高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題四 功能關(guān)系的應(yīng)用 第1講 功能關(guān)系在力學(xué)中的應(yīng)用課件
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1、第1講功能關(guān)系在力學(xué)中的應(yīng)用專題四功能關(guān)系的應(yīng)用知識回扣 規(guī)律方法高考題型2動力學(xué)方法和動能定理的綜合應(yīng)用高考題型3應(yīng)用動力學(xué)和能量觀點分析綜合問題高考題型1力學(xué)中的幾個重要功能關(guān)系的應(yīng)用高考題精選精練知識回扣 規(guī)律方法答案知識回扣1.常見的幾種力做功的特點常見的幾種力做功的特點(1)重力、彈簧彈力、靜電力做功與 無關(guān).(2)摩擦力做功的特點單個摩擦力(包括靜摩擦力和滑動摩擦力)可以做正功,也可以做負(fù)功,還可以不做功.相互作用的一對靜摩擦力做功的代數(shù)和 ,在靜摩擦力做功的過程中,只有機械能的轉(zhuǎn)移,沒有機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能;相互作用的一對滑動摩擦力做功的代數(shù)和 ,且總為 .在一對滑動摩擦路徑
2、總等于零不為零負(fù)值答案力做功的過程中,不僅有相互摩擦物體間機械能的轉(zhuǎn)移,還有部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量等于系統(tǒng)機械能的減少量,等于滑動摩擦力與 的乘積.摩擦生熱是指滑動摩擦生熱,靜摩擦不會生熱.相對位移答案2.幾個重要的功能關(guān)系幾個重要的功能關(guān)系(1)重力的功等于 的變化,即WG .(2)彈力的功等于 的變化,即W彈 .(3)合力的功等于 的變化,即W .(4)重力(或彈簧彈力)之外的其他力的功等于 的變化,即W其他E.(5)一對滑動摩擦力做的功等于 的變化,即QFfx 相對.重力勢能Ep彈性勢能Ep動能Ek機械能系統(tǒng)中內(nèi)能1.動能定理的應(yīng)用動能定理的應(yīng)用(1)動能定理的適用情況:解
3、決單個物體(或可看成單個物體的物體系統(tǒng))受力與位移、速率關(guān)系的問題.動能定理既適用于 運動,也適用于 運動;既適用于 做功,也適用于 做功,力可以是各種性質(zhì)的力,既可以同時作用,也可以分段作用.(2)應(yīng)用動能定理解題的基本思路選取研究對象,明確它的運動過程.分析研究對象的受力情況和各力做功情況,然后求各個外力做功的.答案規(guī)律方法直線曲線恒力變力代數(shù)和明確物體在運動過程初、末狀態(tài)的動能Ek1和Ek2.列出動能定理的方程W合Ek2Ek1,及其他必要的解題方程,進(jìn)行求解.2.機械能守恒定律的應(yīng)用機械能守恒定律的應(yīng)用(1)機械能是否守恒的判斷用做功來判斷,看重力(或彈簧彈力)以外的其他力做功的代數(shù)和是
4、否為 .用能量轉(zhuǎn)化來判斷,看是否有機械能與其他形式的能的相互轉(zhuǎn)化.對一些“繩子突然繃緊”“ ”等問題,機械能一般不守恒,除非題目中有特別說明或暗示.答案零物體間碰撞答案(2)應(yīng)用機械能守恒定律解題的基本思路選取研究對象物體系統(tǒng).根據(jù)研究對象所經(jīng)歷的物理過程,進(jìn)行 、 分析,判斷機械能是否守恒.恰當(dāng)?shù)倪x取參考平面,確定研究對象在運動過程的初、末狀態(tài)的機械能.根據(jù)機械能守恒定律列方程,進(jìn)行求解.受力做功力學(xué)中的幾個重要功能關(guān)系的應(yīng)用高考題型1例例1(2017山東濱州市一模)兩物塊A和B用一輕彈簧連接,靜止在水平桌面上,如圖1甲,現(xiàn)用一豎直向上的力F拉動物塊A,使之向上做勻加速直線運動,如圖乙,在物
5、塊A開始運動到物塊B將要離開桌面的過程中(彈簧始終處于彈性限度內(nèi)),下列說法正確的是A.力F先減小后增大B.彈簧的彈性勢能一直增大C.物塊A的動能和重力勢能一直增大D.兩物塊A、B和輕彈簧組成的系統(tǒng)機械能先增大后減小答案解析圖1解析解析對A物塊由牛頓第二定律得:Fmgkxma,解得:Fm(ga)kx,由于x先減小后反向增大,故拉力一直增大,故A錯誤;在A上升過程中,彈簧從壓縮到伸長,所以彈簧的彈性勢能先減小后增大,故B錯誤;在上升過程中,由于物塊A做勻加速運動,所以物塊A的速度增大,高度升高,則物塊A的動能和重力勢能增大,故C正確;在上升過程中,除重力與彈力做功外,還有拉力做正功,所以兩物塊A
6、、B和輕彈簧組成的系統(tǒng)的機械能一直增大,故D錯誤.技巧點撥技巧點撥1.對研究對象進(jìn)行受力分析、運動分析、能量分析.2.熟練掌握動能、重力勢能、彈性勢能、機械能等變化的分析方法.1.(2017全國卷16)如圖2,一質(zhì)量為m、長度為l的均勻柔軟細(xì)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 l.重力加速度大小為g.在此過程中,外力做的功為對點拓展練答案解析圖2解析解析由題意可知,PM段細(xì)繩的機械能不變,MQ段細(xì)繩的重心升高了 ,則重力勢能增加Ep mg mgl,由功能關(guān)系可知,在此過程中,外力做的功為W mgl ,故選項A正確,B、C、D錯誤.212.(多選)(
7、2017遼寧鐵嶺市協(xié)作體模擬)如圖3,用輕繩連接的滑輪組下方懸掛著兩個物體,它們的質(zhì)量分別為m1、m2,且m22m1,m1用輕繩掛在動滑輪上,滑輪的質(zhì)量、摩擦均不計.現(xiàn)將系統(tǒng)從靜止釋放,對m1上升h高度(h小于兩滑輪起始高度差)這一過程,下列說法正確的是A.m2減小的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為m1增加的重力勢能B.m1上升到h高度時的速度為 C.輕繩對m2做功的功率與輕繩對m1做功的功率大小相等D.輕繩的張力大小為 m1g答案解析圖321解析解析根據(jù)能量守恒可知,m2減小的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為m1增加的重力勢能和兩物體的動能,故A錯誤;根據(jù)動滑輪的特點可知,m2的速度大小為m1速度大小的2倍,根據(jù)動能定
8、理可得:m2g2hm1gh m2v22 m1v12,v22v1,解得:v1 ,故B正確;繩子的拉力相同,故輕繩對m2、m1做功的功率大小分別為P2Fv2,P12Fv1,由于v22v1,故輕繩對m2做功的功率與輕繩對m1做功的功率大小相等,故C正確;21根據(jù)動滑輪的特點可知,m1的加速度大小為m2的加速度大小的一半,根據(jù)牛頓第二定律可知:2Fm1gm1a,m2gFm22a,聯(lián)立解得:F ,故D正確;故選B、C、D.21動力學(xué)方法和動能定理的綜合應(yīng)用高考題型2例例2(2017福建大聯(lián)考)如圖4,固定直桿上套有一小球和兩根輕彈簧,兩根輕彈簧的一端與小球相連,另一端分別固定在桿上相距為2L的A、B兩點
9、.直桿與水平面的夾角為,小球質(zhì)量為m,兩根輕彈簧的原長均為L、勁度系數(shù)均為 ,g為重力加速度.答案解析圖4(1)小球在距B點 L的P點處于靜止?fàn)顟B(tài),求此時小球受到的摩擦力大小和方向;答案答案 ,方向沿桿向下解析解析小球在P點時兩根彈簧的彈力大小相等,設(shè)為F,根據(jù)胡克定律有Fk(L L) 設(shè)小球靜止時受到的摩擦力大小為Ff ,方向沿桿向下,根據(jù)平衡條件有mgsin Ff 2F 由式并代入已知數(shù)據(jù)得Ff 方向沿桿向下(2)設(shè)小球在P點受到的摩擦力為最大靜摩擦力,且與滑動摩擦力相等.現(xiàn)讓小球從P點以一沿桿方向的初速度向上運動,小球最高能到達(dá)距A點 L的Q點,求初速度的大小.答案解析解析解析小球在P、
10、Q兩點時,彈簧的彈性勢能相等,故小球從P到Q的過程中,彈簧對小球做功為零據(jù)動能定理有W合Ek技巧點撥技巧點撥1.動能定理解題的“兩狀態(tài)、一過程”,即初、末狀態(tài)和運動過程中外力做功.2.無論直線、曲線、勻變速、非勻變速、單過程、多過程、單物體、物體系統(tǒng),均可應(yīng)用動能定理.3.(2017安徽省十校聯(lián)考) 如圖5所示,質(zhì)量為1 kg的物塊靜止在水平面上,物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)0.2,t0時刻給物塊施加一個水平向右的拉力F,使物塊沿水平方向做直線運動,其加速度隨時間變化的關(guān)系如表格所示,重力加速度g取10 m/s2,水平向右方向為正方向,求:對點拓展練43圖5時間t(s)加速度a/(ms2)044
11、48343(1)04 s內(nèi)水平拉力的大小;答案解析答案答案6 N解析解析04 s內(nèi),物塊運動的加速度大小為a14 m/s2根據(jù)牛頓第二定律:F1mgma1,求得:F16 N.(2)08 s內(nèi)物塊運動的位移大小;答案答案72 m解析解析t14 s時物塊的速度大?。簐1a1t116 m/s08 s內(nèi)物塊運動的位移:x v1t1v1t2 a2t2272 m43答案解析(3)08 s內(nèi)水平拉力做的功.答案答案152 J解析解析8 s時物塊的速度:v2a1t1a2t24 m/s根據(jù)動能定理:Wmgx mv22,解得W152 J.4.(2017江西省六校3月聯(lián)考) 如圖6所示為一由電動機帶動的傳送帶加速裝
12、置示意圖,傳送帶長L31.25 m,以v06 m/s順時針方向轉(zhuǎn)動,現(xiàn)將一質(zhì)量m1 kg的物體輕放在傳送帶的A端,傳送帶將其帶到另一端B后,物體將沿著半徑R0.5 m的光滑圓弧軌道運動,圓弧軌道與傳送帶在B點相切,C點為圓弧軌道的最高點,O點為圓弧軌道的圓心.已知傳送帶與物體間的動摩擦因數(shù)0.8,傳送帶與水平地面間夾角37,已知sin 370.6,cos 370.8,g10 m/s2,物體可視為質(zhì)點,求:43圖6(1)物體在B點對軌道的壓力大小;答案43解析答案答案58 N解析解析根據(jù)牛頓第二定律:mgcos mgsin ma解得a0.4 m/s2設(shè)物體在AB上全程做勻加速運動,根據(jù)運動學(xué)公式
13、:vB22aL解得vB5 m/s6 m/s,即物體在AB上全程做勻加速運動,對B點受力分析有FN mgcos 得FN58 N由牛頓第三定律可得物體在B點對軌道的壓力大小FN58 N(或利用動能定理 mgh mv2 mvC2得v20 m/s)(2)當(dāng)物體過B點后將傳送帶撤去,求物體落到地面時的速度大小.答案43解析答案答案20 m/s解析解析設(shè)物體能夠越過C點,從B到C利用動能定理:從C點落到地面,物體做平拋運動,下落高度hRRcos Lsin 19.65 m利用運動學(xué)公式:vy22gh,解得vy m/s應(yīng)用動力學(xué)和能量觀點分析綜合問題高考題型3例例3(2017齊魯名校聯(lián)考)如圖7所示,在某豎直
14、平面內(nèi),光滑曲面AB與水平面BC平滑連接于B點,BC右端連接一口深為H、寬度為d的深井CDEF,一個質(zhì)量為m的小球放在曲面AB上,可從距BC面不同的高度處靜止釋放小球,已知BC段長L,小球與BC間的動摩擦因數(shù)為,取重力加速度g10 m/s2.則:圖7(1)若小球恰好落在井底E點處,求小球釋放點距BC面的高度h1;答案解析答案答案見解析解析解析小球由A到C,由動能定理得mghmgL mvC2 自C點水平飛出后,由平拋運動規(guī)律得xvCt y gt2 由得hL 若小球恰好落在井底E處,則xd,yH代入式得小球的釋放點距BC面的高度為h1L(2)若小球不能落在井底,求小球打在井壁EF上的最小動能Ekm
15、in和此時的釋放點距BC面的高度h2.答案解析答案答案見解析解析解析若小球不能落在井底,設(shè)打在EF上的動能為Ek,則xd小球由C到打在EF上,由動能定理得:代入vC得:Ekmgy當(dāng)y 時,Ek最小,且Ekminmgd此時小球的釋放點距BC面的高度為h2LmgyEk mvC2技巧點撥技巧點撥多個運動過程的組合實際上是多種物理規(guī)律和方法的綜合應(yīng)用,分析這種問題時注意要獨立分析各個運動過程,而不同過程往往通過連接點的速度建立聯(lián)系,有時對整個過程應(yīng)用能量的觀點解決問題會更簡單.5.(2017上海市松江區(qū)模擬)如圖8所示,AB(光滑)與CD(粗糙)為兩個對稱斜面,斜面的傾角均為,其上部都足夠長,下部分別
16、與一個光滑的圓弧面BEC的兩端相切,一個物體在離切點B的高度為H處,以初速度v0沿斜面向下運動,物體與CD斜面的動摩擦因數(shù)為.對點拓展練圖8(1)物體首次到達(dá)C點的速度大小;答案解析答案答案見解析(2)物體沿斜面CD上升的最大高度h和時間t;答案解析答案答案見解析解析解析物體沿CD上升的加速度大小agsin gcos 物體從C點上升到最高點所用的時間答案答案見解析解析解析情況一:物體滑上CD斜面并勻減速上升最終靜止在CD斜面某處.理由是物體與CD斜面的動摩擦因數(shù)較大.情況二:物體在軌道上做往復(fù)運動,在斜面上做勻變速直線運動,最大高度逐漸降低,最終在BEC圓弧內(nèi)做周期性往復(fù)運動.理由是物體與CD
17、斜面的動摩擦因數(shù)較小,在CD斜面上克服摩擦力做功,機械能減少,在BEC圓弧內(nèi)只有重力做功,機械能守恒.(3)請描述物體從靜止開始下滑的整個運動情況,并簡要說明理由.答案解析高考題精選精練題組題組1全國卷真題精選全國卷真題精選1.(多選)(2016全國卷21)如圖9,小球套在光滑的豎直桿上,輕彈簧一端固定于O點,另一端與小球相連.現(xiàn)將小球從M點由靜止釋放,它在下降的過程中經(jīng)過了N點.已知在M、N兩點處,彈簧對小球的彈力大小相等,且ONMOMN .在小球從M點運動到N點的過程中A.彈力對小球先做正功后做負(fù)功B.有兩個時刻小球的加速度等于重力加速度C.彈簧長度最短時,彈力對小球做功的功率為零D.小球
18、到達(dá)N點時的動能等于其在M、N兩點的重力勢能差答案123456解析圖9當(dāng)彈簧水平時,豎直方向的力只有重力,加速度為g;當(dāng)彈簧處于原長位置時,小球只受重力,加速度為g,則有兩個時刻的加速度大小等于g,選項B正確;彈簧長度最短時,即彈簧水平,彈力與速度垂直,彈力對小球做功的功率為零,選項C正確;由動能定理得,WFWGEk,因M和N兩點處彈簧對小球的彈力大小相等,彈性勢能相等,則由彈力做功特點知WF0,即WGEk,選項D正確.123456解析解析因M和N兩點處彈簧對小球的彈力大小相等,且ONMOMN4WF1,Wf22Wf1B.WF24WF1,Wf22Wf1C.WF24WF1,Wf22Wf1D.WF2
19、4WF1,Wf22Wf1解析123456解析解析由題可得,重力做功WG1 900 J,則重力勢能減少1 900 J ,故C正確,D錯誤;由動能定理得,WGWfEk,克服阻力做功Wf100 J,則動能增加1 800 J,故A、B錯誤.題組題組2各省市真題精選各省市真題精選5.(2016四川理綜1)韓曉鵬是我國首位在冬奧會雪上項目奪冠的運動員.他在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿“助滑區(qū)”保持同一姿態(tài)下滑了一段距離,重力對他做功1 900 J,他克服阻力做功100 J.韓曉鵬在此過程中A.動能增加了1 900 JB.動能增加了2 000 JC.重力勢能減小了1 900 J D.重力勢能減小了2 00
20、0 J答案123456解析6.(多選)(2015浙江理綜18)我國科學(xué)家正在研制航母艦載機使用的電磁彈射器.艦載機總質(zhì)量為3.0104 kg,設(shè)起飛過程中發(fā)動機的推力恒為1.0105 N;彈射器有效作用長度為100 m,推力恒定.要求艦載機在水平彈射結(jié)束時速度大小達(dá)到80 m/s.彈射過程中艦載機所受總推力為彈射器和發(fā)動機推力之和,假設(shè)所受阻力為總推力的20%,則A.彈射器的推力大小為1.1106 NB.彈射器對艦載機所做的功為1.1108 JC.彈射器對艦載機做功的平均功率為8.8107 WD.艦載機在彈射過程中的加速度大小為32 m/s2答案123456解析123456解析解析設(shè)總推力為F,位移x,阻力F阻20%F,對艦載機加速過程由動能定理得Fx20%Fx mv2,解得F1.2106 N,彈射器推力F彈FF發(fā)1.2106 N1.0105 N1.1106 N,A正確;彈射器對艦載機所做的功為WF彈x1.1106100 J1.1108 J,B正確;彈射器對艦載機做功的平均功率 F彈 4.4107 W,C錯誤;根據(jù)運動學(xué)公式v22ax,得a 32 m/s2,D正確.
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