教科版高考物理二輪專題復(fù)習(xí)：機(jī)械能和能源

1、高三復(fù)習(xí)研討會交 流 材 料二輪專題復(fù)習(xí)：機(jī)械能 一、考點解讀： 1考試說明內(nèi)容要求說明功和功率重力勢能彈性勢能彈性勢能的表達(dá)式不作要求動能 動能定理機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用驗證機(jī)械能守恒定律（實驗、探究）能源和能量消耗2考情分析：（1）本專題2011年考試說明與2010年基本相同，4個級要求，高考對本部分知識考查的特點：靈活性強，綜合面廣，能力要求高；在選擇題、實驗題、論述計算題中均可考查且分值較高。 （2）從內(nèi)容看本專題的內(nèi)容為高考命題的熱點，尤其是動能定理、機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，如2010年江蘇卷第8題；往往與其他專題內(nèi)容綜合起來形成壓軸題，如2009年江蘇卷第14、15兩大題；2010年

2、江蘇卷第14題均結(jié)合了能量的轉(zhuǎn)化和守恒。（3）從具體題型看：功、功率、勢能、機(jī)械能的相關(guān)概念的考查多是選擇題的形式，動能定理、機(jī)械能守恒、功能關(guān)系等與圓周運動、電磁學(xué)知識的綜合，以計算題形式考查。用功能觀點分析的綜合問題復(fù)習(xí)中應(yīng)特別重視。二、專題定位：本專題是力學(xué)知識的重點內(nèi)容之一，它是建立在力的概念、運動學(xué)的知識和牛頓運動定律基礎(chǔ)上的，進(jìn)一步研究力的空間積累效果和物體運動狀態(tài)的變化之間的關(guān)系內(nèi)容主要包括四個概念(功、功率、動能和勢能)和三個規(guī)律(動能定理、機(jī)械能守恒定律、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律)及應(yīng)用功能關(guān)系解決物體的運動和帶電粒子(或?qū)w棒模型)在電場或磁場中的運動問題考查的重點有以下幾方面：

3、重力、摩擦力、靜電力和洛倫茲力的做功特點和求解；與功、功率相關(guān)的分析與計算；幾個重要的功能關(guān)系的應(yīng)用；動能定理的綜合應(yīng)用；綜合應(yīng)用機(jī)械能守恒定律和能量守恒定律分析問題三、備考策略：1應(yīng)用動能定理解題時，在分析過程的基礎(chǔ)上，無需探究物體運動狀態(tài)過程中變化的細(xì)節(jié)，只需考慮整個過程中各個力做的總功及物體的初動能和末動能動能定理的研究對象是單個物體，作用在物體上的外力包括所有的力，因此必須對物體進(jìn)行受力分析。若各恒力同時作用一段位移，可先求出物體所受的合外力，再求總功；也可用總功等于各力所做功的代數(shù)和的方法求求各力不同時刻對物體做功，總功應(yīng)為各階段各力做功的代數(shù)和。2系統(tǒng)的機(jī)械能守恒或者能量守恒定律通

4、常應(yīng)用于多個物體，應(yīng)用時要注意三個關(guān)系：（1）能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：即什么能量減少，什么能量增加。（2）位置關(guān)系：如高度的變化；（3）速度關(guān)系：各物體的速度可能不同，如：可以利用圓周運動中角速度相同，線速度與半徑成正比；其次可利用繩連物體中物體沿繩方向的分速度相同等特點來確定物體間的速度關(guān)系。3復(fù)習(xí)本專題時的一個重要課題是要研究功和能的關(guān)系，尤其是功和機(jī)械能的關(guān)系。突出：“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”這一基本概念(1)物體動能的增量由外力做的總功來量度：w外=ek，這就是動能定理(2)物體重力勢能的增量由重力做的功來量度：wg=ep（3）物體機(jī)械能的增量由重力以外的其他力做的功來量度：w外=ek (w其表示除

5、重力以外的其他力做的功)，(4)當(dāng)w其=0時，說明只有重力做功，所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒4借鑒模型 ，明確解題途徑正確運用定理或定律，功與能的結(jié)合常以一定的物理載體（裝置或器件）組成基本的物理模型，如：傳送帶模型、天體運動模型、彈簧模型、雙桿模型等借鑒模型就是通過審題與基本物理模型比較，從而確定相似、相同、等效或變換模型的過程在確立模型后，要以簡單明了為前提選擇正確的解題途徑，找出與題目相符合的定律建立方程，并結(jié)合巧用數(shù)學(xué)知識的方法求出結(jié)果，別忘了最后還要檢查結(jié)果物理過程和規(guī)律。 四、熱點題型例析：考點一：功和功率的計算1如圖所示，用豎直向下的恒力f通過跨過光滑定滑輪的細(xì)線拉動光滑水平面上的物體，

6、物體沿水平面移動過程中經(jīng)過a、b、c一點，設(shè)ab=bc，若從a點至b點和從b點至c點的過程中拉力f做的功分別為w1、w2，物體經(jīng)過a、b、c三點時的動能分別為eka、ekb、ekc，則一定有aw1>w2 bw1<w2cekbeka=ekcekb dekc<2ekb解題指導(dǎo)： 方法一(根據(jù)功的公式定性分析)ab段拉力與位移方向的夾角比bc的小，故w1>w2；再由動能定理可知，ekbeka>ekcekr，ekc<2ekb。選項ad正確方法二(轉(zhuǎn)換法) 此題中物塊受到的拉力大小恒定，但與水平方向的夾角逐漸增大，屬于變力，可將此變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功問題設(shè)滑塊在a、

7、b、c三點時到滑輪的距離分別為l1、l2、l3，如w1=f（l1l2），w2=f(l2l3)。由于從l1到l3的過程中，繩與水平方向的夾角逐漸變大，所以可以把夾角推到兩個極端情況。l1與水平面的夾角很小，推到接近于0°時，則l1一l2ab，l3與水平面的夾角較大，推到接近90°時，則l2一l30，由此可知，l1-l2>l2-l3，故w1>w2，a正確b錯誤再由動能定理可判斷c錯d正確。 在方法二的解題中，極限法的應(yīng)用非常關(guān)鍵 【方法探究】 求變力功的常用方法： 轉(zhuǎn)換法：若某一變力的功和某一恒力的功相等，則可以通過計算該恒力的功來求變力的功，如本題解法二，此法也可

8、以說成是等效替代 微元法：主要用于解決大小不變、方向總與運動方向相同或相反的變力做功問題如曲線運動中，滑動摩擦力、空氣阻力(大小不變)等做的功，等于力和路程(不是位移)的乘積 平均力法：如果力的方向不變，力的大小對位移按線性規(guī)律變化時，可用力的算術(shù)平均值(恒力)代替變力，再利用功的定義式求功 利用功能關(guān)系求變力做功：用能量的變化量等效代換變力所做的功 利用w=pt求變力做功?？键c二 動能定理和功能關(guān)系應(yīng)用二如圖所示，豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之問接有定值電阻r，質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸且無摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在

9、豎直向上的恒力f作用下加速上升的一段時間內(nèi)，力f做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于a棒的機(jī)械能增加量 b棒的動能增加量c棒的重力勢能增加量d電阻r上放出的熱量解題指導(dǎo)： 棒的動能增量等于合外力所做的功，重力勢能的增量等于克服重力所做的功，機(jī)械能的增量應(yīng)等于除重力以外的力所做功的代數(shù)和，而電阻r上放出的熱量應(yīng)等于物體克服安培力所做的功，綜上所述，只有a選項正確。答案為a?！局R鏈接】 在高中物理中主要的功能關(guān)系有：1外力對物體所做的總功等于物體動能的增量，即w總=e。(動能定理)2重力(或彈簧彈力)對物體所做的功等于物體重力勢能(或彈性勢能)增量的負(fù)值，即w重=ep3電場力對電荷所做的功等于電荷電

10、勢能增量的負(fù)值，即w電=e電 4除重力(或彈簧彈力)以外的力對物體所做的功等于物體機(jī)械能的增量，即w其他=e機(jī)(功能原理)。5滑動摩擦力做功與內(nèi)能變化的關(guān)系是，“摩擦所產(chǎn)生的熱等于滑動摩擦力跟物體問相對路程的乘積，即q=fs相對?；瑒幽Σ亮λ龅墓Φ拇鷶?shù)和總為負(fù)值，它表示除了有機(jī)械能在兩個物體間轉(zhuǎn)移外，還有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這就是“摩擦生熱”的實質(zhì)?？键c三 動能定理與機(jī)械能守恒定律的綜合應(yīng)用例3 如圖所示，水平軌道上輕彈簧左端固定，彈簧處于自然狀態(tài)時，其右端位于p點現(xiàn)用一質(zhì)m=0.1 kg的小物塊(可視為質(zhì)點)將彈簧壓縮后釋放，物塊經(jīng)過p時的速度，經(jīng)過水平軌道右端q點后恰好沿半圓軌道的切

11、線進(jìn)入豎直固定的圓軌道，最后物塊經(jīng)軌道最低點a拋小后落到b點若物塊與水平軌道間的動摩擦因數(shù)，p到q的長度l=1m，a到b的豎直高度h=1.25m，取g=10 ms2。(1)求物塊到達(dá)q點時的速度大小(保留根號)(2)判斷物塊經(jīng)過q點后能否沿圓周軌道運動(3)求物塊水平拋出的位移大小【審題突破】本題物塊從p點出發(fā)包括幾個不同的運動階段？從題意中能否確定半圓軌道是光滑的呢？解析 （1）設(shè)物塊到達(dá)q點時的速度為，由動能定理得代入數(shù)據(jù)解得（2）設(shè)物塊剛離開q點時，圓軌道對物塊的壓力為fn根據(jù)牛頓定律有則，故物塊能沿圓周軌道運動（3）設(shè)物塊到達(dá)半圓軌道最低點a時的速度為，由機(jī)械能守恒得解得由滑塊從a點下

12、落，做平拋運動的水平位移得代入數(shù)據(jù)，得x=9.5m【以題說法】本題是一個多運動過程問題，應(yīng)注意分析各個過程的運動和受力特點，從而選取相應(yīng)物理規(guī)律。審題中要注意隱含條件的挖掘，如本題半圓軌道不受摩擦力作用。物體通過豎直軌道最高點的條件是軌道與物體間的彈力?？碱}四 功能觀點與動力學(xué)觀點綜合應(yīng)用 例4如圖所示，光滑絕緣水平軌道m(xù)n的右端n與水平傳送帶平滑連接傳送帶以恒定向右運動，其右端處平滑連接著一個處于豎直平面內(nèi)、半徑r=0.40m的光滑半圓軌道pq，n、p間距l(xiāng)=0.80 m，兩個質(zhì)量均為m=0.20 kg的小滑塊a、b置于水平導(dǎo)軌mn上，a滑塊帶電量為q=+2.0×10-4 c，長為

13、r=5.0 m的輕質(zhì)絕緣細(xì)繩一端與滑塊a相連，另一端固定在滑塊a的正上方o處且細(xì)繩處于拉直狀態(tài)，滑塊b不帶電開始時滑塊a、b用絕緣細(xì)繩相連，其間夾有一壓縮的輕質(zhì)絕緣彈簧，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)現(xiàn)剪斷ab之間細(xì)繩。彈簧彈開(忽略其伸長量)，與此同時在豎直虛線左側(cè)空間施加一勻強電場，場強大小e=2.0×104 nc，方向豎直向上滑塊b脫離彈簧后滑上傳送帶，從右端滑小并恰能沿半圓軌道運動到最高點q，已知滑塊b與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)。求：(1)滑塊b在半圓軌道p處對軌道壓力fn的大??；(2)細(xì)繩斷開前輕彈簧的彈性勢能ep(3)從滑塊a被彈開到繩剛繃緊所用的時間t【審題突破】 l恰沿半圓軌道運動到

14、最高點q的條件是什么? 2要求繩斷開前輕彈簧的彈性勢能，應(yīng)知道a、b兩滑塊在繩斷時的速度?二者速度滿足什么關(guān)系? 解析： (1)在q點，由，得得=gr=2 ms從到的過程，由機(jī)械能守恒，有設(shè)為軌道對滑塊的彈力在點有解得根據(jù)牛頓第三定律，滑塊在半圓軌道處對軌道的壓力大小為12n(2)因,故滑塊b在皮帶上一直做勻減速運動，加速度大小為 滑塊b從p到n的過程,由運動學(xué)知識有得由對稱性可知，彈簧彈開時，滑塊a所獲得的速度大小，所以細(xì)繩斷開前，彈簧的彈性勢能（3）因為，所以彈簧彈開后，滑塊a做類平拋運動設(shè)經(jīng)過時間t，繩子在q處繃緊，建立坐標(biāo)系如圖所示，設(shè)做平拋運動的水平位移為x，豎直方向的位移為y，則有

15、 在q處對a由牛頓第二定律得，則圖中的幾何關(guān)系有聯(lián)系以上各式可得t=1s【以題說法】 1對于多運動過程問題首先要搞清各過程的運動特點。當(dāng)前面的運動過程不好直接分析時，我們可以分析后面的運動過程，進(jìn)行逆向分析，可以使我們對問題的分析豁然開朗。2對于物體在傳送帶上的運動問題，要通過比較物體和傳送帶的速度來確定物體相對傳送帶的運動特點。五、練習(xí)： 1.2010年廣州亞運會上，劉翔重歸賽場，以打破亞運記錄的方式奪得110米跨欄的冠軍。他采用蹲踞式起跑，在發(fā)令槍響后，左腳迅速蹬離起跑器，在向前加速的同時提升身體重心。如圖所示，假設(shè)質(zhì)量為m的運動員，在起跑時前進(jìn)的距離s內(nèi)，重心升高量為h，獲得的速度為v，

16、阻力做功為w阻，則在此過程中（ b ）hsa運動員的機(jī)械能增加了b運動員的機(jī)械能增加了c運動員的重力做功為d運動員自身做功2如圖所示，一帶正電小球穿在一根絕緣粗糙直桿上，桿與水平方向成，整個空間存在著豎直向上的勻強電場和垂直于桿方向斜向上的勻強磁場，小球沿桿向下運動，在a點 時的動能為100j，在c點時動能減為零，b為ac的中點，那么帶電小球在運動過程中：( cd )a小球在b點時的動能為50jb小球電勢能的增加量等于重力勢能的減少量c到達(dá)c點后小球可能沿桿向上運動d小球在ab段克服摩擦力做的功與在bc段克服摩擦力做的功相等3如圖所示，bd是豎直平面內(nèi)圓上的一條豎直直徑，ac是該圓的另一條直徑

17、，該圓處在勻強電場中，場強方向平行于圓周平面。將帶等量負(fù)電荷的相同小球從o點以相同的動能射出，射出方向不同時，小球會經(jīng)過圓周上不同的點，在這些所有的點中，到達(dá)a點時小球的動能總是最小。忽略空氣阻力，則下列說法中正確的是 （ bcd ） obacdef a可以斷定電場方向由o點指向圓弧aeb上的某一點 b若忽略小球的重力，其它條件不變，則電場強度的方 向一定由c點沿直徑指向a點 c到達(dá)b點時小球的動能和電勢能之和總是最小 d到達(dá)c點時小球的電勢能和重力勢能之和總是最小 4如圖所示，傾角=30°的粗糙斜面固定在地面上，長為l=0.8m、質(zhì)量為m=1kg粗細(xì)均勻、質(zhì)量分布均勻的軟繩置于斜面上，其上端與斜面頂端齊平，與斜面的動摩擦因數(shù)為用細(xì)線將質(zhì)量為m=2kg的物塊與軟繩連接，細(xì)線剛好繃直物塊由靜止釋放后向下運動，直到軟繩剛好全部離開斜面(此時物塊未到達(dá)地面，軟繩始終緊靠斜面頂端)，在此過程中（1