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2024版高考物理二轮复习专题2功和能动量第7讲机械能守恒定律功能关系课件
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这是一份2024版高考物理二轮复习专题2功和能动量第7讲机械能守恒定律功能关系课件，共42页。PPT课件主要包含了核心知识·固双基，命题热点·巧突破，核心知识•固双基，命题热点•巧突破，BCD，审题指导等内容，欢迎下载使用。
必备知识”解读1.机械能守恒定律的表达式
2.各种能量及对应的功能关系总结
“关键能力”构建连接体的机械能守恒问题
说明：以上连接体不计阻力和摩擦力，系统(包含弹簧)机械能守恒，单个物体机械能不守恒。
题型1 机械能守恒的判断与应用
〔易错提醒〕(1)误认为绳子拉力等于物体P的重力；(2)误认为物体Q机械能始终守恒。
〔对点训练〕1. (多选)(2023·湖南平江质检)如图所示，挡板P固定在倾角为30°的斜面左下端，斜面右上端M与半径为R的圆弧轨道MN连接其圆心O在斜面的延长线上。M点有一光滑轻质小滑轮，∠MON＝60°。质量均为m的小物块B、C由一轻质弹簧拴接(弹簧平行于斜面)，其中物块C紧靠在挡板P处，物块B用跨过滑轮的轻质细绳与一质量为4m、大小可忽略的小球A相连，初始时刻小球A锁定在M点，细绳与斜面平行，且恰好绷直而无张力，B、C处于静止状态。某时刻解除对小球A的锁定，当小球A沿圆弧运动到最低点N时(物块B未到达M点)，物块C对挡板的作用力恰好为0。已知重力加速度为g，不计一切摩擦，下列说法正确的是( )
2. (2023·福建泉州模拟)如图为某科技兴趣小组制作的重力投石机示意图。支架固定在水平地面上，轻杆AB可绕水平轴上的O点在竖直面内自由转动。A端小凹槽内装有一质量为m的石子，B端固定一配重。现将杆转至水平方向由静止释放，杆在配重作用下转到竖直位置时石子被水平抛出，击中前方竖直靶上的P点，P与O点恰好在同一水平线上。已知OA＝2L，OB＝L，OP＝4L，重力加速度大小为g，不计一切摩擦及空气阻力。求：
(1)石子被水平抛出时的速度大小v1；(2)杆由水平转到竖直的过程中凹槽对石子做的功W，以及配重的质量M；(3)石子抛出前瞬间，杆对水平轴的作用力大小。
〔真题研究2〕 (多选)(2023·全国乙卷)如图，一质量为M、长为l的木板静止在光滑水平桌面上，另一质量为m的小物块(可视为质点)从木板上的左端以速度v0开始运动。已知物块与木板间的滑动摩擦力大小为f，当物块从木板右端离开时( )
题型2 能量守恒定律的应用
〔规律总结〕1.含摩擦生热、焦耳热、电势能等多种形式能量转化的系统，优先选用能量守恒定律。2.应用能量守恒定律的基本思路(1)守恒：E初＝E末，初、末总能量不变。(2)转移：EA减＝EB增，A物体减少的能量等于B物体增加的能量。(3)转化：|ΔE减|＝|ΔE增|，减少的某些能量等于增加的某些能量。
(1)A沿斜面向下运动到C点时轻绳的拉力；(2)整个运动过程中弹簧的最大弹性势能；(3)物体A沿斜面向上运动过程中的最大速度。
【解析】(1)以物体B为研究对象，根据牛顿第二定律有mBg－F＝mBa以物体A为研究对象，根据牛顿第二定律有F＋μmAgcs θ－mAgsin θ＝mAa解得F＝15 N。
(3)设物体A向上运动速度达最大时弹簧的形变量为x1，轻绳拉力为F1，选A为研究对象，根据平衡条件有kx1＋F1＝mAgcs θ＋mAgsin θ选B为研究对象，根据平衡条件有F1＝mBg解得kx1＝15 N物体A由最低点返回到C点过程中，物体A、B轻绳组成的系统做简谐运动，由简谐运动规律有x＝2x1
〔对点训练〕1. (2023·湖南益阳三模)运动员从高山悬崖上跳伞，伞打开前可看成做自由落体运动，开伞后减速下降，最后匀速下落。v、F合、Ep和E分别表示速度、合外力、重力势能和机械能。其中t、h分别表示下落的时间和高度，在整个过程中，下列图像可能符合事实的是( )
题型3 功能关系的应用
【解析】运动员从高山悬崖上跳伞，伞打开前可看作是自由落体运动，即空气阻力忽略不计，开伞后减速下降，空气阻力大于重力，故合力向上，当阻力减小到等于重力时，合力为零，做匀速直线运动。图像中加速度有突变，而速度不可能突变，故A错误；即合力先等于重力，然后突然反向变大，且逐渐减小到零，故B正确；重力势能逐渐减小，Ep＝mgH＝mg(H0－h)，即重力势能与高度是线性关系，故C错误；机械能的变化等于除重力外其余力做的功，故自由落体运动过程机械能守恒，故D错误。
2. (2023·浙江绍兴二模)如图所示，某斜面的顶端到正下方水平面O点的高度为h，斜面与水平面平滑连接，斜面倾角为θ，小木块与斜面、水平面间的动摩擦因数均为μ，一小木块从斜面的顶端由静止开始滑下，滑到水平面上距离O点为x的A点停下。以O点为原点建立xOy坐标系，改变斜面倾角和斜面长度，小木块仍在A点停下，则小木块静止释放点的坐标可能是( )
3. (多选)(2023·湖南永州模拟)如图甲所示，物体以一定初速度从倾角α＝37°的斜面底端沿斜面向上运动，上升的最大高度为4.0 m。选择地面为参考平面，上升过程中，物体的机械能E随高度h的变化如图乙所示。g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，则( )A．物体的质量m＝1.25 kgB．物体与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5C．物体上升过程的加速度大小a＝9.6 m/s2D．物体回到斜面底端时的动能Ek＝30 J
必备知识”解读1.机械能守恒定律的表达式
2.各种能量及对应的功能关系总结
“关键能力”构建连接体的机械能守恒问题
说明：以上连接体不计阻力和摩擦力，系统(包含弹簧)机械能守恒，单个物体机械能不守恒。
题型1 机械能守恒的判断与应用
〔易错提醒〕(1)误认为绳子拉力等于物体P的重力；(2)误认为物体Q机械能始终守恒。
〔对点训练〕1. (多选)(2023·湖南平江质检)如图所示，挡板P固定在倾角为30°的斜面左下端，斜面右上端M与半径为R的圆弧轨道MN连接其圆心O在斜面的延长线上。M点有一光滑轻质小滑轮，∠MON＝60°。质量均为m的小物块B、C由一轻质弹簧拴接(弹簧平行于斜面)，其中物块C紧靠在挡板P处，物块B用跨过滑轮的轻质细绳与一质量为4m、大小可忽略的小球A相连，初始时刻小球A锁定在M点，细绳与斜面平行，且恰好绷直而无张力，B、C处于静止状态。某时刻解除对小球A的锁定，当小球A沿圆弧运动到最低点N时(物块B未到达M点)，物块C对挡板的作用力恰好为0。已知重力加速度为g，不计一切摩擦，下列说法正确的是( )
2. (2023·福建泉州模拟)如图为某科技兴趣小组制作的重力投石机示意图。支架固定在水平地面上，轻杆AB可绕水平轴上的O点在竖直面内自由转动。A端小凹槽内装有一质量为m的石子，B端固定一配重。现将杆转至水平方向由静止释放，杆在配重作用下转到竖直位置时石子被水平抛出，击中前方竖直靶上的P点，P与O点恰好在同一水平线上。已知OA＝2L，OB＝L，OP＝4L，重力加速度大小为g，不计一切摩擦及空气阻力。求：
(1)石子被水平抛出时的速度大小v1；(2)杆由水平转到竖直的过程中凹槽对石子做的功W，以及配重的质量M；(3)石子抛出前瞬间，杆对水平轴的作用力大小。
〔真题研究2〕 (多选)(2023·全国乙卷)如图，一质量为M、长为l的木板静止在光滑水平桌面上，另一质量为m的小物块(可视为质点)从木板上的左端以速度v0开始运动。已知物块与木板间的滑动摩擦力大小为f，当物块从木板右端离开时( )
题型2 能量守恒定律的应用
〔规律总结〕1.含摩擦生热、焦耳热、电势能等多种形式能量转化的系统，优先选用能量守恒定律。2.应用能量守恒定律的基本思路(1)守恒：E初＝E末，初、末总能量不变。(2)转移：EA减＝EB增，A物体减少的能量等于B物体增加的能量。(3)转化：|ΔE减|＝|ΔE增|，减少的某些能量等于增加的某些能量。
(1)A沿斜面向下运动到C点时轻绳的拉力；(2)整个运动过程中弹簧的最大弹性势能；(3)物体A沿斜面向上运动过程中的最大速度。
【解析】(1)以物体B为研究对象，根据牛顿第二定律有mBg－F＝mBa以物体A为研究对象，根据牛顿第二定律有F＋μmAgcs θ－mAgsin θ＝mAa解得F＝15 N。
(3)设物体A向上运动速度达最大时弹簧的形变量为x1，轻绳拉力为F1，选A为研究对象，根据平衡条件有kx1＋F1＝mAgcs θ＋mAgsin θ选B为研究对象，根据平衡条件有F1＝mBg解得kx1＝15 N物体A由最低点返回到C点过程中，物体A、B轻绳组成的系统做简谐运动，由简谐运动规律有x＝2x1
〔对点训练〕1. (2023·湖南益阳三模)运动员从高山悬崖上跳伞，伞打开前可看成做自由落体运动，开伞后减速下降，最后匀速下落。v、F合、Ep和E分别表示速度、合外力、重力势能和机械能。其中t、h分别表示下落的时间和高度，在整个过程中，下列图像可能符合事实的是( )
题型3 功能关系的应用
【解析】运动员从高山悬崖上跳伞，伞打开前可看作是自由落体运动，即空气阻力忽略不计，开伞后减速下降，空气阻力大于重力，故合力向上，当阻力减小到等于重力时，合力为零，做匀速直线运动。图像中加速度有突变，而速度不可能突变，故A错误；即合力先等于重力，然后突然反向变大，且逐渐减小到零，故B正确；重力势能逐渐减小，Ep＝mgH＝mg(H0－h)，即重力势能与高度是线性关系，故C错误；机械能的变化等于除重力外其余力做的功，故自由落体运动过程机械能守恒，故D错误。
2. (2023·浙江绍兴二模)如图所示，某斜面的顶端到正下方水平面O点的高度为h，斜面与水平面平滑连接，斜面倾角为θ，小木块与斜面、水平面间的动摩擦因数均为μ，一小木块从斜面的顶端由静止开始滑下，滑到水平面上距离O点为x的A点停下。以O点为原点建立xOy坐标系，改变斜面倾角和斜面长度，小木块仍在A点停下，则小木块静止释放点的坐标可能是( )
3. (多选)(2023·湖南永州模拟)如图甲所示，物体以一定初速度从倾角α＝37°的斜面底端沿斜面向上运动，上升的最大高度为4.0 m。选择地面为参考平面，上升过程中，物体的机械能E随高度h的变化如图乙所示。g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，则( )A．物体的质量m＝1.25 kgB．物体与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5C．物体上升过程的加速度大小a＝9.6 m/s2D．物体回到斜面底端时的动能Ek＝30 J
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