小是其進入大氣層時速度大小的2 0 答案 解析 答案9 7 108j 解析飛船在高度h 600m處的機械能為 由功能關系得w eh e0 式中 w是飛船從高度600m處至著地前瞬間的過程中克服阻力所做的功 由 式和題給數(shù)據(jù)得w 9 7 108j 5 6 4 7 熱點精練3動力學和能量觀點的綜合應用 知識方法鏈接 力學綜合問題 涉及動力學 功能關系 解決此類問題關鍵要做好 四選擇 1 當物體受到恒力作用發(fā)生運動狀態(tài)的改變而且又涉及時間時 一般選擇用動力學方法解題 2 當涉及功 能和位移時 一般選用動能定理 機械能守恒定律 功能關系或能量守恒定律解題 題目中出現(xiàn)相對位移時 應優(yōu)先選擇能量守恒定律 3 當涉及細節(jié)并要求分析力時 一般選擇牛頓運動定律 對某一時刻的問題選擇牛頓第二定律求解 4 復雜問題的分析一般需選擇能量的觀點 運動與力的觀點綜合解題 8 2017 全國卷 17 如圖7所示 半圓形光滑軌道固定在水平地面上 半圓的直徑與地面垂直 一小物塊以速度v從軌道下端滑入軌道 并從軌道上端水平飛出 小物塊落地點到軌道下端的距離與軌道半徑有關 此距離最大時 對應的軌道半徑為 重力加速度大小為g 真題模擬精練 答案 解析 9 10 8 圖7 小物塊做平拋運動時 落地點到軌道下端的距離x v1t 9 10 8 9 2017 山東棗莊市模擬 如圖8甲所示 電動機通過繞過光滑定滑輪的細繩與放在傾角為30 的光滑斜面上的物體相連 啟動電動機后物體沿斜面上升 在0 3s時間內物體運動的v t圖象如圖乙所示 其中除1 2s時間段圖象為曲線外 其余時間段圖象均為直線 1s后電動機的輸出功率保持不變 已知物體的質量為2kg 重力加速度g 10m s2 求 1 1s后電動機的輸出功率p 答案 圖8 答案100w 解析 9 10 8 解析設物體的質量為m 在時間t1 1s內 做勻加速直線運動的加速度大小為a 1s末物體的速度大小達到v1 此過程中 細繩的拉力大小為f1 則根據(jù)運動學公式和牛頓第二定律可得 v1 at1f1 mgsin30 ma由圖象可知v1 5m s設電動機在1s末的輸出功率為p 由功率公式可得 p f1v1聯(lián)立解得 p 100w 9 10 8 2 物體運動的最大速度vm 答案 答案10m s 解析 解析當物體達到最大速度vm后 設細繩的拉力大小為f2 由牛頓第二定律和功率的公式可得 f2 mgsin30 0p f2vm聯(lián)立解得 vm 10m s 9 10 8 3 在0 3s內電動機所做的功 答案 答案250j 解析 解析設在時間t1 1s內 物體的位移為x 電動機做的功為w1 則由運動公式及動能定理得 x 設在時間t 3s內電動機做的功為w 則 w w1 p t t1 聯(lián)立解得 w 250j 9 10 8 10 2017 四川成都市第二次診斷性考試 如圖9所示 傾角為30 的光滑斜面上 輕質彈簧兩端連接著兩個質量均為m 1kg的物塊b和c c緊靠著擋板p b通過輕質細繩跨過光滑定滑輪與質量m 8kg的物塊a連接 細繩平行于斜面 a在外力作用下靜止在圓心角為60 半徑r 2m的光滑圓弧軌道的頂端a處 此時繩子恰好拉直且無張力 圓弧軌道最低端b與粗糙水平軌道bc相切 bc與一個半徑r 0 2m的光滑圓軌道平滑連接 由靜止釋放a 當a滑至b時 c恰好離開擋板p 此時繩子斷裂 已知a與bc間的動摩擦因數(shù) 0 1 重力加速度g 10m s2 彈簧的形變始終在彈性限度內 細繩不可伸長 圖9 9 10 8 1 求彈簧的勁度系數(shù) 答案 解析 答案5n m 解析設彈簧的勁度系數(shù)為k a位于a處時 繩無張力且物塊b靜止 故彈簧處于壓縮狀態(tài)對b由平衡條件可得kx mgsin30 當c恰好離開擋板p時 c的加速度為0 故彈簧處于拉伸狀態(tài)對c由平衡條件可得kx mgsin30 由幾何關系可知r x x 9 10 8 2 求物塊a滑至b處 繩子斷后瞬間 a對圓弧軌道的壓力大小 答案 解析 答案144n 9 10 8 解析由 1 可知物塊a在a處與在b處時 彈簧的形變量相同 彈性勢能相同 故a在a處與在b處時 a b系統(tǒng)的機械能守恒 如圖所示 將a在b處的速度分解 由速度分解關系有vacos30 vb 由牛頓第三定律可知 a對圓弧軌道的壓力大小為144n 9 10 8 3 為了讓物塊a能進入圓軌道且不脫軌 則bc間的距離應滿足什么條件 答案 解析 答案見解析 9 10 8 解析物塊a不脫離圓軌道有兩種情況第一種情況 不超過圓軌道上與圓心的等高點由動能定理 恰能進入圓軌道時需要滿足 代入數(shù)據(jù)解得x1 8m x2 6m 即6m x 8m第二種情況 過圓軌道最高點 在最高點 由牛頓第二定律可得fn mg 9 10 8 9 10 8 熱點精練4功能關系在電場中的應用 知識方法鏈接 1 電場力的功與電勢能的變化一一對應wab epa epb 2 只有電場力做功時 帶電粒子的電勢能與動能之和守恒即epa eka epb ekb 3 只有電場力和重力做功時 帶電體的電勢能與機械能之和守恒 真題模擬精練 答案 解析 11 2017 福建廈門市3月質檢 如圖10所示 在水平地面上豎直固定一絕緣彈簧 彈簧中心直線的正上方固定一個帶電小球q 現(xiàn)將與q帶同種電荷的小