高考物理二輪復習 專題二 功與能 動量和能量 第1講 能量和動量觀點在力學中的應用課件.ppt

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第1講能量和動量觀點在力學中的應用,圖1,A.彈力對小球先做正功后做負功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.小球到達N點時的動能等于其在M、N兩點的重力勢能差,答案BCD,2.(2015全國卷Ⅱ，17)一汽車在平直公路上行駛。從某時刻開始計時，發(fā)動機的功率P隨時間t的變化如圖2所示。假定汽車所受阻力的大小f恒定不變。下列描述該汽車的速度v隨時間t變化的圖線中，可能正確的是(),圖2,答案A,圖3,(1)求小球在B、A兩點的動能之比；(2)通過計算判斷小球能否沿軌道運動到C點。,答案(1)5∶1(2)能，理由見解析,4.(2016全國卷Ⅱ，25)輕質(zhì)彈簧原長為2l，將彈簧豎直放置在地面上，在其頂端將一質(zhì)量為5m的物體由靜止釋放，當彈簧被壓縮到最短時，彈簧長度為l?，F(xiàn)將該彈簧水平放置，一端固定在A點，另一端與物塊P接觸但不連接。AB是長度為5l的水平軌道，B端與半徑為l的光滑半圓軌道BCD相切，半圓的直徑BD豎直，如圖4所示。物塊P與AB間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5。用外力推動物塊P，將彈簧壓縮至長度l，然后放開，P開始沿軌道運動，重力加速度大小為g。,圖4(1)若P的質(zhì)量為m，求P到達B點時速度的大小，以及它離開圓軌道后落回到AB上的位置與B點之間的距離；(2)若P能滑上圓軌道，且仍能沿圓軌道滑下，求P的質(zhì)量的取值范圍。,5.[2016全國卷Ⅱ，35(2)]如圖5，光滑冰面上靜止放置一表面光滑的斜面體，斜面體右側一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰塊均靜止于冰面上。某時刻小孩將冰塊以相對冰面3m/s的速度向斜面體推出，冰塊平滑地滑上斜面體，在斜面體上上升的最大高度為h＝0.3m(h小于斜面體的高度)。已知小孩與滑板的總質(zhì)量為m1＝30kg，冰塊的質(zhì)量為m2＝10kg，小孩與滑板始終無相對運動。取重力加速度的大小g＝10m/s2。,圖5,(ⅰ)求斜面體的質(zhì)量；(ⅱ)通過計算判斷，冰塊與斜面體分離后能否追上小孩？,解析(ⅰ)規(guī)定向左為速度正方向。冰塊在斜面體上上升到最大高度時兩者達到共同速度，設此共同速度為v，斜面體的質(zhì)量為m3。由水平方向動量守恒和機械能守恒定律得m2v0＝(m2＋m3)v①,(ⅱ)設小孩推出冰塊后的速度為v1，由動量守恒定律有m1v1＋m2v0＝0④代入數(shù)據(jù)得v1＝－1m/s⑤設冰塊與斜面體分離后的速度分別為v2和v3，由動量守恒和機械能守恒定律有m2v0＝m2v2＋m3v3⑥,答案(ⅰ)20kg(ⅱ)不能，理由見解析,圖6,(3)設改變后P的質(zhì)量為m1，D點與G點的水平距離x1和豎直距離y1分別為,[備考指導],【考情分析】,1.動能定理是高考的重點，經(jīng)常與直線運動、曲線運動等綜合起來進行考查。2.功能關系和能量守恒是高考的重點，更是高考的熱點。高考試題往往與電場、磁場以及典型的運動規(guī)律相聯(lián)系，并常作為壓軸題出現(xiàn)。在試卷中以計算題的形式考查的較多，也有在選擇題中出現(xiàn)，難度中等偏難。,3.2017年高考中把選修3－5改為必考，動量和能量的綜合問題要特別關注。,【備考策略】1.復習時應理清運動中功與能的轉(zhuǎn)化與量度的關系，結合受力分析、運動過程分析，熟練地應用動能定理解決問題。2.深刻理解功能關系，抓住兩種命題情景搞突破：一是綜合應用動量守恒定律和能量守恒定律，結合動力學方程解決多運動過程的問題；二是運用動能定理和能量守恒定律解決電場、磁場內(nèi)帶電粒子運動或電磁感應問題(下一講)。,功、功率的計算及相關圖象問題的分析,[規(guī)律方法],3.功能相關圖象問題分析“三步走”,1.如圖7所示，置于光滑水平面上的物塊在水平恒力F的作用下由靜止開始運動，其速度v、動能Ek及拉力功率P隨時間t或位移x的變化圖象可能正確的是(),[精典題組],圖7,答案C,2.若要求汽車空載時的制動距離是：當速度為50km/h時，客車不超過19m，卡車不超過21m。如果客車和卡車質(zhì)量之比為19∶21，制動時所受阻力不變，在剛好滿足上述要求時，客車和卡車()A.所受阻力之比為19∶21B.加速度之比為21∶19C.所受阻力做功之比為21∶19D.制動時間之比為21∶19,答案B,3.(多選)放置于固定斜面上的物塊，在平行于斜面向上的拉力F作用下，沿斜面向上做直線運動。拉力F和物塊速度v隨時間t變化的圖象如圖8，則(),圖8A.第1s內(nèi)物塊受到的合外力為0.5NB.物塊的質(zhì)量為11kgC.第1s內(nèi)拉力F的功率逐漸增大D.前3s內(nèi)物塊機械能先增大后不變,解析由v－t圖象可知：0～1s內(nèi)物塊做勻加速運動，且a＝0.5m/s2①1～3s內(nèi)物塊做勻速運動由F－t圖象及受力分析可知：F1－(mgsinθ＋f)＝ma②F2－(mgsinθ＋f)＝0③聯(lián)立①②③得m＝1kg故選項A正確，B錯誤；第1s內(nèi)速度v逐漸增大，由P＝Fv可知F的功率逐漸增大，選項C正確；前3s內(nèi)除重力以外的合外力做正功，所以物塊的機械能一直增大，選項D錯誤。,答案AC,力學中幾個重要的功能關系及能量守恒定律的應用,[規(guī)律方法],1.通曉兩類力做功特點(1)重力、彈簧彈力和電場力都屬于“保守力”，做功均與路徑無關，僅由作用對象的初、末位置(即位移)決定。(2)摩擦力屬于“耗散力”，做功與路徑有關。,2.掌握五大重要的功能關系(1)重力做功等于重力勢能增量的負值，即WG＝－ΔEp。(2)彈簧彈力做功等于彈簧彈性勢能增量的負值，即W彈＝－ΔEp。(3)一對滑動摩擦力做功的絕對值等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量，即Q＝Ffx相對。(4)合外力做的功等于物體動能的變化量，即W合＝ΔEk(動能定理)。(5)除重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力之外的其他力做的功等于機械能的變化量，即W其他＝ΔE。,3.功能關系的應用“三注意”(1)分清是什么力做功，并且分析該力做正功還是做負功；根據(jù)功能之間的對應關系，確定能量之間的轉(zhuǎn)化情況。(2)也可以根據(jù)能量之間的轉(zhuǎn)化情況，確定是什么力做功，尤其可以方便計算變力做功的多少。(3)功能關系反映了做功和能量轉(zhuǎn)化之間的對應關系，功是能量轉(zhuǎn)化的量度和原因，在不同問題中的具體表現(xiàn)不同。,[精典題組],圖9,A.mgRB.1.2mgRC.1.4mgRD.1.6mgR,答案B,2.(名師改編)如圖10所示，輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端與質(zhì)量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連，彈簧水平且處于原長。圓環(huán)從A處由靜止開始下滑，經(jīng)過B處的速度最大，到達C處的速度為零，AC＝h。圓環(huán)在C處獲得一豎直向上的速度v，恰好能回到A處；彈簧始終在彈性限度之內(nèi)，重力加速度為g，則圓環(huán)(),圖10,答案B,3.如圖11甲所示，傾角為θ＝37的傳送帶以恒定速率逆時針運行，現(xiàn)將一質(zhì)量m＝2kg的小物體輕輕放在傳送帶的A端，物體相對地面的速度隨時間變化的關系如圖乙所示，2s末物體到達B端，取沿傳送帶向下為正方向，g＝10m/s2，sin37＝0.6，求：,圖11,(1)小物體在傳送帶A、B兩端間運動的平均速度v；(2)物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ；(3)2s內(nèi)物體機械能的減少量ΔE及因與傳送帶摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q。,答案(1)8m/s(2)0.5(3)48J48J,動力學方法和動能定理、機械能守恒定律的綜合應用,[規(guī)律方法],1.應用動能定理的“兩線索、兩注意”(1)應用動能定理解題有兩條主要線索：一是明確研究對象→進行受力分析→對各力進行做功分析→求出總功；二是明確研究過程→進行運動過程分析→物體始末狀態(tài)分析→求出動能狀態(tài)量→求出動能變化量；最后結合兩條線索列出動能定理方程求解。,(2)兩注意：①動能定理往往用于單個物體的運動過程，由于不涉及加速度和時間，比動力學研究方法更簡便。②當物體的運動包含多個不同過程時，可分段應用動能定理求解；當所求解的問題不涉及中間的速度時，也可以全過程應用動能定理求解。,2.機械能守恒定律表達式的正確選用機械能守恒定律的表達式有：(1)Ep＋Ek＝Ep′＋Ek′；(2)ΔEp＋ΔEk＝0、ΔE1＋ΔE2＝0或ΔE增＝ΔE減。用(1)時，需要選取重力勢能的參考面。用(2)時則不必選取重力勢能的參考面，因為重力勢能的改變量與參考面的選取沒有關系。尤其是用ΔE增＝ΔE減，只要把增加的機械能和減少的機械能都寫出來，方程自然就列出來了。,1.(多選)如圖12所示，質(zhì)量為m的小球(可視為質(zhì)點)用長為L的細線懸掛于O點，自由靜止在A位置?，F(xiàn)用水平力F緩慢地將小球從A拉到B位置而靜止，細線與豎直方向夾角為θ＝60，此時細線的拉力為T1，然后撤去水平力F，小球從B返回到A點時細線的拉力為T2，則(),[精典題組],圖12,A.T1＝T2＝2mgB.從A到B，拉力F做功為mgLC.從B到A的過程中，小球受到的合外力大小不變D.從B到A的過程中，小球重力的瞬時功率先增大后減小,解析小球在A、B點受力如圖所示，在B點由平衡條件得,答案AD,2.(多選)(2016全國卷Ⅱ，19)兩實心小球甲和乙由同一種材料制成，甲球質(zhì)量大于乙球質(zhì)量。兩球在空氣中由靜止下落，假設它們運動時受到的阻力與球的半徑成正比，與球的速率無關。若它們下落相同的距離，則()A.甲球用的時間比乙球長B.甲球末速度的大小大于乙球末速度的大小C.甲球加速度的大小小于乙球加速度的大小D.甲球克服阻力做的功大于乙球克服阻力做的功,答案BD,圖13,答案(1)3m/s2.27m(2)1.5m3J,動量和能量觀點的應用,[規(guī)律方法],1.動量守恒定律及動量定理(1)動量守恒定律：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′(2)動量定理：Ft＝mv2－mv1,2.應用動量守恒定律解題的步驟(1)選取研究系統(tǒng)和研究過程。(2)分析系統(tǒng)的受力情況，判斷系統(tǒng)動量是否守恒。①系統(tǒng)不受外力或所受合外力的矢量和為零時，系統(tǒng)動量守恒；②系統(tǒng)所受內(nèi)力遠大于外力時，可認為系統(tǒng)動量守恒；,③系統(tǒng)在某一方向上不受外力或所受合外力的矢量和為零，在該方向上系統(tǒng)動量守恒。(3)規(guī)定正方向，確定系統(tǒng)的初、末狀態(tài)的動量的大小和方向。(4)根據(jù)動量守恒定律列方程(m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′)求解。,[精典題組],1.我國女子短道速滑隊在今年世錦賽上實現(xiàn)女子3000m接力三連冠。觀察發(fā)現(xiàn)，“接棒”的運動員甲提前站在“交棒”的運動員乙前面，并且開始向前滑行，待乙追上甲時，乙猛推甲一把，使甲獲得更大的速度向前沖出。在乙推甲的過程中，忽略運動員與冰面間的水平方向上的相互作用，則(),圖14,A.甲對乙的沖量一定等于乙對甲的沖量B.甲、乙的動量變化一定大小相等方向相反C.甲的動能增加量一定等于乙的動能減少量D.甲對乙做多少負功，乙對甲就一定做多少正功,解析根據(jù)沖量的定義、動量守恒定律和能量守恒定律解決問題。乙推甲的過程中，他們之間的作用力大小相等，方向相反，作用時間相等，根據(jù)沖量的定義，甲對乙的沖量與乙對甲的沖量大小相等，但方向相反，選項A錯誤；乙推甲的過程中，遵守動量守恒定律，即Δp甲＝－Δp乙，他們的動量變化大小相等，方向相反，選項B正確；在乙推甲的過程中，甲、乙的位移不一定相等，所以甲對乙做負功與乙對甲做的正功不一定相等，結合動能定理知，選項C、D錯誤。,答案B,2.(多選)如圖15所示，質(zhì)量為2kg的足夠長平板車Q上表面水平，原來靜止在光滑水平面上，平板車左端靜止著一塊質(zhì)量為2kg的物體P，一顆質(zhì)量為0.01kg的子彈以700m/s的速度水平瞬間射穿P后，速度變?yōu)?00m/s，若P、Q之間的動摩擦因數(shù)為0.5，則(),圖15,A.由于P、Q之間不光滑，子彈瞬間射穿P的過程，子彈和物體P組成的系統(tǒng)，動量不守恒B.子彈瞬間射穿P的過程，子彈和物體P組成的系統(tǒng)，動量守恒，能量守恒C.子彈瞬間射穿P的過程，子彈和物體P組成的系統(tǒng)，動量守恒，能量不守恒D.子彈瞬間射穿P后，P的速度為3m/s,解析取子彈的初速度v0的方向為正方向，子彈瞬間射穿物體P的過程滿足動量守恒條件。由動量守恒，可知mv0＝mv＋MvP，解得vP＝3m/s，選項A錯誤，D正確；子彈瞬間射穿P的過程，機械能不守恒，但能量守恒，選項B正確，C錯誤。,答案BD,3.[2016全國卷Ⅰ，35(2)]某游樂園入口旁有一噴泉，噴出的水柱將一質(zhì)量為M的卡通玩具穩(wěn)定地懸停在空中。為計算方便起見，假設水柱從橫截面積為S的噴口持續(xù)以速度v0豎直向上噴出；玩具底部為平板(面積略大于S)；水柱沖擊到玩具底板后，在豎直方向水的速度變?yōu)榱?，在水平方向朝四周均勻散開。忽略空氣阻力。已知水的密度為ρ，重力加速度大小為g。求(ⅰ)噴泉單位時間內(nèi)噴出的水的質(zhì)量；(ⅱ)玩具在空中懸停時，其底面相對于噴口的高度。,4.如圖16所示，質(zhì)量M＝1.5kg的小車靜止于光滑水平面上，并緊靠固定在水平面上的桌子右邊，其上表面與水平桌面相平，小車的左端放有一質(zhì)量為0.5kg的滑塊Q。水平放置的輕彈簧左端固定，質(zhì)量為0.5kg的小物塊P置于光滑桌面上的A點并與彈簧的右端接觸，此時彈簧處于原長?，F(xiàn)用水平向左的推力F將P緩慢推至B點(彈簧仍在彈性限度內(nèi))，推力做功WF＝4J，撤去F后，P沿桌面滑到小車左端并與Q發(fā)生彈性碰撞，最后Q恰好沒從小車上滑下。已知Q與小車表面間動摩擦因數(shù)μ＝0.1。(取g＝10m/s2)求：,圖16,(1)P剛要與Q碰撞前的速度是多少？(2)Q剛在小車上滑行時的初速度v0是多少？(3)為保證Q不從小車上滑下，小車的長度至少為多少？,答案(1)4m/s(2)4m/s(3)6maaae,高頻考點五應用動力學方法和功能觀點分析解決多過程問題,[方法闡釋]綜合應用動力學方法和能量觀點解決多過程問題是高考的重點、熱點和難點。應對策略如下：(1)抓住物理情景中出現(xiàn)的運動狀態(tài)與運動過程，將整個物理過程分成幾個簡單的子過程。(2)對每一個子過程分別進行受力分析、過程分析、能量分析，選擇合適的規(guī)律對相應的子過程列方程，若某過程涉及時間和加速度，則選用動力學方法求解；若某過程涉及做功和能量轉(zhuǎn)化問題，則要考慮應用動能定理、機械能守恒定律或功能關系求解。(3)兩個相鄰的子過程連接點，速度是連接兩過程的紐帶，因此要特別關注連接點速度的大小及方向。(4)解方程并分析結果。,【典例】在光滑的水平面上有一靜止的物體，現(xiàn)以水平恒力F1推這一物體，作用一段時間后，換成相反方向的水平恒力F2推這一物體。當恒力F1作用時間與恒力F2作用時間相同時，物體恰好回到原處，此時物體的動能為32J，求在整個過程中，恒力F1、F2做的功。,方法三圖象法作出該物體的運動過程中的v－t圖象,如圖所示,,答案8J24J,變式1時間的變化,質(zhì)量為m的物體靜止在水平面上，現(xiàn)用方向豎直向上的力F(F>mg)作用在物體上，經(jīng)時間2t將F改為豎直向下，大小保持不變，又經(jīng)時間t物體落回地面。求力F的大小。,變式2位移的變化,如圖17，在傾角為θ的光滑斜面O點靜置一個質(zhì)量為m的物體，從某時刻開始，有一個沿斜面向上的恒力F作用在物體上，使物體沿斜面向上滑動，經(jīng)過一段時間到達A點，突然撤去這個力，又經(jīng)過相同的時間物體返回到斜面的B點，且具有180J的動能，已知AO＝BO，求：,圖17,(1)撤去恒力F時，物體的動能；(2)恒力F的大??；(3)恒力F對物體所做的功。,變式3情境的變化,平行金屬板A、B的間距為d，如圖18甲所示，板間加有隨時間變化的電壓，如圖乙所示。設U0、T為已知，A板上孔O處有靜止的帶電粒子(不計重力)，其電荷量為q，質(zhì)量為m。在t＝0的時刻受AB間電場力的作用而加速向B板運動，途中由于電場方向反向粒子又向O處返回，為使t＝T時粒子恰好又回到O點，則：,圖18,