2022届高三物理二轮复习课件：专题二　第一讲　动能定理、机械能守恒定律、功能关系的应用

这是一份2022届高三物理二轮复习课件：专题二　第一讲　动能定理、机械能守恒定律、功能关系的应用，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，体系构建•真题感悟，知识回顾构建网络，感悟高考真题再练，答案BC，高频考点•能力突破，命题点点拨，方法规律归纳，Fs不共线则分解，对点训练等内容，欢迎下载使用。
1.(2018全国Ⅱ卷)如图所示,某同学用绳子拉动木箱,使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度。木箱获得的动能一定(　　)A.小于拉力所做的功B.等于拉力所做的功C.等于克服摩擦力所做的功D.大于克服摩擦力所做的功
情境剖析本题属于基础性题目,以“日常生活中人拉木箱”为素材创设生活实践问题情境。素养能力本题考查关键能力中的理解能力、推理论证能力,理解动能和功的关系。
答案 A　解析 设拉力、克服摩擦力做功分别为WT、Wf,木箱获得的动能为Ek,根据动能定理可知,WT-Wf=Ek,则EkΔE1
一、计算功和功率时各需注意的两个方面1.功的计算
(1)恒力做功一般用功的公式或动能定理求解。(2)变力做功一般用动能定理或图象法求解,用图象法求外力做功时应注意横轴和纵轴分别表示的物理意义。注:涉及功和功率的图象常见的是F-x图象、速度图象、F-t图象等。
2.功率的计算(1)明确是求瞬时功率还是平均功率。(2)P= 侧重于平均功率的计算,P=Fvcs α(α为F和v的夹角)侧重于瞬时功率的计算。要注意P=Fvcs α可理解成力F的瞬时功率等于该力乘以该力方向上的瞬时速度。注:对于机车,通常输出功率P=Fv,其中F为机车牵引力。
二、解决机车启动问题时的四点注意1.分清是匀加速启动还是恒定功率启动。2.匀加速启动过程中,机车功率不断增大,最大功率是额定功率。3.以额定功率启动的过程中,牵引力不断减小,机车做加速度减小的加速运动,牵引力的最小值等于阻力。4.无论哪种启动方式,最后达到最大速度时,均满足P=Ffvm,P为机车的额定功率。
1.(多选)(2018全国Ⅱ卷T14衍生题,命题点1、3)一个质量为5 kg静止在水平地面上的物体,某时刻受到一个水平方向的恒力F作用,3 s末撤去恒力F,物体继续滑行一段时间停下,物体的运动图象如图所示。重力加速度g取10 m/s2,关于物体的运动下列说法正确的是(　　)A.物体与地面间的动摩擦因数为0.5B.整个过程恒力F做功625 JC.整个过程恒力F做功的功率为250 WD.恒力F的最大功率为250 W
易错防范计算功率时,一定要弄清求的是平均功率还是瞬时功率。
2.(多选)(2020天津卷T8衍生题,命题点4)某装甲车的质量为m,若在平直的公路上从静止开始加速,前进较短的距离s速度便可达到最大值vm。设在加速过程中发动机的功率恒定为P,装甲车所受阻力恒为Ff,当速度为v(vmgh、W=mghC.ΔEp=mgh、W>mghD.ΔEp>mgh、W>mgh
答案 C　解析 重力势能的变化量等于克服重力所做的功,即ΔEp=-WG=-(-mgh)=mgh,物体缓缓提高说明速度不变,所以物体动能不发生变化,ΔE弹=W+WG=W-mgh>0,所以手的拉力做的功W>mgh,故选C。
10.(多选)(命题点2、3)如图所示,轻弹簧一端固定在倾角为θ的斜面底端。一质量为m的物体从距弹簧上端d处由静止释放,向下运动位移L后停在最低点。已知弹簧始终在弹性限度内,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。则物体向下运动的过程中(　　)A.摩擦产生的热量为μmgLcs θB.物体机械能的减少量为mgLsin θC.物体的最大动能为mgdsin θ-μmgdcs θD.弹簧弹性势能的最大值为mgLsin θ-μmgLcs θ
答案 ABD　解析 根据功能关系得摩擦产生的热量为Q=μmgLcs θ,A正确;从最高点到最低点,动能不变,则机械能的减少量即为重力势能的减少量,所以物体机械能的减少量为mgLsin θ,B正确;物体速度最大时,动能最大,而速度最大时,合力为零,所以弹簧弹力、重力、摩擦力及支持力四力平衡时,物体动能最大,C错误;物体运动过程中,重力势能转化为内能和弹簧的弹性势能,即mgLsin θ=Q+Ep,解得Ep=mgLsin θ-μmgLcs θ,D正确。
解题技巧(1)弹簧的弹性势能与弹簧的规格和形变程度有关,对同一根弹簧而言,无论是处于伸长状态还是压缩状态,只要形变量相同,则其具有的弹性势能就相同。(2)弹性势能公式在高考中不作要求,与弹簧相关的功能问题一般利用动能定理或能量守恒定律求解。
一、游乐场里的物理知识—竖直圆轨道模型中功能关系的应用
过山车是一种富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的感受令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣的话,那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快乐,还有助于理解力学定律。实际上,过山车的运动包含了许多物理学原理,人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果,那真是妙不可言。当然,如果你受身体条件和心理承受能力的限制,无法亲身体验过山车带来的种种感受,那么不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。
高考试题中,常以“过山车”类——竖直平面内的圆周运动为背景,考查动能定理、机械能守恒定律等。
图甲是游乐园的过山车,其局部可简化为如图乙所示的示意图,倾角θ=37°的两平行倾斜轨道BC、DE的下端与水平半圆形轨道CD顺滑连接,倾斜轨道BC的B端高度h=24 m,倾斜轨道DE与圆弧EF相切于E点,圆弧EF的圆心O1,水平半圆轨道CD的圆心O2与A点在同一水平面上,DO1的距离L=20 m,质量m=1 000 kg的过山车(包括乘客)从B点由静止滑下,经过水平半圆轨道后,滑上另一倾斜轨道,到达圆弧顶端F时,乘客对座椅的压力为自身重力的 。已知过山车与DE段轨道的动摩擦因数为μ= ,EF段摩擦不计,整个运动过程空气阻力不计。sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2。
(1)求过山车过F点时的速度大小。(2)求从B到F整个运动过程中摩擦力对过山车做的功。(3)若过D点时发现圆轨道EF段有故障,为保证乘客安全,立即触发制动装置,使过山车不能到达EF段并保证不下滑,则过山车受到的摩擦力至少多大?
情境分析本题属于综合性、应用性题目,以游乐场中的“过山车”为素材创设生活实践问题情境。考查关键能力中的理解能力、模型建构能力、推理论证能力。需要建构直线运动、竖直平面的圆周运动模型,应用动能定理和牛顿运动定律解决实际问题。
破题:(1)根据“乘客对座椅的压力为自身重力的 ”,应用向心力公式列方程。(2)选B到F整个运动过程为研究过程,根据动能定理列方程。(3)分析“使过山车不能到达EF段并保证不下滑”的隐含条件或临界条件列方程求解。
设要使过山车停在倾斜轨道上摩擦力至少为Ff2,Ff2=mgsin θ=6 000 N综合考虑可知摩擦力至少为6 000 N。
思维点拨竖直平面内的圆周运动的“两点一过程”研究方法如图:
某一状态(点)的问题要用牛顿第二定律或向心力公式(如上图中的A点或B点、C点、D点、P点等);涉及过程时一般选用动能定理、机械能守恒定律或能量守恒定律(如上图中的PA、PC、BD、AC等),题目中出现相对位移时,应优先选择能量守恒定律。
如图甲所示,游乐场的过山车可以底朝上在竖直圆轨道上运行,可抽象为如图乙所示的模型。倾角为45°的直轨道AB、半径R=10 m的光滑竖直圆轨道和倾角为37°的直轨道EF,分别通过水平光滑衔接轨道平滑连接,另有水平减速直轨道FG与EF平滑连接,EG间的水平距离l=40 m。现有质量m=500 kg的过山车,从高h=40 m的A点由静止下滑,经BCDC'EF最终停在G点,过山车与轨道AB、EF的动摩擦因数均为μ1=0.2,与减速直轨道FG的动摩擦因数为μ2=0.75,过山车可视为质点,运动中不脱离轨道,已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2,求:
(1)过山车运动至圆轨道最低点C时的速度大小;(2)过山车运动至圆轨道最高点D时对轨道的作用力大小;(3)减速直轨道FG的长度x。
联立代入数据可得FD=7 000 N由牛顿第三定律可知过山车对轨道的作用力FD'=7 000 N。(3)过山车从A点到达G点。由动能定理可得mgh-mg(l-x)tan 37°-μ1mgh-μ1mg(l-x)-μ2mgx=0代入数据可得x=30 m。
二、牵连体系统模型中功能关系的应用
两个由轻绳或轻杆连接在一起的物体所组成的连接体系统,是应用机械能守恒定律或功能关系的常见模型,以下各图所示的模型也是高考常考的模型。求解的关键是找出两物体的速度关系,按两物体连接方式和速度关系一般可分为如下三种:(1)速率相等的连接体模型;(2)角速度相等的模型;(3)某一方向上速度大小相等的连接体(牵连体)模型。
高考针对牵连体系统模型的主要考向如下:1.多个物体组成的系统机械能守恒;2.功与能量变化的对应关系;3.能量守恒观点的应用;4.速度的合成与分解。
(多选)如图所示,滑块a、b的质量均为m,a套在固定竖直杆上,与光滑水平地面相距h,b放在地面上。a、b通过铰链用刚性轻杆连接,由静止开始运动。不计摩擦,a、b可视为质点,重力加速度大小为g。则(　　)
A.a落地前,轻杆对b一直做正功B.a落地时速度大小为C.a下落过程中,其加速度大小始终不大于gD.a落地前,当a的机械能最小时,b对地面的压力大小为mg
情境分析本题属于综合性题目,以刚性轻杆连接为素材创设学习探索问题情境。考查关键能力中的理解能力、模型建构能力、推理论证能力。需要建构某一方向上速度大小相等的连接体(牵连体)模型。
破题:1.a、b通过铰链用刚性轻杆连接,构成牵连体,根据沿杆方向速度相等,建立二者速度关系;2.由静止开始运动,不计摩擦,系统机械能守恒;3.根据二者的速度变化情况及功能关系可确定做功情况。 特别提醒多物体机械能守恒或功能关系问题求解的三点注意1.根据两物体连接方式,通过审题,明确速度关系属于哪种情况;2.注意判定所选系统机械能是否守恒;3.涉及弹簧时要注意研究对象的选择。
解析 由题意知,系统机械能守恒。设某时刻a、b的速度分别为va、vb,此时刚性轻杆与竖直杆的夹角为θ,分别将va、vb分解,如图所示。因为刚性杆不可伸长,所以沿杆的分速度v∥与v∥'是相等的,即vacs θ=vbsin θ。当a滑至
选项B正确;同时由于b初、末速度均为零,运动过程中其动能先增大后减小,即杆对b先做正功后做负功,选项A错误;杆对b的作用先是推力后是拉力,对a则先是阻力后是动力,即a的加速度在受到杆的向下的拉力作用时大于g,选项C错误;根据系统能量守恒可知,当a的机械能最小时,b的动能最大,则此时b的速度最大,加速度为零,所以此时杆对b没有作用力,b对地面的压力大小为mg,选项D正确。
如图所示,质量均为m的A、B两个小球通过绕在定滑轮上的轻绳相连,A球套在光滑的固定竖直杆上。把A球从与定滑轮等高的P1处由静止释放,运动到P处时,轻绳与竖直杆之间的夹角为53°,此时A球的速度是v,B球没有与定滑轮相碰。已知重力加速度为g,sin 53°=0.8,cs 53°=0.6,则下列说法正确的是(　　)