2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 能力課 功能關(guān)系 能量守恒定律課件.ppt

能力課功能關(guān)系能量守恒定律 熱考點(diǎn) 功能關(guān)系的理解和應(yīng)用 1 力學(xué)中常見的功能關(guān)系 2 應(yīng)用功能關(guān)系解決具體問題應(yīng)注意以下三點(diǎn) 1 若只涉及動(dòng)能的變化用動(dòng)能定理 2 只涉及重力勢(shì)能的變化 用重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系分析 3 只涉及機(jī)械能變化 用除重力和彈簧的彈力之外的力做功與機(jī)械能變化的關(guān)系分析 A 彈力對(duì)小球先做正功后做負(fù)功B 有兩個(gè)時(shí)刻小球的加速度等于重力加速度C 彈簧長(zhǎng)度最短時(shí) 彈力對(duì)小球做功的功率為零D 小球到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能等于其在M N兩點(diǎn)的重力勢(shì)能差 圖1 答案BCD 變式訓(xùn)練1 2017 江蘇泰州模擬 一個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能增大 究其原因 下列推測(cè)正確的是 A 可能是重力對(duì)系統(tǒng)做了功B 一定是合外力對(duì)系統(tǒng)做了功C 一定是系統(tǒng)克服合外力做了功D 可能是摩擦力對(duì)系統(tǒng)做了功解析只有重力做功 系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 除重力 彈力之外的力做正功時(shí) 系統(tǒng)機(jī)械能增加 做負(fù)功時(shí)則減少 故選項(xiàng)B C錯(cuò)誤 如果摩擦力對(duì)系統(tǒng)做正功 則系統(tǒng)機(jī)械能增加 故選項(xiàng)D正確 答案D 變式訓(xùn)練2 多選 如圖2所示 質(zhì)量相同的兩物體a b 用不可伸長(zhǎng)的輕繩跨接在同一光滑的輕質(zhì)定滑輪兩側(cè) a在水平桌面的上方 b在水平粗糙桌面上 初始時(shí)用力壓住b使a b靜止 撤去此壓力后 a開始運(yùn)動(dòng) 在a下降的過程中 b始終未離開桌面 在此過程中 A a的動(dòng)能小于b的動(dòng)能B 兩物體機(jī)械能的變化量相等C a的重力勢(shì)能的減小量等于兩物體總動(dòng)能的增加量D 繩的拉力對(duì)a所做的功與對(duì)b所做的功的代數(shù)和為零 圖2 解析輕繩兩端沿繩方向的速度分量大小相等 故可知a的速度等于b的速度沿繩方向的分量 a的動(dòng)能比b的動(dòng)能小 選項(xiàng)A正確 因?yàn)閎與地面有摩擦力 運(yùn)動(dòng)時(shí)有熱量產(chǎn)生 所以該系統(tǒng)機(jī)械能減少 故選項(xiàng)B C錯(cuò)誤 輕繩不可伸長(zhǎng) 兩端分別對(duì)a b做功大小相等 符號(hào)相反 選項(xiàng)D正確 答案AD 變式訓(xùn)練3 2017 全國(guó)卷 24 一質(zhì)量為8 00 104kg的太空飛船從其飛行軌道返回地面 飛船在離地面高度1 60 105m處以7 5 103m s的速度進(jìn)入大氣層 逐漸減慢至速度為100m s時(shí)下落到地面 取地面為重力勢(shì)能零點(diǎn) 在飛船下落過程中 重力加速度可視為常量 大小取為9 8m s2 結(jié)果保留2位有效數(shù)字 1 分別求出該飛船著地前瞬間的機(jī)械能和它進(jìn)入大氣層時(shí)的機(jī)械能 2 求飛船從離地面高度600m處至著地前瞬間的過程中克服阻力所做的功 已知飛船在該處的速度大小是其進(jìn)入大氣層時(shí)速度大小的2 0 式中 m和v0分別是飛船的質(zhì)量和著地前瞬間的速率 由 式和題給數(shù)據(jù)得Ek0 4 0 108J 設(shè)地面附近的重力加速度大小為g 飛船進(jìn)入大氣層時(shí)的機(jī)械能為 式中 vh是飛船在高度1 6 105m處的速度大小 由 式和題給數(shù)據(jù)得Eh 2 4 1012J 由功能關(guān)系得W Eh Ek0 式中 W是飛船從高度600m處至著地瞬間的過程中克服阻力所做的功 由 式和題給數(shù)據(jù)得W 9 7 108J 答案 1 4 0 108J2 4 1012J 2 9 7 108J ?？键c(diǎn) 能量守恒定律的應(yīng)用 1 對(duì)能量守恒定律的理解 1 轉(zhuǎn)化 某種形式的能量減少 一定存在其他形式的能量增加 且減少量和增加量一定相等 2 轉(zhuǎn)移 某個(gè)物體的能量減少 一定存在其他物體的能量增加 且減少量和增加量相等 2 涉及彈簧的能量問題應(yīng)注意兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體與彈簧組成的系統(tǒng)相互作用的過程 具有以下特點(diǎn) 1 能量變化上 如果只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈簧彈力做功 系統(tǒng)機(jī)械能守恒 2 如果系統(tǒng)每個(gè)物體除彈簧彈力外所受合外力為零 則當(dāng)彈簧伸長(zhǎng)或壓縮到最大程度時(shí)兩物體速度相同 1 物體A向下運(yùn)動(dòng)剛到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度大小 2 彈簧的最大壓縮量 3 彈簧中的最大彈性勢(shì)能 圖3 解析 1 物體A向下運(yùn)動(dòng)剛到C點(diǎn)的過程中 對(duì)A B組成的系統(tǒng)應(yīng)用能量守恒定律可得 可解得v 2m s 2 以A B組成的系統(tǒng) 在物體A將彈簧壓縮到最大壓縮量 又返回到C點(diǎn)的過程中 系統(tǒng)動(dòng)能的減少量等于因摩擦產(chǎn)生的熱量 即 其中x為彈簧的最大壓縮量解得x 0 4m 3 設(shè)彈簧的最大彈性勢(shì)能為Epm由能量守恒定律可得 解得Epm 6J 答案 1 2m s 2 0 4m 3 6J 1 運(yùn)用能量守恒定律解題的基本思路 2 多過程問題的解題技巧 1 合 初步了解全過程 構(gòu)建大致的運(yùn)動(dòng)圖景 2 分 將全過程進(jìn)行分解 分析每個(gè)過程的規(guī)律 3 合 找到子過程的聯(lián)系 尋找解題方法 變式訓(xùn)練4 2017 浙江杭州模擬 在學(xué)校組織的趣味運(yùn)動(dòng)會(huì)上 某科技小組為大家提供了一個(gè)游戲 如圖4所示 將一質(zhì)量為0 1kg的鋼球放在O點(diǎn) 用彈射裝置將其彈出 使其沿著光滑的半環(huán)形軌道OA和AB運(yùn)動(dòng) BC段為一段長(zhǎng)為L(zhǎng) 2 0m的粗糙平面 DEFG為接球槽 圓弧OA和AB的半徑分別為r 0 2m R 0 4m 小球與BC段的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0 7 C點(diǎn)離接球槽的高度為h 1 25m 水平距離為x 0 5m 接球槽足夠大 g取10m s2 求 圖4 1 要使鋼球恰好不脫離半環(huán)形軌道 鋼球在A點(diǎn)的速度大小 2 鋼球恰好不脫離軌道時(shí) 在B位置對(duì)半環(huán)形軌道的壓力大小 3 要使鋼球最終能落入槽中 彈射速度v0至少多大 2 鋼球從A到B的過程由動(dòng)能定理得 解得FN 6N 根據(jù)牛頓第三定律 鋼球在B位置對(duì)半環(huán)形軌道的壓力為6N 3 從C到D鋼球做平拋運(yùn)動(dòng) 要使鋼球恰好能落入槽中 假設(shè)鋼球在A點(diǎn)的速度恰為vA 2m s時(shí) 鋼球可運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn) 且速度為vC 從A到C有 故當(dāng)鋼球在A點(diǎn)的速度恰為vA 2m s時(shí) 鋼球不可能到達(dá)C點(diǎn) 更不可能入槽 要使鋼球最終能落入槽中 需要更大的彈射速度 才能使鋼球既不脫離軌道 又能落入槽中 當(dāng)鋼球到達(dá)C點(diǎn)速度為vC時(shí) v0有最小值 從O到C有 1 兩個(gè)模型 1 滑塊 木板模型 2 傳送帶模型 ?？键c(diǎn) 與摩擦生熱相關(guān)的兩個(gè)物理模型 2 兩種摩擦力的做功情況比較 圖5 1 滑塊到達(dá)B端時(shí) 軌道對(duì)它支持力的大小 2 車被鎖定時(shí) 車右端距軌道B端的距離 3 從車開始運(yùn)動(dòng)到被鎖定的過程中 滑塊與車上表面間由于摩擦而產(chǎn)生的熱量大小 解析 1 由機(jī)械能守恒定律和牛頓第二定律得 則FNB 30N 2 設(shè)m滑上小車后經(jīng)過時(shí)間t1與小車同速 共同速度大小為v 設(shè)滑塊的加速度大小為a1 小車的加速度大小為a2對(duì)滑塊有 mg ma1 v vB a1t1對(duì)于小車 mg Ma2 v a2t1解得v 1m s t1 1s 因t1 t0 故滑塊與小車同速后 小車?yán)^續(xù)向左勻速行駛了0 5s 則小車右端距B端的距離為 答案 1 30N 2 1m 3 6J 變式訓(xùn)練5 多選 如圖6所示 水平傳送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 并始終保持以速度v勻速運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)將質(zhì)量為m的物塊由靜止釋放在傳送帶上的左端 過一會(huì)兒物塊能保持與傳送帶相對(duì)靜止 設(shè)物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 對(duì)于這一過程 下列說法正確的是 A 摩擦力對(duì)物塊做的功為0 5mv2B 物塊對(duì)傳送帶做功為0 5mv2C 系統(tǒng)摩擦生熱為0 5mv2D 電動(dòng)機(jī)多做的功為mv2 圖6 解析對(duì)物塊運(yùn)用動(dòng)能定理 摩擦力做的功等于物塊動(dòng)能的增加 即0 5mv2 故選項(xiàng)A正確 傳送帶的位移是物塊位移的兩倍 所以物塊對(duì)傳送帶做功的絕對(duì)值是摩擦力對(duì)物塊做功的兩倍 即為mv2 故選項(xiàng)B錯(cuò)誤 電動(dòng)機(jī)多做的功就是傳送帶克服摩擦力做的功 也為mv2 故選項(xiàng)D正確 系統(tǒng)摩擦生熱等于摩擦力與相對(duì)位移的乘積 故選項(xiàng)C正確 答案ACD 動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用 題源 人教版必修2 P80 T2 游樂場(chǎng)的過山車可以底朝上在圓軌道上運(yùn)行 游客卻不會(huì)掉下來 圖7 9 4 我們把這種情形抽象為圖7 9 5的模型 弧形軌道的下端與豎直圓軌道相接 使小球從弧形軌道上端滾下 小球進(jìn)入圓軌道下端后沿圓軌道運(yùn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 只要h大于一定值 小球就可以順利通過圓軌道的最高點(diǎn) 如果已知圓軌道的半徑為R h至少要等于多大 不考慮摩擦等阻力 拓展1如圖7所示 一固定在豎直平面內(nèi)的光滑的半圓形軌道ABC 其半徑r 0 40m 軌道在C處與動(dòng)摩擦因數(shù) 0 20的水平地面相切 在水平地面的D點(diǎn)放一靜止的質(zhì)量m 1 0kg的小物塊 現(xiàn)給它施加一水平向右的恒力F 當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí) 撤去恒力F 結(jié)果小物塊恰好通過A點(diǎn) 已知CD間的距離x 1 0m 取重力加速度g 10m s2 求 1 小物塊通過A點(diǎn)時(shí)的速度大小 2 恒力F的大小 圖7 2 物體從D向A運(yùn)動(dòng)過程中 由動(dòng)能定理得 又Ff FN mg聯(lián)立解得F 12N答案 1 2m s 2 12N 拓展2 2017 全國(guó)卷 17 如圖8所示 半圓形光滑軌道固定在水平地面上 半圓的直徑與地面垂直 一小物塊以速度v從軌道下端滑入軌道 并從軌道上端水平飛出 小物塊落地點(diǎn)到軌道下端的距離與軌道半徑有關(guān) 此距離最大時(shí) 對(duì)應(yīng)的軌道半徑為 重力加速度大小為g 圖8 答案B 拓展3 2016 全國(guó)卷 25 輕質(zhì)彈簧原長(zhǎng)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(dāng)彈簧被壓縮到最短時(shí) 彈簧長(zhǎng)度為l 現(xiàn)將該彈簧水平放置 一端固定在A點(diǎn) 另一端與物塊P接觸但不連接 AB是長(zhǎng)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9所示 物塊P與AB間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 5 用外力推動(dòng)物塊P 將彈簧壓縮至長(zhǎng)度l 然后放開P開始沿軌道運(yùn)動(dòng) 重力加速度大小為g 1 若P的質(zhì)量為m 求P到達(dá)B點(diǎn)時(shí)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(diǎn)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 圖9 解析 1 依題意 當(dāng)彈簧豎直放置 長(zhǎng)度被壓縮至l時(shí) 質(zhì)量為5m的物體的動(dòng)能為零 其重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能 由機(jī)械能守恒定律知 彈簧長(zhǎng)度為l時(shí)的彈性勢(shì)能為 設(shè)P到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小為vB 由能量守恒定律得 若P能沿圓軌道運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn) 其到達(dá)D點(diǎn)時(shí)的向心力不能小于重力 即P此時(shí)的速度大小v應(yīng)滿足 設(shè)P滑到D點(diǎn)時(shí)的速度為vD 由機(jī)械能守恒定律得 vD滿足 式要求 故P能運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn) 并從D點(diǎn)以速度vD水平射出 設(shè)P落回到軌道AB所需的時(shí)間為t 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得 P落回到AB上的位置與B點(diǎn)之間的距離為s vDt 2 設(shè)P的質(zhì)量為M 為使P能滑上圓軌道 它到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度不能小于零 要使P仍能沿圓軌道滑回 P在圓軌道的上升高度不能超過半圓軌道的中點(diǎn)C 由機(jī)械能守恒定律有