高考物理冲刺专题复习课件第5单元-功和能(大纲版).ppt

第五单元功和能 第五单元 知识框架 第五单元 知识框架 第五单元 高考要求 第五单元 高考要求 本单元是力学的重点内容 其中功和功率 动能定理 机械能守恒定律是历年高考的重点 每年均有相关内容的计算题或选择题出现 其中 对动能定理考查最多 考题密切联系生活 生产实际 联系现代科学技术 如求人的心脏工作的平均功率 分析 蹦极 运动过程中人的动能与重力势能和弹性势能的相互转化问题 站台设计的节能问题 求传送带的电动机多消耗的功率等 近几年高考中多次出现有关弹簧的弹性势能的考题 解题时需应用能量守恒定律 复习时应引起注意 第五单元 复习策略 1 本单元主要介绍了五个概念 功 功率 动能 势能 机械能 和两个规律 动能定理 机械能守恒定律 其中 用动能定理和机械能守恒定律研究问题时着眼于物理过程中的功和能量转化 其本质上体现了功和能的关系 功能观点为求解力学问题开辟了一条新的解题途径 也是分析电磁学 热学等问题的一条重要的思路 2 建议复习时突破以下重点及难点 1 理解功和能的概念 透彻理解功和能的关系 2 能熟练地求恒力的功 变力的功 平均功率与瞬时功率 3 能熟练地求动能变化量 重力势能变化量 机械能变化量 第五单元 复习策略 4 掌握利用动能定理解题的方法 会运用动能定理求解变力做功问题 5 掌握利用机械能守恒定律解题的方法 会用机械能的转化形式或转移形式解答多个物体的机械能守恒问题 第五单元 使用建议 1 本单元是高中物理的重要章节 使用时要引导学生理解功 功率 动能 重力势能 弹性势能 机械能的定义 会求恒力做功和变力做功问题 会计算平均功率和瞬时功率 尤其要掌握机车的两种启动方式 1 以恒定的功率启动 2 以恒定的加速度启动 会计算物体的动能 重力势能 弹性势能 会用机械能守恒的条件判断机械能是否守恒 能够熟练运用动能定理和机械能守恒定律求解力学综合问题 掌握实验 验证机械能守恒定律 2 本单元建议安排9课时 第19讲 第20讲各2课时 第21讲3课时 第22讲 单元训练各1课时 第19讲 描述运动的基本概念 第19讲功和功率 第19讲 编读互动 1 本讲复习要求学生理解功的概念 掌握功的计算公式W Fscos 的适用条件 会计算恒力的功和变力的功 能判断某个力是否做功 做正功还是做负功 理解功率的概念及平均功率与瞬时功率的区别 会计算平均功率与瞬时功率 会分析处理有关机车启动问题 2 本讲例题分类安排思路 1 恒力做功与变力做功 2 瞬时功率与平均功率 3 机车启动问题 3 本讲课时安排 第一课时 功和功率的定义 恒力做功的计算和应用 变力做功的计算 包括平均力法 等效法 图象法 动能定理法 功能关系法 第二课时 平均功率和瞬时功率的计算 机车的启动问题 第19讲 编读互动 第19讲 考点整合 变化 Fscos 第19讲 考点整合 高度差 h 路径 qU 运动电荷 第19讲 考点整合 快慢 Fvcos Fv 探究点一恒力做功与变力做功 第19讲 要点探究 1 关于恒力做功对于恒力做功 可根据功的计算公式W Fscos 计算 注意公式中的s不是路程而是物体在恒力作用下的对地位移 2 关于变力做功对于变力做功问题 一般通过以下途径求解 1 利用动能定理或功能关系求解 2 将变力做功转化为恒力做功 当力的大小不变 而方向始终与运动的方向相同或者相反时 这类力的功等于力和路程的乘积 比如滑动摩擦力做功或者空气的阻力做功 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 AD 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 点评 本题考查功的分析和计算 同时考查功率的分析 有一定综合性 根据v t图象可知物体加速度是变化的 则合外力是变化的 此时可由动能定理进行功的计算 若物体受到的作用力为恒力 则一般通过功的定义式进行计算 如下面变式题 命题意图 本题通过v t图象给出物体的运动情况 要求学生由运动情况分析物体受力情况 然后进一步研究外力对物体做功情况 逻辑性较强 要培养学生对知识的综合运用能力 第19讲 要点探究 AD 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 探究点二瞬时功率与平均功率 第19讲 要点探究 例2纯电动概念车E1是中国馆的镇馆之宝之一 若E1概念车的总质量为920kg 在16s内从静止加速到100km h 即27 8m s 受到恒定的阻力为1500N 假设它做匀加速直线运动 其动力系统提供的牵引力为 N 当E1概念车以最高时速120km h 即33 3m s 做匀速直线运动时 其动力系统输出的功率为 kW 50 第19讲 要点探究 点评 本题考查汽车动力系统的输出功率 其数值上应等于牵引力乘以即时速度 其中牵引力由动力学关系求出 属于小型综合性问题 命题意图 本题为动力学与功率相联系的综合性问题 贴近实际 考查学生应用物理知识分析实际问题的能力 第19讲 要点探究 C 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 探究点三机车启动问题 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 点评 本题考查对赛车启动过程的分析 考查了功率的概念 动能定理的应用和图象转化能力 赛车先做匀加速运动 发动机功率增大 达到额定功率后做加速度减小的加速运动 最后达到最大速度匀速运动 本题中等难度 命题意图 通过本题提醒学生对于机车启动问题应注意以下几点 第一 准确分析机车启动整个过程 重点是动力学分析 第二 两种启动方式最终能达到的最大速度相等 即最大速度由机车额定功率和路况情况 阻力 决定 与启动方式无关 第三 对于机车牵引力做功的计算 分两种情况 匀加速阶段牵引力恒定 可由功的定义式计算 对于以额定功率运动阶段 由功率乘以运动时间计算 第19讲 要点探究 变式题图19 5是某中学科技小组制作的利用太阳能驱动小车的装置 当太阳光照射到小车上方的光电板 光电板中产生的电流经电动机带动小车前进 若小车在平直的水泥路上从静止开始加速行驶 经过时间t前进距离s 速度达到最大值vm 设这一过程中电动机的功率恒为P 小车所受阻力恒为F 那么这段时间内 C 第19讲 要点探究 第19讲 要点探究 第19讲 备用习题 1 2011 华东师大附中 如图所示 质量相等的物体A和物体B与地面的动摩擦因数相等 在力F的作用下 一起沿水平地面向右移动距离s 则 A 摩擦力对A B做功不相等B A B动能的增量相同C F对A做的功与F对B做的功相等D 合外力对A做的功与合外力对B做的功不相等 AB 第19讲 备用习题 解析 AB因F斜向下作用在物体A上 A B受的摩擦力不相同 因此 摩擦力对A B做的功不相等 A正确 A B两物体一起运动 速度始终相同 故A B动能增量一定相同 B正确 F不作用在B上 不能说F对B做功 C错误 合外力对物体做的功应等于物体动能增量 故D错误 第19讲 备用习题 ACD 第19讲 备用习题 第20讲 动能和动能定理 第20讲动能和动能定理 第20讲 编读互动 1 本讲要求学生掌握动能的定义及其定义式 会计算动能的大小和动能的变化 理解动能与动量的区别 理解动能定理 能独立推导动能定理 并灵活应用动能定理求解力学问题 2 本讲例题分类安排思路 1 动能定理的基本应用 2 多过程问题中动能定理的应用 3 多体问题中动能定理的应用 3 本讲课时安排 第20讲 编读互动 第一课时 动能定理的内容 运用动能定理求变力做功 动能定理在多运动过程中的应用 第二课时 动能定理在多体问题中的应用 动能定理与整体法和隔离法的综合应 第20讲 考点整合 变化 Ek 第20讲 考点整合 3 应用动能定理解题的步骤 1 确定研究对象和运动过程 2 对研究对象进行受力分析 求出外力对物体做的总功 3 对运动过程进行分析 求出物体在研究过程中的初 末动能 4 利用动能定理列式求解 4 说明 1 凡涉及功 位移 初末速度的力学问题 一般优先考虑使用动能定理求解 2 求外力对物体做的总功既可以直接求合力的功 也可以先求各力的功再求代数和 3 一般情况下 动能定理只适用单个物体的过程 对系统所发生的过程不适合建立动能定理的方程 4 对一个物体所发生的多过程问题 可将多过程视为整体应用动能定理来求解 探究点一动能定理的基本应用 第20讲 要点探究 1 明确研究对象 选取研究对象是解题的首要环节 动能定理在高中只适用于单个物体 2 动能定理是标量表达式 因此它没有分量形式 3 应用动能定理求变力的功 如果我们所研究的问题中有多个力做功 其中只有一个力是变力 其余的都是恒力 而且这些恒力所做的功比较容易计算 研究对象本身的动能增量也比较容易计算时 用动能定理就可以求出这个变力所做的功 第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 2 62m或0 38m 第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 命题意图 本题为动能定理基本应用问题 同时联系平抛运动 运动学规律及利用数学知识求极值 属于中档综合题目 对于动能定理的复习首先要让学生强化能量观点 即能够用动能定理解决的问题不要用动力学方法解决 第20讲 要点探究 A 第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 探究点二多过程问题中动能定理的应用 1 多过程问题是指物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的小过程 如加速 减速过程 2 动能定理体现力的作用效果的累积规律 它揭示了物体所受的每一个对其做功的力都要引起物体动能的改变 而物体实际动能变化的多少 是由物体受到的所有的力对它做的总功决定的 即物体动能的变化是物体所受的各个力做功的累积总效果 动能定理的这一特点 使我们不仅可以讨论物体运动过程的局部 也可以从物体运动的全过程出发进行分析 第20讲 要点探究 例2 2010 长沙模拟 如图20 2所示 一固定在竖直平面内的光滑半圆形轨道ABC 其半径R 0 1m 轨道在C处与水平地面相切 在水平地面的D处放一小物块 给它一个水平向左的初速度v0 4m s 物块经轨道CBA后 最后又直接落到D点 已知CD的距离为s 0 6m 求物块与地面的动摩擦因数 g取10m s2 第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 点评 本题考查平抛运动 动能定理等相关知识 物块经过A点后脱离轨道做平抛运动 根据竖直方向和水平方向的位移可以求出物块在经过A点时的速度 在物块由D点到A点的过程中应用动能定理即可求出DC段的动摩擦因数 本题属于容易题 命题意图 本题意在培养学生在处理多过程力学问题时的整体思想的应用 尤其涉及能量问题 如果能够对全过程应用动能定理 往往要比分段考虑简单 第20讲 要点探究 C 第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 探究点三多体问题中动能定理的应用 动能定理适用于单个物体 对于物体系尤其是具有相对运动的物体系不能盲目地运用动能定理 因为此时内力的功也可引起动能向其他形式能的转化 当题目中出现多个物体时可分别将单个物体取为研究对象 应分阶段对每一过程应用动能定理求解 连接体是指运动中几个物体或叠放在一起 或并排挤放在一起 或用细绳 细杆联系在一起的物体组 如果连接体的各部分运动状态始终一致 则可将连接体作为一个整体应用动能定理 第20讲 要点探究 例3总质量为M的列车 沿水平直线轨道匀速前进 其末节车厢质量为m 中途脱节 司机发觉时 机车已行驶L的距离 于是立即关闭油门 除去牵引力 如图20 4所示 设运动的阻力与质量成正比 机车的牵引力是恒定的 当列车的两部分都停止时 它们的距离是多少 第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 点评 在高中阶段 原则上动能定理应用于单个物体 在上面例题中由于车头和车厢两部分脱钩前速度相同 脱钩后最终都静止 因此可以对二者整体应用动能定理 当然也可以对单个应用动能定理求解 命题意图 本题意在提示学生以下两方面信息 第一 用动能定理求解比用运动学 牛顿第二定律求解简便 第二 对整体应用牛顿第二定律的适用条件 第20讲 要点探究 AB 第20讲 要点探究 第20讲 备用习题 D 第20讲 备用习题 第21讲 机械能守恒定律能的转化和守恒定律 第21讲机械能守恒定律能的转化和守恒定律 第21讲 编读互动 1 本讲复习时要让学生理解重力势能及其相对性 会计算重力势能及其变化 掌握重力势能的变化与重力做功的关系 了解弹性势能 理解机械能守恒定律的确切含义和适用条件 能灵活应用机械能守恒定律解决力学问题 并体会用机械能守恒定律解题的优越性 2 本讲例题分类安排思路 1 机械能是否守恒的判断 2 系统机械能守恒问题 3 功能关系 第21讲 编读互动 3 本讲课时安排 第一课时 机械能守恒定律的内容和适用条件 判断机械能是否守恒的方法 机械能守恒的计算 第二课时 常见机械能守恒问题与涉及机械能守恒的综合应用问题 第21讲 考点整合 重力 弹簧弹力 动能 势能 第21讲 考点整合 第21讲 考点整合 第21讲 考点整合 转化 转化 相等 合外力 重力 其他力 第21讲 考点整合 Ffs 探究点一机械能是否守恒的判断 第21讲 要点探究 关于机械能是否守恒的判断可从以下几个途径进行 1 利用机械能的定义判断 直接判断 若物体在水平面上匀速运动 其动能 势能均不变 机械能守恒 若一个物体沿斜面匀速下滑 其动能不变 重力势能减少 其机械能减少 2 用做功来判断 分析物体或物体系的受力情况 包括内力和外力 明确各力做功的情况 若对物体或系统只有重力或弹力做功 没有其他力做功或其他力做功的代数和为零 则机械能守恒 第21讲 要点探究 3 用能量转化来判定 若物体系中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化 如系统无滑动摩擦力和介质阻力 无化学能的释放 无电磁感应过程等 则物体系机械能守恒 4 对一些绳子突然绷紧 物体间非弹性碰撞等问题机械能一般不守恒 除非题目中有特别说明或暗示 第21讲 要点探究 例1 2010 潍坊模拟 如图21 1所示 固定轨道ABCD由斜面轨道AB和圆弧轨道BCD组成 AB与BCD相切于B点 质量M 3的三角形木块DEF静置于光滑水平地面上 木块的斜面DE与圆弧BCD相切于DmHA点由静止释放 经过D点后以某一v块的倾斜面DE 自D点经过时间tDE上升到最大高度hA点运动到D点过程中阻力做功W 5J 取g 10m s2 1 小球到达D点时速度v0的大小 2 小球沿斜面DE上升到最大高度时速度的大小v 3 小球沿木块的斜面上升过程中木块的加速度a 结果可用分数表示 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 点评 小球下滑的过程中只有重力和阻力做功 根据动能定理可求得小球到达D点的速度 滑上DEF小球到达最高点时相对木块静止 说明小球与木块具有共同速度 小球从D点滑上木块的斜面直到最高点的过程中 小球和木块组成的系统机械能守恒 根据机械能守恒定律可求得其共同速度 木块从静止开始运动达到与小球共同速度过程中 木块水平方向上做匀加速运动 根据匀变直线运动的规律可求得 命题意图 本题意在考查学生对于机械能守恒的判断能力 应引导学生准确理解上面谈到的4个基本方法 并熟练应用 第21讲 要点探究 变式题高台滑雪运动员腾空跃下 如果不考虑空气阻力 则下落过程中该运动员机械能的转化关系是 A 动能减少 重力势能减少B 动能减少 重力势能增加C 动能增加 重力势能减少D 动能增加 重力势能增加 C 第21讲 要点探究 探究点二系统机械能守恒问题 1 系统机械能守恒常见情景举例 第21讲 要点探究 2 系统机械能守恒问题注意事项 1 首先确定好研究对象 即取哪几个物体构成的系统为研究对象 根据题意准确分析系统的始末状态 建立清晰的物理过程 2 要准确找出系统内物体间在速度上的联系 这是求解系统机械能守恒问题的关键 大多试题会从这一点上做文章 如上面情景1和情景2是通过速度的合成与分解建立物体间速度上的关系 情景3和情景4是通过角速度相等建立物体间速度上的关系 情景5是利用动量守恒建立物体间速度上的关系 3 涉及系统机械能守恒的列式 一般从能量转化的角度入手 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 点评 系统机械能守恒问题往往涉及弹簧 因此应掌握弹簧的能量特性 1 弹簧的弹性势能与弹簧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 只要形变程度相同 则其储存的弹性势能相同 2 对同一根弹簧而言 先后经历两次相同的形变过程 则两次过程中弹簧弹性势能的变化相同 命题意图 本题主要目的是考查学生对力学过程的分析能力 特别是能否从能量的角度来分析问题和解决问题的能力 老师应指导学生认真阅读试题 理解试题中所提供的信息的确切意义 分析清楚整个物理过程 提高学生分析系统机械能守恒问题的能力 第21讲 要点探究 D 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 探究点三功能关系 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 例3 2010 武昌模拟 如图21 5甲所示 质量不计的弹簧竖直固定在水平面上 t 0时刻 将一金属小球从轻弹簧正上方某一高度处由静止释放 小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点 然后又被弹起离开弹簧 上升到一定高度后再下落 如此反复 通过安装在弹簧下端的压力传感器 测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示 则 D 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 点评 本题主要涉及与弹簧有关的系统的能量转化与守恒问题 在此类问题中一定要看清楚题目要求研究的对象是谁 要求分析哪些能量的转化与守恒 例如在弹簧压缩过程中 若以小球为研究对象 则其机械能不守恒 而若以弹簧与小球构成的系统为研究对象 则该系统机械能守恒 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 点评 对于这样多物体的问题 过程繁琐 用牛顿运动定律解题往往相当复杂 而用能量观点解题往往可以简化 但从能量角度看 如果对个体列方程往往是用动能定理 对系统往往需从总体能量守恒的观点来分析 命题意图 通过例3 4 5进一步培养学生比较系统的能量转化和守恒思想 此处必须让学生准确掌握好各种能量变化的量度 功 清楚系统内各种能量的相互转化情况 第21讲 要点探究 变式题如图21 8所示 固定斜面的倾角为 30 斜面上D点以下光滑 D点以上与物体A之间的动摩擦因数为 轻弹簧C固定在斜面底端 一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接小物体A和B 滑轮左侧绳子与斜面平行 A的质量为2m B的质量为m 现用外力使A沿斜面向下压缩C到一定程度时静止 C在弹性限度内 且C与A不粘连 此时B未碰到滑轮 突然撤除外力后 A沿斜面向上运动 与C分离时A恰好到D A再运动位移L时静止 这时B未落地 已知重力加速度为g 不计空气阻力 求在撤除外力时C的弹性势能 第21讲 要点探究 第21讲 要点探究 第22讲 本单元实验 第22讲本单元实验 第22讲 编读互动 1 通过本讲复习要让学生掌握验证机械能守恒定律实验的实验原理 实验器材 实验步骤以及误差分析 还要掌握用图象处理数据的方法 2 本讲例题分类安排思路 1 实验原理与实验操作 2 实验数据和误差分析 3 同类实验拓展与创新 3 本讲课时安排 实验原理 实验器材 实验的操作过程 实验的注意事项 实验的误差分析 对实验原理的迁移应用 第22讲 考点整合 第22讲 考点整合 复写纸片 第22讲 考点整合 mgh 第22讲 考点整合 探究点一对实验原理与实验步骤的考查 第22讲 要点探究 第22讲 要点探究 第22讲 要点探究 D 第22讲 要点探究 解析 在该实验中 下落的高度是通过刻度尺测出 而某点的瞬时速度是通过做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度来计算的 D对 点评 本题考查验证机械能守恒定律的基本步骤 分析此类问题必须依据实验原理进行 同时要注意实验操作的可行性 命题意图 通过本题要让学生重视对教材中基本实验的步骤的准确掌握和理解 结合实验原理清楚每一步操作为什么这样做 这样有利于学生对实验仪器的进一步理解 提高学生对于此类问题以及实验器材选择类问题的解题能力 第22讲 要点探究 变式题 2010 广州模拟 用如图22 4所示的装置做 验证机械能守恒定律 实验 打点计时器的打点周期为T 重锤的质量为m 重力加速度为g 第22讲 要点探究 交流 接通打点计时器的电源 释放纸带 B 第22讲 要点探究 第22讲 要点探究 探究点二实验数据处理和误差分析 例2 2010 杭州模拟 某同学做验证 机械能守恒定律 实验 不慎将一条选择好的纸带的前面一部分破坏了 测出剩下的一段纸带上的各个点间的距离 如图22 6所示 已知打点计时器工作频率为50重力加速度g 9 8械能守恒 第22讲 要点探究 第22讲 要点探究 第22讲 要点探究 第22讲 要点探究 1 选出一条纸带如图22 8所示 其中O点为打点计时器打下的第一个点 A B C为三个计数点 打点计时器通以50Hz的交流电 用分度值为1mm的刻度尺测得的各点间距值已标在图中 在计数点A和B B和C之间还各有一个点 重锤的质量为1 00kg 甲同学根据图中的测量数据算出 当打点计时器打B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了 J 打点计时器打B点时重锤的速度vB m s 此时重锤的动能是 J 结果均保留三位有效数字 1 85 1 83 1 68 第22讲 要点探究 该同学做实验时先释放了纸带 然后再合上打点计时器的开关 B 第22讲 要点探究 第22讲 要点探究 探究点三同类拓展实验 例3 2010 平顶山模拟 某同学为了探究 动能定理