备考高考物理一轮金牌训练 第一部分 专题二 第1讲 能量观点在力学中的应用课件.ppt

专题二 动量与能量 第1讲 能量观点在力学中的应用 1 2011年福建卷 如图2 1 1所示为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图 其下半部ab是一长为2r的竖直细管 上半部bc是半径为r的四分之一圆弧弯管 管口沿水平方向 ab管内有一原长为r 下端固定的轻质弹簧 投饵时 每次总将弹簧长度压缩到0 5r后锁定 在弹簧上段放置一粒鱼饵 解除锁定 弹簧可将鱼饵弹射出去 设质量为m的鱼饵到达管口c时 对管壁的作用力恰好为零 不计鱼饵在运动 过程中的机械能损失 且锁定和解除锁定时 均不改变弹簧的弹性势能 已知重力加速度为g 求 图2 1 1 1 质量为m的鱼饵到达管口c时的速度大小v1 2 弹簧压缩到0 5r时的弹性势能ep 解 1 质量为m的鱼饵到达管口c时做圆周运动的向 心力完全由重力提供 则 2 2011年北京卷 如图2 1 2所示 长度为l的轻绳上端固定在o点 下端系一质量为m的小球 小球的大小可以忽略 1 在水平拉力f的作用下 轻绳与竖直方向的夹角为 小球保持静止 画出此时小球的受力图 并求力f的大小 2 由图示位置无初速度释放小球 求当小球通过最低点时的速度大小及轻绳对小球的拉力 不计空气阻力 图2 1 2 解 1 如图10所示 图10 根据平衡条件 应满足tcos mg tsin f拉力大小f mgtan 3 2011年安徽卷 如图2 1 3所示 m 2kg的滑块套在光滑的水平轨道上 质量m 1kg的小球通过长l 0 5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴o连接 小球和轻杆可在竖直平面内绕o轴自由转动 开始轻杆处于水平状态 现给小球一个竖直向上的初速度v0 4m s g取10m s2 1 若锁定滑块 试求小球通过最高点p时对轻杆的作用 力大小和方向 2 若解除对滑块的锁定 试求小球通过最高点时的速度 大小 3 在满足 2 的条件下 试求小球击中滑块右侧轨道位置 点与小球起始位置点间的距离 图2 1 3 解 1 设小球能通过最高点 且此时的速度为v1 在上升过程中 因只有重力做功 小球的机械能守恒 则 2 解除锁定后 设小球通过最高点时的速度为v2 此时滑块的速度为v 在上升过程中 因系统在水平方向上不受外力作用 水平方向的动量守恒 以水平向右的方向为正方向 有mv2 mv 0 在上升过程中 因只有重力做功 系统的机械能守恒 则 3 设小球击中滑块右侧轨道的位置点与小球起始点的距离为s1 滑块向左移动的距离为s2 任意时刻小球的水平速度大小为v3 滑块的速度大小为v 由系统水平方向的动量守恒 得mv3 mv 0 将 式两边同乘以 t 得mv3 t mv t 0 因 式对任意时刻附近的微小间隔 t都成立 累积相加后 有ms1 ms2 0 又s1 s2 2l 4 2009年广东卷 游乐场中的一种滑梯如图2 1 4所示 小朋友从轨道顶端由静止开始下滑 沿水平轨道滑动 了一段距离后停下来 则 图2 1 4a 下滑过程中支持力对小朋友做功b 下滑过程中小朋友的重力势能增加c 整个运动过程中小朋友的机械能守恒d 在水平面滑动过程中摩擦力对小朋友做负功 解析 在滑动的过程中小朋友受三个力作用 重力做正功 势能降低 b错 支持力不做功 摩擦力做负功 所以机械能不守恒 ac皆错 d正确 答案 d 5 2009年广东卷 物体在合外力作用下做直线运动的 v t图象如图2 1 5所示 下列表述正确的是 图2 1 5a 在0 1s内 合外力做正功b 在0 2s内 合外力总是做负功c 在1 2s内 合外力不做功d 在0 3s内 合外力总是做正功 解析 根据物体的速度图象可知 物体在0 1s内做匀加速运动 合外力做正功 a正确 1 3s内做匀减速合外力做负功 根据动能定理0到3s内 合外力做功为零 答案 a 功能关系和能量转化与守恒定律是物理学中重要的基本规律 分析力做功和能的转化与守恒是解决力学问题的一种思路 所以每年高考这部分是必考的内容 从近几年高考来看 主要是考查这几个方面 1 功 功率的基本概念 以选择题形式出现 2 机车启动问题 以选择题形式出现较多 也有计算题 形式出现 3 能的转化与守恒 多以计算题出现 常结合平抛运动 圆周运动等知识考查 机车功率问题 例1 2011年浙江卷 节能混合动力车是一种可以利用汽油及所储存电能作为动力来源的汽车 有一质量m 1000kg的混合动力轿车 在平直公路上以v1 90km h匀速行驶 发动机的输出功率为p 50kw 当驾驶员看到前方有80km h的限速标志时 保持发动机功率不变 立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电 使轿车做减速运 动 运动l 72m后 速度变为v2 72km h 此过程中发动 机车功率问题 除了我们讲得多的是机车的起动问题外 其实还有机车减小功率减速等其他方面 解决这类问题我们要掌握以下几方面 1 四个规律看物理量间的联系和变化 牛顿第二定律f牵 f阻 ma 运动学vt v0 at 机车功率p f牵v 牵引力的功w pt 2 抓住两个临界 当f牵 f阻时 a 0 v达到最大 当机车功率达到最大功率 额定功率 后功率不能再变 如果速度增大 则力减小 注意一种情况 当机车减速时 即 f牵 f阻 当功率p不变 由于v速度变小 则牵引力f牵变 大 而加速度反而变小 1 2011年深圳一模 汽车以额定功率在平直公路上匀速行驶 在t1时刻突然使汽车的功率减小一半 并保持该功率继续行驶 到t2时刻汽车又开始做匀速直线运动 设汽车所受 阻力不变 则在t1 t2时间内 a 汽车的加速度保持不变b 汽车的加速度逐渐减小c 汽车的速度先减小后增大d 汽车的速度先增大后减小 解析 当汽车匀速运动时p fv fv 汽车功率突然减小一半 则牵引力减小一半 故汽车做减速运动 由p fv 知牵引力变大 汽车做加速度变小的减速运动 当牵引力等于阻力时 汽车再次做匀速运动 故b正确 答案 b 动能定理的应用 例2 2011年湛江一中月考 如图2 1 6所示 bcfd是一在竖直平面的粗糙轨道 其中cfd是直径为r的半圆弧 o为其圆心 eo为一水平平台 eo r 现有一质量为m的小球从b点正上方a点自由下落 在b点进入轨道bcd内运动 恰好能通过半圆轨道最高点d点 最后落在水平平台eo上 小球在b点与轨道碰撞的能 量损失及运动过程空气阻力忽略不计 求 图2 1 6 1 小球克服摩擦力做的功wf 2 小球在eo上的落点与o的距离d 动能定理表达为w合 ek2 ek1 可以理解为在某过程中物体所受合外力做功使物体动能发生了变化 这类题一般与曲线运动结合 以多过程形式出现 尤其是结合圆周运动临界状态比较多 所以用动能定理解决问题 1 要分析物体有哪些过程 过程中研究对象受哪些力 力做功情况如何 2 初 末动能如何表达 3 列方程时我们自己要清楚是以谁为研究对象 在哪个 过程中 方程如何 2 2011年深圳一模 如图2 1 7所示 倾角为37 的足够大斜面以直线mn为界由两部分组成 mn垂直于斜面水平底边pq且其左边光滑右边粗糙 斜面上固定一个既垂直于斜面又垂直于mn的粗糙挡板 质量为m1 3kg的小物块a置于挡板与斜面间 a与挡板间的动摩擦因数为 1 0 1 质量为m2 1kg的小物块b用不可伸长的细线悬挂在 界线mn上的o点 细线长为l 0 5m 图2 1 7 此时 细线恰好处于伸直状态 a b可视为质点且与斜面粗糙部分的动摩擦因数均为 2 0 3 它们的水平距离s 7 5m 现a以水平初速v0 5m s向右滑动并恰能与b发生弹性正撞 g 10m s2 求 1 a碰撞前向右滑动时受到的摩擦力 2 碰后a滑行的位移 3 b沿斜面做圆周运动到最高点的速度 图11 功能关系 机械能守恒定律应用 例3 2011年湛江二中月考 如图2 1 8所示 竖直放置的圆弧轨道和水平轨道两部分相连 水平轨道的右侧有一质量为2m的滑块c与轻质弹簧的一端相连 弹簧的另一端固定在竖直的墙m上 弹簧处于原长时 滑块c静止在p点处 在水平轨道上方o处 用长为l的细线悬挂一质量为m的小球b b球恰好与水平轨道相切 并可绕o点在竖直平面内摆动 质量为m的滑块a由圆弧 轨道上静止释放 进入水平轨道 与小球b发生碰撞 a b碰撞前 图2 1 8 后速度发生交换 p点左方的轨道光滑 右方粗糙 滑块a c与pm段的动摩擦因数均为 0 5 a b c均可视为质点 重力加速度为g 1 求滑块a从2l高度处由静止开始下滑 与b碰后瞬 间b的速度 2 若滑块a能以与球b碰前瞬间相同的速度与滑块c相碰 a至少要从距水平轨道多高的地方开始释放 解决功能关系 机械能守恒定律的问题一定要审清题意 弄清题中的物理过程 确定好研究对象 分析研究对象在过程中的能量转化情况 机械能是否守恒 为了弄清能量的来源与去向 一般可通过力做功来分析 如重力做功对应重力势能的变化 一对滑动摩擦力做功 对应内能增加 物体合外力做功对应物体动能的变化 对于物体系统机械能守恒一定要分析整个物体系统的势能变化与动能变化 3 如图2 1 9所示 一半圆形碗的边缘上装有一定滑轮 滑轮两边通过一不可伸长的轻质细线挂着两个小物体 质量分别为m1 m2 m1 m2 现让m1从靠近定滑轮处由静止开始沿碗内壁下滑 设碗固定不动 其内壁光滑 半径为 r 则m1滑到碗最低点的速度为 图2 1 9 答案 a 能的观点解决力学问题