高考物理大二輪復習 專題四 功能關系的應用 第1講 功能關系在力學中的應用課件

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1、第1講功能關系在力學中的應用專題四功能關系的應用知識回扣 規(guī)律方法高考題型2動力學方法和動能定理的綜合應用高考題型3應用動力學和能量觀點分析綜合問題高考題型1力學中的幾個重要功能關系的應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.(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.幾個重要的功能關系幾個重要的功能關系(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.動能定理的應用動能定理的應用(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，進行求解.2.機械能守恒定律的應用機械能守恒定律的應用(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，進行 、 分析，判斷機械能是否守恒.恰當?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，進行求解.受力做功力學中的幾個重要功能關系的應用高考題型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段細繩的機械能不變，MQ段細繩的重心升高了 ，則重力勢能增加Ep mg mgl，由功能關系可知，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動力學方法和動能定理的綜合應用高考題型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點處于靜止狀態(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，設為F，根據(jù)胡克定律有Fk(L L) 設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時物塊的速度大小：v1a1t116 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?。淮鸢?3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設物體在AB上全程做勻加速運動，根據(jù)運動學公式

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利用運動學公式：vy22gh，解得vy m/s應用動力學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C點的速度大??；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當彈簧水平時，豎直方向的力只有重力，加速度為g；當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)運動學公式v22ax，得a 32 m/s2，D正確.