功能關(guān)系及應(yīng)用

.功能關(guān)系及應(yīng)用高考要求重要考點要求命題熱點功和功率1重力、摩擦力、電場力和洛倫茲力的做功特點和求解2與功、功率相關(guān)的分析和計算。3動能定理的綜合應(yīng)用。4應(yīng)用動能定理、功能關(guān)系解決動力學(xué)問題。其中動能定理和功能關(guān)系的應(yīng)用是考查的重點，考查的特點是密切聯(lián)系生活、生產(chǎn)實際，聯(lián)系現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的問題和能源環(huán)保問題 動能和動能定理重力做功與重力勢能電場力做功與電勢能功能關(guān)系電功率、焦耳定律本專題涉及的考點有：功和功率、動能和動能定理、重力做功和重力勢能、彈力功與彈性勢能、合力功與機械能,摩擦阻力做功、內(nèi)能與機械能。都是歷年高考的必考內(nèi)容，考查的知識點覆蓋面全，頻率高，題型全。動能定理、功能關(guān)系是歷年高考力學(xué)部分的重點和難點，用能量觀點解題是解決動力學(xué)問題的三大途徑之一?？季V對本部分考點要求都為類， 功能關(guān)系一直都是高考的“重中之重”，是高考的熱點和難點，涉及這部分內(nèi)容的考題不但題型全、分值重，而且還常有高考壓軸題?？碱}的內(nèi)容經(jīng)常與牛頓運動定律、曲線運動、電磁學(xué)等方面知識綜合，物理過程復(fù)雜，綜合分析的能力要求較高，這部分知識能密切聯(lián)系生活實際、聯(lián)系現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，因此，每年高考的壓軸題，高難度的綜合題經(jīng)常涉及本專題知識。它的特點：一般過程復(fù)雜、難度大、能力要求高。還常考查考生將物理問題經(jīng)過分析、推理轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，然后運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力。一、重要地位：3、對守恒思想理解不夠深刻在高中物理學(xué)習(xí)過程中，既要學(xué)習(xí)到普遍適用的守恒定律能量守恒定律，又要學(xué)習(xí)到條件限制下的守恒定律機械能守恒定律。學(xué)生掌握守恒定律的困難在于：對于能量守恒定律，分析不清楚哪些能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化，即哪幾種能量之和守恒；而對于機械能守恒定律，又不能正確的分析何時守恒，何時不守恒。4、對功和能混淆不清在整個高中物理學(xué)習(xí)過程中，很多同學(xué)一直錯誤的認為功與能是一回事，甚至可以互相代換，其實功是功，能是能，功和能是兩個不同的概念，對二者的關(guān)系應(yīng)把握為：功是能量轉(zhuǎn)化的量度。 二、突破策略：（5）功是能量轉(zhuǎn)化的量度，由此，對于大小、方向都隨時變化的變力F所做的功，可以通過對物理過程的分析，從能量轉(zhuǎn)化多少的角度來求解。圖5-2例1：如圖5-2所示，質(zhì)量為m的小物體相對靜止在楔形物體的傾角為的光滑斜面上，楔形物體在水平推力F作用下向左移動了距離s，在此過程中，楔形物體對小物體做的功等于().A0BmgscosCFsDmgstanCmv2max+Fs-mv02 DFt【審題】審題中要注意到，此過程中發(fā)動機始終以額定功率工作，這樣牽引力大小是變化的，求牽引力的功就不能用公式，而要另想他法?！窘馕觥拷夥ㄒ唬海ㄆ骄Ψǎ﹫D5-3鐵錘每次做功都用來克服鐵釘阻力做的功，但摩擦阻力不是恒力，其大小與深度成正比，F(xiàn)=f=kx,可用平均阻力來代替.如圖5-3所示，第一次擊入深度為x1,平均阻力=kx1,做功為W1=x1=kx12.第二次擊入深度為x1到x2,平均阻力=k（x2+x1）,位移為x2-x1,做功為W2=（x2-x1）= k（x22-x12）. 兩次做功相等：W1=W2.圖5-4解后有：x2=x1=1.41 cm,x=x2-x1=0.41 cm.解法二：（圖象法）因為阻力F=kx,以F為縱坐標，F(xiàn)方向上的位移x為橫坐標，作出F-x圖象（如圖5-4所示），曲線上面積的值等于F對鐵釘做的功。由于兩次做功相等，故有：S1=S2（面積），即： kx12=k（x2+x1）（x2-x1）,所以x=x2-x1=0.41 cmm例4：一列火車由機車牽引沿水平軌道行使，經(jīng)過時間t，其速度由0增大到v。已知列車總質(zhì)量為M，機車功率P保持不變，列車所受阻力f為恒力。求：這段時間內(nèi)列車通過的路程?！緦忣}】以列車為研究對象，水平方向受牽引力F和阻力f，但要注意機車功率保持不變，就說明牽引力大小是變化的，而在中學(xué)階段用功的定義式求功要求F是恒力?！窘馕觥恳粤熊嚍檠芯繉ο螅熊囁椒较蚴軤恳妥枇?設(shè)列車通過路程為s。根據(jù)動能定理： 圖5-6【總結(jié)】解決該類問題，要注意研究對象的選取，可以選擇t時間內(nèi)通過風(fēng)力發(fā)電機的空氣為研究對象，也可以選擇單位時間內(nèi)通過風(fēng)力發(fā)電機的空氣為研究對象，還可以選擇單位長度的空氣為研究對象。例6：如圖5-6所示，斜面傾角為，滑塊質(zhì)量為m，滑塊與斜面的動摩擦因數(shù)為，從距擋板為s0的位置以v0的速度沿斜面向上滑行.設(shè)重力沿斜面的分力大于滑動摩擦力，且每次與P碰撞前后的速度大小保持不變，斜面足夠長.求滑塊從開始運動到最后停止滑行的總路程s.以上各式均為標量式，后兩個表達式研究的是變化量，無需選擇零勢能面，有些問題利用它們解決顯得非常方便，但一定要分清哪種能量增加，哪種能量減少，或哪個物體機械能增加，哪個物體機械能減少。而對于能量守恒定律可從以下兩個角度理解：O圖5-7（1）某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等。（2）某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。7：如圖5-7所示，一根長為l的輕繩，一端固定在O點，另一端拴一個質(zhì)量為m的小球用外力把小球提到圖示位置，使繩伸直，并在過O點的水平面上方，與水平面成30角從靜止釋放小球，求小球通過O點正下方時繩的拉力大小。則有：mvB/2+mgl(1-cos60)= mvC2 在C點由牛頓第二定律得T-mg=m 聯(lián)立以上方程可解得： T=mg【總結(jié)】在分析該題時一定要注意繩在繃緊瞬間，有機械能損失，也就是說整個過程機械能并不守恒，不能由全過程機械能守恒定律解決該問題，但是在該瞬間之前和之后的兩個過程機械能都是守恒的，可分別由機械能守恒定律求解。【總結(jié)】該題的關(guān)鍵之處在于，對每個小球來講機械能并不守恒，但對兩小球組成的系統(tǒng)來講機械能是守恒的。圖5-10例9：如圖5-10所示，皮帶的速度為3m/s，兩圓心距離s=4.5m，現(xiàn)將m=1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動摩擦因數(shù)為=0.15，電動機帶動皮帶將物體從左輪正上方運送到右輪正上方時，電動機消耗的電能是多少？3、理解功能關(guān)系，牢記“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”能是物體做功的本領(lǐng)，功是能量轉(zhuǎn)化的量度；能屬于物體，功屬于系統(tǒng)；功是過程量，能是狀態(tài)量。做功的過程，是不同形式能量轉(zhuǎn)化的過程：可以是不同形式的能量在一個物體轉(zhuǎn)化，也可以是不同形式的能量在不同物體間轉(zhuǎn)化。力學(xué)中，功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系主要有以下幾種：（1）重力對物體做功，物體的重力勢能一定變化，重力勢能的變化只跟重力做的功有關(guān)：，另外彈簧彈力對物體做功與彈簧彈性勢能的變化也有類似關(guān)系：。（2）合外力對物體做的功等于物體動能的變化量：動能定理。（3）除系統(tǒng)內(nèi)的重力和彈簧彈力外，其他力做的總功等于系統(tǒng)機械能的變化量：功能原理。11：如圖5-12所示，質(zhì)量為m的小鐵塊A以水平速度v0沖上質(zhì)量為M、長為、置于光滑水平面C上的木板B，正好不從木板上掉下，已知A、B間的動摩擦因數(shù)為，此時木板對地位移為s，求這一過程中：圖5-12（1）木板增加的動能；（2）小鐵塊減少的動能；（3）系統(tǒng)機械能的減少量；（4）系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量?！緦忣}】在此過程中摩擦力做功的情況是：A和B所受摩擦力分別為F1、F2，且F1=F2=mg，A在F1的作用下勻減速，B在F2的作用下勻加速；當A滑動到B的右端時，A、B達到一樣的速度v，就正好不掉下?！究偨Y(jié)】通過本題可以看出摩擦力做功可從以下兩個方面理解：（1）相互作用的一對靜摩擦力，如果一個力做正功，另一個力一定做負功，并且量值相等，即一對靜摩擦力做功不會產(chǎn)生熱量。（2）相互作用的一對滑動摩擦