新教材2024高考物理二輪專題復(fù)習(xí)第一編專題復(fù)習(xí)攻略專題二動(dòng)量與能量第4講功能關(guān)系與能量守恒課件

第4講功能關(guān)系與能量守恒知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建命題分類剖析素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建命題分類剖析

答案：B

例2[2023·重慶統(tǒng)考一模](多選)如圖甲，轆轤是古代民間提水設(shè)施，由轆轤頭、支架、井繩、水斗等部分構(gòu)成．如題圖乙為提水設(shè)施工作原理簡(jiǎn)化圖．某次需從井中汲取m＝2kg的水，轆轤繞繩輪軸半徑為r＝0.1m，水斗的質(zhì)量為0.5kg，井足夠深且井繩的質(zhì)量忽略不計(jì)．t＝0時(shí)刻，輪軸由靜止開始繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其角速度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖丙所示，g取10m/s2，則(

)A．水斗速度隨時(shí)間變化規(guī)律為v＝0.4tB．井繩拉力瞬時(shí)功率隨時(shí)間變化的規(guī)律為P＝10tC．0～10s內(nèi)水斗上升的高度為4mD．0～10s內(nèi)井繩拉力所做的功為520J答案：AD

考向2

機(jī)車啟動(dòng)問題例3[2023·廣東省汕頭市期末]2022年9月28日汕頭海灣隧道正式開通，隧道全長(zhǎng)約6.68公里，全段最高限速為60km/h.海灣隧道中間為盾構(gòu)段，埋于海底，南北兩側(cè)路段以較小的坡度與盾構(gòu)段連接，全段可簡(jiǎn)化為如圖所示模型．一汽車從南岸由靜止開始以1m/s2的加速度沿斜面向下勻加速啟動(dòng)，已知汽車質(zhì)量為2.0×103kg，汽車所受阻力大小恒為重力的0.2，斜面傾角的正弦值sinθ＝0.1，重力加速度g＝10m/s2.(1)若汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率為P0＝5.6×104W，下坡階段足夠長(zhǎng)，求汽車下坡階段做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．(2)若汽車在上、下坡時(shí)均以最高限速勻速行駛，則下坡和上坡時(shí)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率之比為多少．

答案：B解析：在地面附近雨滴做勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)能定理得mgh－Wf＝0故雨滴克服空氣阻力做功為mgh，故選B.2.(多選)新能源汽車近幾年發(fā)展非常迅速，下表是某品牌電動(dòng)汽車相關(guān)參數(shù)．請(qǐng)根據(jù)相關(guān)參數(shù)判斷以下哪些說法正確(假設(shè)汽車以30m/s勻速行駛時(shí)的阻力為車重的0.05，汽車電能轉(zhuǎn)化為有用功的效率為80%，重力加速度g取10m/s2)(

)A.汽車在0～30m/s的加速過程中的平均加速度大小為6m/s2B．汽車剎車由30m/s減速到0所用時(shí)間最短為1sC．當(dāng)汽車以30m/s勻速行駛時(shí)，汽車克服阻力做功的功率為75kWD．當(dāng)汽車以30m/s勻速行駛時(shí)，汽車的續(xù)航里程(最大行駛距離)約為216km指標(biāo)參數(shù)整車質(zhì)量0～30m/s加速時(shí)間最大速度電池容量制動(dòng)最短距離(30m/s～0)數(shù)值2000kg5.0s60m/s75kW·h30m答案：AD

3．[2023·山東青島市高三上學(xué)期期中](多選)額定功率相同的甲、乙兩車在同一水平路面上從靜止啟動(dòng)．其發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力隨時(shí)間的變化曲線如圖所示．兩車分別從t1和t3時(shí)刻開始以額定功率行駛，從t2和t4時(shí)刻開始牽引力視為不變，若兩車行駛時(shí)所受的阻力大小與其總重成正比，且比例系數(shù)相同，下列說法正確的是(

)A．甲車的總重比乙車的大B．甲車比乙車先開始運(yùn)動(dòng)C．甲車在t1時(shí)刻的速率大于乙車在t3時(shí)刻的速率D．甲車在t2時(shí)刻的速率大于乙車在t4時(shí)刻的速率答案：BCD解析：根據(jù)題述，兩車額定功率P相同，勻速運(yùn)動(dòng)后牽引力等于阻力，根據(jù)甲車t2時(shí)刻后和乙車t4時(shí)刻后兩車牽引力不變，可知甲車牽引力小于乙車可知F＝f＝kmg可知甲車的總重比乙車小，故A錯(cuò)誤；如圖所示甲車在A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻牽引力與阻力大小瞬間相等，所以甲車從這個(gè)時(shí)刻開始，做加速運(yùn)動(dòng)；乙車在B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻牽引力與阻力大小瞬間相等，乙車從這個(gè)時(shí)刻開始加速，所以甲車比乙車先開始運(yùn)動(dòng)，故B正確；兩車分別從t1和t3時(shí)刻開始以額定功率行駛，這兩個(gè)時(shí)刻，甲車的牽引力小于乙車的牽引力，由P＝Fv可知，甲車在t1時(shí)刻的速率大于乙車在t3時(shí)刻的速率，故C正確；t2時(shí)刻甲車達(dá)到最大速度，t4時(shí)刻乙車達(dá)到最大速度，根據(jù)汽車的額定功率P＝fvm＝kmgvm可知由于甲車的總重比乙車小，所以甲車在t2時(shí)刻的速率大于乙車在t4時(shí)刻的速率，故D正確．命題點(diǎn)二動(dòng)能定理的應(yīng)用1．應(yīng)用動(dòng)能定理解題應(yīng)注意的三個(gè)問題(1)用動(dòng)能定理解決問題時(shí)一般以地面為參考系；(2)動(dòng)能定理的表達(dá)式是一個(gè)標(biāo)量式，在某個(gè)方向上應(yīng)用動(dòng)能定理是沒有依據(jù)的；(3)物體在某個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中包含幾個(gè)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同的小過程(如加速、減速的過程)時(shí)，可以分段考慮，也可以對(duì)全過程考慮，全過程用動(dòng)能定理列式，可使問題簡(jiǎn)化．2．利用動(dòng)能定理求解多過程問題的基本思路

答案：C

答案：CD

[考法拓展2]在[例1]中，若軌道光滑，使質(zhì)點(diǎn)帶上＋q的電荷量(帶電質(zhì)點(diǎn)可視為點(diǎn)電荷)，如圖所示，在豎直方向加上向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E.質(zhì)點(diǎn)由靜止釋放運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)N的過程中，下列說法正確的是(

)A．質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能守恒B．質(zhì)點(diǎn)的重力勢(shì)能減少，電勢(shì)能增加C．質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能增加2mgRD．質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能增加2qER答案：D解析：質(zhì)點(diǎn)下落過程，除重力做功以外，還有電場(chǎng)力做正功，機(jī)械能增加，由功能關(guān)系得機(jī)械能的增量ΔE＝2qER，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；重力做正功，重力勢(shì)能減少，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；合外力做功等于動(dòng)能的增量，則ΔEk＝2(qE＋mg)R，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．思維提升動(dòng)能定理在力學(xué)與電場(chǎng)中的應(yīng)用對(duì)比考向2

動(dòng)能定理與圖像的綜合例2如圖甲所示，一豎直面內(nèi)的軌道是由粗糙斜面AB和光滑軌道BCD組成，AB與BCD相切于B點(diǎn)，C為圓軌道的最低點(diǎn)，將物塊置于軌道ABC上離地面高為H處由靜止下滑，可用力傳感器測(cè)出其經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力FN.現(xiàn)將物塊放在ABC上不同高度處，讓H從零開始逐漸增大，傳感器測(cè)得物塊每次從不同高度處下滑到C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力FN，得到如圖乙兩段直線PQ和QI，且IQ反向延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)值為2.5N，g取10m/s2.求：(1)小物塊的質(zhì)量m及圓軌道的半徑R；(2)軌道BC所對(duì)圓心角；(3)小物塊與斜面AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)．

甲乙

[教你解決問題]——審圖解此題的關(guān)鍵是把握?qǐng)D像的信息，并將圖像信息與物理過程相對(duì)應(yīng)，如圖所示．提升訓(xùn)練1.[2023·陜西省西安市長(zhǎng)安區(qū)高考模擬]如圖甲所示為由彈丸發(fā)射器、固定在水平地面上的傾角為37°的斜面以及放置在水平地面上的光滑半圓形擋板墻(擋板墻上分布有多個(gè)力傳感器)構(gòu)成的游戲裝置．半圓形擋板墻的半徑R＝0.5m，斜面高度h＝0.9m，彈丸與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1＝0.5.游戲者調(diào)節(jié)發(fā)射器，彈丸到B點(diǎn)時(shí)速度沿斜面且大小為5m/s，接著他將半圓形擋板墻向左平移使C、D兩端重合．擋板墻上各處的力傳感器收集到的側(cè)壓力F與墻上轉(zhuǎn)過的圓心角θ之間的關(guān)系如圖乙所示，g取10m/s2.下列說法正確的是(

)A．彈丸的質(zhì)量為0.1kgB．彈丸的質(zhì)量為0.4kgC．彈丸與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.6D．彈丸與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.8答案：C

2．[2023·江蘇卷]如圖所示，滑雪道AB由坡道和水平道組成，且平滑連接，坡道傾角均為45°.平臺(tái)BC與緩沖坡CD相連．若滑雪者從P點(diǎn)由靜止開始下滑，恰好到達(dá)B點(diǎn)．滑雪者現(xiàn)從A點(diǎn)由靜止開始下滑，從B點(diǎn)飛出．已知A、P間的距離為d，滑雪者與滑道間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力．(1)求滑雪者運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間t；(2)求滑雪者從B點(diǎn)飛出的速度大小v；(3)若滑雪者能著陸在緩沖坡CD上，求平臺(tái)BC的最大長(zhǎng)度L.

命題點(diǎn)三機(jī)械能守恒定律和功能關(guān)系的應(yīng)用1．應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的基本思路2．功能關(guān)系的體現(xiàn)

答案：AD

例2[2023·湖北宜昌市協(xié)作體期中](多選)如圖所示，傾角為θ的光滑斜面固定在水平面上，斜面底端有擋板，頂端有光滑的輕質(zhì)小滑輪，右側(cè)固定一豎直光滑細(xì)桿，A、B兩物體用輕質(zhì)彈簧相連，非彈性細(xì)線一端與物體B連接，另一端通過滑輪與套在細(xì)桿上的滑環(huán)C相連．初始狀態(tài)，滑環(huán)C位于D點(diǎn)，此時(shí)細(xì)線與斜面平行，物體A對(duì)擋板壓力恰好為零，無初速度釋放滑環(huán)，當(dāng)滑環(huán)到達(dá)E點(diǎn)時(shí)其速度大小為v，此時(shí)細(xì)線與水平方向夾角也為θ，已知A、B、C質(zhì)量相等，D、E兩點(diǎn)高度差為h，重力加速度為g.在滑環(huán)C下降過程中，下列說法正確的是(

)A．剛釋放瞬間滑環(huán)C的加速度大小為gB．當(dāng)滑環(huán)C下降到與滑輪等高時(shí)，滑環(huán)C機(jī)械能最大C．滑環(huán)C到達(dá)E點(diǎn)時(shí)，物體B速度大小為vcosθD．滑環(huán)C到達(dá)E點(diǎn)時(shí)，v和h滿足關(guān)系2gh＝v2(1＋sin2θ)答案：BD

答案：BD

例4[2023·北京石景山期末]如圖甲所示，質(zhì)量為m的籃球從離地H高度處由靜止下落，與地面發(fā)生一次非彈性碰撞后反彈至離地h的最高處．設(shè)籃球每次與地面碰撞的碰后速率與碰前速率之比相同，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力．(1)求籃球與地面碰撞的碰后速率與碰前速率之比．(2)如圖甲所示，若籃球反彈至最高處h時(shí)，運(yùn)動(dòng)員向下拍球，對(duì)籃球施加一個(gè)向下的壓力F，持續(xù)作用至h0高度處撤去，使得籃球與地面碰撞一次后恰好反彈至h高度處，力F的大小隨高度y的變化如圖乙所示，其中h0已知，求F0的大?。?3)在籃球與地球相互作用的過程中，我們認(rèn)為地球始終保持靜止不動(dòng)．請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析說明建立這種模型的合理性．

考向3

能量守恒定律的應(yīng)用例5將一輕質(zhì)彈簧豎直固定在水平地面上處于原長(zhǎng)狀態(tài)，讓一質(zhì)量m0＝20g的小球從彈簧上端由靜止釋放，小球最大下落高度h1＝5cm.將該彈簧固定在如圖所示的軌道左側(cè)豎直墻壁上，軌道中部有一半徑R＝0.1m的豎直圓軌道，不同軌道的連接處均為平滑連接，小滑塊可以從圓軌道最低點(diǎn)的一側(cè)進(jìn)入，繞圓軌道一周后從最低點(diǎn)向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)．軌道上彈簧右側(cè)的M點(diǎn)到圓軌道左側(cè)N點(diǎn)的距離xMN＝0.6m的范圍內(nèi)有摩擦，而其他部分均光滑．讓一質(zhì)量m＝10g的小滑塊從軌道右側(cè)高h(yuǎn)2(未知)處由靜止釋放，小滑塊恰好能通過圓軌道最高點(diǎn)C，且第一次恰好能把彈簧壓縮5cm.現(xiàn)讓該小滑塊從軌道右側(cè)h3＝0.4m處由靜止釋放，已知重力加速度g取10m/s2，求：(1)小滑塊下落的高度h2；(2)小滑塊停止時(shí)的位置到N點(diǎn)的距離．

思維提升涉及做功與能量轉(zhuǎn)化問題的解題方法(1)分清是什么力做功，并且分析該力做正功還是做負(fù)功；根據(jù)功能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定能量之間的轉(zhuǎn)化情況．(2)當(dāng)涉及滑動(dòng)摩擦力做功時(shí)，機(jī)械能不守恒，一般應(yīng)用能量守恒定律，特別注意摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝Ffl相對(duì)，l相對(duì)為相對(duì)滑動(dòng)的兩物體間相對(duì)滑動(dòng)路徑的總長(zhǎng)度．(3)解題時(shí)，首先確定初、末狀態(tài)，然后分清有多少種形式的能在轉(zhuǎn)化，再分析狀態(tài)變化過程中哪種形式的能量減少，哪種形式的能量增加，求出減少的能量總和ΔE減和增加的能量總和ΔE增，最后由ΔE減＝ΔE增列式求解．

答案：BCD

3．[2023·遼寧卷]某大型水陸兩棲飛機(jī)具有水面滑行汲水和空中投水等功能．某次演練中，該飛機(jī)在水面上由靜止開始勻加速直線滑行并汲水，速度達(dá)到v1＝80m/s時(shí)離開水面，該過程滑行距離L＝1600m、汲水質(zhì)量m＝1.0×104kg.離開水面后，飛機(jī)攀升高度h＝100m時(shí)速度達(dá)到v2＝100m/s，之后保持水平勻速飛行，待接近目標(biāo)時(shí)開始空中投水．取重力加速度g＝10m/s2.求：(1)飛機(jī)在水面滑行階段的加速度a的大小及滑行時(shí)間t；(2)整個(gè)攀升階段，飛機(jī)汲取的水的機(jī)械能增加量ΔE.

素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題應(yīng)用能量觀點(diǎn)解決問題的方法能量觀點(diǎn)即用動(dòng)能定理、功能關(guān)系和能量守恒定律解決物理問題．用這種觀點(diǎn)解決復(fù)雜的直線或曲線運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，應(yīng)從能量守恒和能量轉(zhuǎn)化的角度著手，找到問題的突破口，如解決研究對(duì)象是單個(gè)物體，運(yùn)動(dòng)過程是多過程的問題