2023高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题二第7讲功和能机械能课件

这是一份2023高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题二第7讲功和能机械能课件，共58页。PPT课件主要包含了专题二能量与动量，知识归纳素养奠基，细研命题点提升素养，答案B，答案C，一般步骤．，解析如图所示，答案CD，续上表，答案AC等内容，欢迎下载使用。

1．功、功率、动能定理及动量定理部分：考查与功、功率相关的分析和计算及动能定理、动量定理的综合应用．2．功能关系和动量、能量守恒部分：以直线运动、平抛和圆周运动为情景，考查运动过程中的受力分析、运动分析、能量转化及功能关系问题．
1．掌握各种力做功的特点及计算方法，区别瞬时功率和平均功率．能熟练运用动能定理及动量定理解决综合问题．2．加强综合运用功能关系、机械能守恒定律、能量守恒定律及动量守恒定律解决多运动过程问题的训练，提高运用动能定理、动量定理和能量守恒定律解决带复杂运动问题的能力，关注以竞技体育或近现代科技为背景命制的题目．
第7讲　功和能　机械能
1．几种力做功的特点．(1)重力、弹簧弹力、静电力做功与路径无关．(2)摩擦力做功的特点．①单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．②相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零．相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和不为零，且总为负值．
命题点一　功、功率的理解与应用
2022年初冬时节，某市下了一场暴雪，降雪量达30毫米，是1957年以来最大的一次降雪，某环卫工人利用手推式风力清雪车进行道路清雪，如图所示，已知推力F斜向下且与水平方向夹角为θ，清雪车沿水平方向以速度v做匀速直线运动，则下列说法中正确的是(　　)A．清雪车对人的作用力大小为Fcs θB．清雪车受到的阻力大小Fcs θC．推力的功率为FvD．无论推力与水平方向夹角多大，都可以推车前进
解析：已知人对清雪车的作用力为F，根据牛顿第三定律，清雪车对人的作用力大小也为F，A错误；清雪车沿水平方向以速度v做匀速直线运动，处于平衡状态，根据平衡条件可得f＝Fcs θ，B正确；推力的功率为P＝Fvcs θ，C错误；推力水平方向的分力小于清雪车的水平方向的阻力时，将不能推车前进，故D错误．故选B.
引体向上是中学生体育测试的项目之一，引体向上运动的吉尼斯世界纪录是53次/分钟．若一个普通中学生在30秒内完成12次引体向上，该学生此过程中克服重力做功的平均功率最接近于(　　)A．5 W B．20 WC．100 W　 D．400 W
如图是北京冬奥会重要的交通保障设施——京张高铁，假设质量为m的高铁动车从静止开始以恒定功率P行驶，能获得最大行驶速度为vm，且行驶过程中受到的阻力大小不变，则下列说法正确的是(　　)
1．(2021·北京卷)如图所示，高速公路上汽车定速巡航(即保持汽车的速率不变)通过路面abcd，其中ab段为平直上坡路面，bc段为水平路面，cd段为平直下坡路面．不考虑整个过程中空气阻力和摩擦阻力的大小变化．下列说法正确的是(　　)A．在ab段汽车的输出功率逐渐减小B．汽车在ab段的输出功率比bc段的大C．在cd段汽车的输出功率逐渐减小D．汽车在cd段的输出功率比bc段的大
解析：在ab段，根据平衡条件可知，牵引力F1＝mgsin θ＋f，所以在ab段汽车的输出功率P1＝F1v不变，在bc段牵引力F2＝f，bc段的输出功率P2＝F2v2．如图甲所示，在水平路段AB上有一质量为2×103 kg的汽车(可视为质点)，正以10 m/s的速度向右匀速运动，汽车前方的水平路段BC较粗糙，汽车通过整个ABC路段的v-t图像如图乙所示(在t＝15 s处水平虚线与曲线相切)，运动过程中汽车发动机的输出功率保持20 kW不变，假设汽车在两个路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)各自有恒定的大小．求：
(1)汽车在AB路段上运动时所受阻力f1的大小；(2)汽车刚好开过B点时加速度a的大小；(3)BC路段的长度．
命题点二　动能定理应用应用动能定理的流程．
如图甲所示为河沙装车过程，可以简化为如图乙所示．已知传动带的速度为2 m/s，h1＝3 m，h2＝4.5 m，g＝10 m/s2，小货车能够装6 t沙子，传送带足够长．则装满一车，传送带大约需要对沙子做的功为(　　)
A．1.02×105 J B．9×104 JC．2.82×105 J D．2.7×105 J
解析：对沙子，由动能定理可知W＋WG＝ΔEk，WG＝－2.7×105 J，ΔEk＝1.2×104 J，解得W＝2.82×105 J，故选C.
(1)若释放点距B点的长度l＝0.7 m，求滑块到最低点C时轨道对其支持力FN的大小；(2)设释放点距B点的长度为lx，滑块第一次经F点时的速度v与lx之间的关系式；(3)若滑块最终静止在轨道FG的中点，求释放点距B点长度lx的值．
1．如图所示，质量为m的滑块从斜面底端以平行于斜面的初速度v0冲上固定斜面，沿斜面上升的最大高度为H，已知斜面倾角为α，斜面与滑块间的动摩擦因数为μ，且μ＜tan α，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取斜面底端为零势能面，则能表示滑块在斜面上运动的机械能E、动能Ek、势能Ep与上升高度h之间关系的图像是(　　)
　 A　　　　　　　 B C D
2．如图所示，水平地面上有一个固定挡板，有一轻弹簧左端固定在挡板上，有一质量m＝0.2 kg的滑块(可视为质点)紧压弹簧但不黏连，初始时弹簧的弹性势能Ep＝1.8 J，AB两点的距离L＝3 m．距离B点右侧竖直高度差h＝0.8 m处有一半径均为R＝0.5 m光滑圆弧管道CD、DF，C、D等高，E为DF管道的最高点，FG是长度d＝10 m倾角θ＝37°的粗糙直管道，在G处接一半径为R′＝2 m，圆心为O点的光滑圆弧轨道GHQ，H为最低点，Q为最高点，且∠GOH＝θ＝37°，各部分管道及轨道在连接处均平滑相切，已知物块与水平地面间的动摩擦因数μ＝0.15，不计空气阻力，重力加速度大小g＝10 m/s2.现把滑块从A点由静止释放，经过B点飞出后，恰能从C点沿切线方向进入圆弧管道，滑块略小于管道内径．sin 37°＝0.6，cs 37°＝ 53°＝0.8，cs 53°＝0.6.求：
(1)滑块离开B点时的速度大小vB；(2)滑块第一次到达E点时对轨道的作用力大小；(3)要使滑块能经过G点且不脱离轨道，滑块与管道FG之间动摩擦因数μ′的取值范围．
命题点三　机械能守恒和能量守恒定律的应用1．机械能守恒的判断．(1)利用机械能守恒的定义判断；(2)利用做功判断；(3)利用能量转化判断；(4)对于绳突然绷紧和物体间非弹性碰撞问题，机械能往往不守恒．
一滑块从固定光滑斜面顶端由静止释放，沿斜面下滑的过程中，滑块的动能Ek与运动时间t、下滑高度h、运动位移s之间的关系图像如图所示，其中正确的是(　　)
A　　　 　　　B C D
(2022·全国乙卷)固定于竖直平面内的光滑大圆环上套有一个小环，小环从大圆环顶端P点由静止开始自由下滑，在下滑过程中，小环的速率正比于(　　)A．它滑过的弧长B．它下降的高度C．它到P点的距离D．它与P点的连线扫过的面积
(1)若释放处高度h＝h0，当小球第一次运动到圆管最低点C时，求速度大小vc及在此过程中所受合力的冲量的大小和方向；(2)求小球在圆管内与圆心O1点等高的D点所受弹力FN与h的关系式；(3)若小球释放后能从原路返回到出发点，高度h应该满足什么条件？
1．(多选)如图甲，在蹦极者身上装好传感器，可测量他在不同时刻下落的高度及速度．蹦极者从蹦极台自由下落，利用传感器与计算机结合得到如图乙所示的速度(v)—位移(l)图像．蹦极者及所携带设备的总质量为60 kg，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2，下列表述正确的是(　　)
A．整个下落过程，蹦极者及设备组成的系统机械能不守恒B．从弹性绳刚伸直开始，蹦极者做减速运动C．蹦极者动能最大时，弹性绳的拉力大小等于重力D．弹性绳的弹性势能最大值为15 600 J
解析：不计空气阻力，只有重力和弹性绳弹力做功，整个下落过程中蹦极者及设备组成的系统机械能守恒，A错误；弹性绳刚伸直时弹性绳的拉力小于蹦极者的重力，蹦极者继续做加速运动．当拉力等于重力时，蹦极者所受合外力为0，速度达到最大，动能达到最大．当拉力大于重力时，蹦极者开始做减速运动，到最低点时速度为0，B错误，C正确；从图像可知，下落的最大高度为26 m，由E＝mgh＝60×10×26 J＝15 600 J，D正确．故选CD.
2．如图所示，一劲度系数为k＝100 N/m的轻弹簧下端固定于倾角为θ＝53°的光滑斜面底端，上端连接物块Q.一轻绳跨过定滑轮O，一端与物块Q连接，另一端与套在光滑竖直杆的物块P连接，定滑轮到竖直杆的距离为d＝0.3 m．初始时在外力作用下，物块P在A点静止不动，OQ段轻绳与斜面平行，绳子张力大小为50 N．已知物块P的质量为m1＝0.8 kg，物块Q的质量为m2＝5 kg，不计滑轮大小及摩擦作用，g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6.现将物块P由静止释放，求：
(1)物块P位于A时，弹簧的伸长量x1；(2)物块P上升h＝0.4 m至与滑轮O等高的B点时的速度大小；(3)物块P上升至B点过程中，轻绳拉力对其所做的功．
解析：(1)物块P位于A点时，有T＝m2gsin θ＋kx1，解得x1＝0.1 m.(2)经分析，物块P上升h＝0.4 m到B点时，物块Q速度为0，下降距离为Δx＝0.5 m－0.3 m＝0.2 m，即弹簧压缩x2＝0.2 m－0.1 m＝0.1 m，故弹性势能不变．
命题点四　功能关系的理解和应用常见的功能关系．
(多选)蹦床是少年儿童喜欢的一种体育运动，如图所示，蹦床的中心由弹性网组成，若少年儿童从最高点落下至最低点的过程中，空气阻力大小恒定，则少年儿童(　　)A．机械能一直减小B．刚接触网面时，动能最大C．重力势能的减少量大于克服空气阻力做的功D．重力势能的减少量等于弹性势能的增加量
解析：儿童从最高点落下直至最低点的过程中，弹簧弹力以及空气阻力一直做负功，因此其机械能一直减小，故A正确；儿童和弹性网接触的过程中先加速然后减速，故刚接触网面时，动能并非最大，故B错误；根据功能关系可知，重力做功等于克服空气阻力和克服弹簧弹力做功的和，则重力势能的减少量大于弹性势能的增加量，重力的减少量大于克服空气阻力做功，故C正确，故D错误．
(多选)(2022·湛江二模)悬崖速降是选择崖面平坦、高度适合的崖壁，用专业的登山绳作保护，由崖壁主体缘绳下滑，从崖顶下降到崖底的一种运动．如图所示，某次速降可视为竖直方向的直线运动，速降者先从静止开始匀加速运动(加速度小于重力加速度)，之后做匀减速运动，到达地面时速度恰好减为零．则下列说法正确的是(　　)
A．在加速下降阶段，速降者处于失重状态B．在加速下降阶段，速降者的机械能增大，在减速下降阶段，速降者的机械能减小C．在整个下降过程中，速降者的重力势能一直减小D．在整个下降过程中，绳对速降者先做正功后做负功
解析：对速降者受力分析可知，受绳的拉力和重力，当加速下降时，加速度向下，则速降者处于失重状态，故A正确；对速降者而言无论是加速下降和减速下降，位移向下而拉力向上，故绳的拉力始终做负功即为除重力以外的其他力做功，则速降者的机械能一直减小，故B、D错误；在整个下降过程中，重力做正功，则速降者的重力势能一直减小，故C正确；故选AC.
1．自动扶梯是商场里的高耗能设备之一，为了节约用电、减少机械磨损、延长使用寿命，某商场的自动扶梯设有“无人停梯”模式，即没有乘客时扶梯停止运行，进入待机状态．当有乘客登上扶梯时，扶梯由静止开始加速启动，达到设定速度后匀速运行．如图所示，一位顾客在一楼登上处于“无人停梯”模式的扶梯后就在扶梯上站立不动，随着扶梯到达二楼．关于此运动过程，下列说法正确的是(　　)
A．顾客始终受到重力、支持力和摩擦力B．扶梯只在加速启动过程中对顾客做功C．扶梯对顾客做的功等于顾客动能的增加量D．扶梯对顾客做的功等于顾客机械能的增加量
解析：在扶梯加速运行过程中，顾客受到重力、竖直向上的支持力和水平向前的摩擦力，在扶梯匀速运行的过程中，顾客受力平衡，受到重力和竖直向上的支持力，选项A错误；在扶梯加速运行的过程中，扶梯对顾客的支持力和摩擦力与扶梯速度方向的夹角均为锐角，因此它们都做正功．在扶梯匀速运行的过程中，扶梯对顾客的支持力也做正功，选项B错误；由功能关系可知，扶梯对顾客做的功等于顾客机械能的增加量，即动能增加量和重力势能增加量之和，选项C错误，选项D正确．
2．如图所示，机械臂主要结构包括上臂、支柱和电机．上臂由同种材料制成且粗细均匀．已知上臂长2 m，重20 kg，机械臂将30 kg的A物体(可看作质点)从如图所示位置(机械臂与竖直方向的夹角为60°)缓慢提高2 m，g＝10 m/s2，则电机消耗电能约为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　A．600 J B．800 JC．1 000 J D．1 200 J