2020高考物理二轮复习课堂学案课件-力学中的能量问题

,专题三力学中的能量问题,第一部分专题复习,高考领航,01,考向一功、功率的计算1.(2011江苏卷4)如图1所示，演员正在进行杂技表演.由图可估算出他将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋所做的功最接近于A.0.3JB.3JC.30JD.300J,1,2,3,解析由生活常识及题图知，一只鸡蛋的质量接近0.05kg，上抛高度在0.6m左右，则人对鸡蛋做的功Wmgh0.3J，故A对，B、C、D错.,图1,考向二动力学观点与能量观点的综合应用2.(多选)(2019江苏卷8)如图2所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态.小物块的质量为m，从A点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止.物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度.在上述过程中A.弹簧的最大弹力为mgB.物块克服摩擦力做的功为2mgsC.弹簧的最大弹性势能为mgsD.物块在A点的初速度为,图1,1,2,3,解析小物块处于最左端时，弹簧的压缩量最大，然后小物块先向右加速运动再减速运动，可知弹簧的最大弹力大于滑动摩擦力mg，选项A错误；,1,2,3,物块从开始运动至最后回到A点过程，由功的定义可得物块克服摩擦力做功为2mgs，选项B正确；自物块从最左侧运动至A点过程由能量守恒定律可知Epmgs，选项C正确；,考向三平衡、机械能守恒与牛顿第二定律的综合应用3.(2018江苏卷14)如图3所示，钉子A、B相距5l，处于同一高度.细线的一端系有质量为M的小物块，另一端绕过A固定于B.质量为m的小球固定在细线上C点，B、C间的线长为3l.用手竖直向下拉住小球，使小球和物块都静止，此时BC与水平方向的夹角为53.松手后，小球运动到与A、B相同高度时的速度恰好为零，然后向下运动.忽略一切摩擦，重力加速度为g，取sin530.8，cos530.6.求：(1)小球受到手的拉力大小F；,图3,1,2,3,解析对小球受力分析，如图所示，设小球受AC、BC的拉力分别为F1、F2在水平方向：F1sin53F2cos53在竖直方向：FmgF1cos53F2sin53且F1Mg,1,2,3,(2)物块和小球的质量之比Mm；,答案65,解析小球运动到与A、B相同高度过程中由几何关系得小球上升高度h13lsin53物块下降高度h22l物块和小球组成的系统机械能守恒，根据机械能守恒定律mgh1Mgh2,1,2,3,(3)小球向下运动到最低点时，物块M所受的拉力大小T.,解析根据机械能守恒，小球回到起始点，设此时AC方向的加速度大小为a，物块受到的拉力为T对物块由牛顿第二定律得MgTMa根据牛顿第三定律，小球受AC的拉力TT对小球，在沿AC方向，由牛顿第二定律得Tmgcos53ma,1,2,3,知识整合,02,1.功和功率的求解(1)功的求解：WFlcos用于恒力做功，变力做功可以用或者图象法来求解.(2)功率的求解：P，P为时间t内的；P(为F与v的夹角).v为平均速度，则P为.v为瞬时速度，则P为.2.动能定理(1)表达式：或W1W2W3Ek(2)应用动能定理解决的典型问题大致分为两种：单一物体的单一过程或者某一过程；某一物体的多个过程.动能定理由于不涉及加速度和时间，比动力学研究方法要简便.,动能定理,平均功率,Fvcos,平均功率,瞬时功率,W合,3.机械能守恒定律(1)守恒条件：只有重力或系统内弹簧的弹力做功.,mg(h1h2),转移式：EAEB(不用选零势能参考平面),4.几种力做功的特点(1)重力、弹簧弹力、静电力做功与无关.(2)摩擦力做功的特点单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功，也可以做负功，还可以不做功.相互作用的一对静摩擦力做功的代数和，在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的转移，没有机械能转化为其他形式的能；相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和，且总为.在一对滑动摩擦力做功的过程中，不仅有相互摩擦的物体间机械能的转移，还有部分机械能转化为内能，转化为内能的量等于系统机械能的减少量，等于滑动摩擦力与的乘积.摩擦生热是指滑动摩擦生热，静摩擦不会生热.,路径,总等于零,不为零,负值,相对位移,5.几个重要的功能关系(1)重力的功等于的变化，即WG.(2)弹力的功等于的变化，即W弹.(3)合力的功等于的变化，即W.(4)重力(或系统内弹簧弹力)之外的其他力的功等于的变化，即W其他E.(5)一对滑动摩擦力做的功等于的变化，即QFfx相对.,重力势能,Ep,弹性势能,Ep,动能,Ek,机械能,系统中内能,能力提升,03,高考题型1功和功率的计算,高考题型2力学中功能关系的应用,高考题型3动力学观点与能量观点的综合应用,高考题型4连接体中的能量问题,高考题型1功和功率的计算,选择题5年1考,例1(2019南通泰扬徐淮宿连七市二模)如图4所示，引体向上是中学生体育测试的项目之一，引体向上运动的吉尼斯世界纪录是53次/分钟.若一个普通中学生在30秒内完成12次引体向上，该中学生此过程中克服重力做功的平均功率最接近于A.5WB.20WC.100WD.400W,图4,解析中学生体重约为50kg，每次引体向上上升高度约为0.5m，引体向上一次克服重力做功为Wmgh50100.5J250J，全过程克服重力做功的平均功率为,拓展训练1(2019高邮市高三联合调研)如图5所示，三个相同的小球A、B、C位于同一高度h处，A做自由落体运动，B沿光滑固定斜面由静止滑下，C做平抛运动，在每个小球落地的瞬间，其重力的功率分别为PA、PB、PC.下列关系式正确的是A.PAPCPBB.PAPBPCC.PAPBPCD.PAPCPB,图5,解析A做自由落体运动，C做平抛运动，C在竖直方向上做自由落体运动，故A、C落地时竖直方向的速度大小相同，故落地时重力的功率P相同，B沿斜面下滑，下滑到斜面底端的速度跟A落地时的速度相同，但速度方向与重力方向成一定的夹角，故落地时重力的功率小于A的功率，故A正确，B、C、D错误.,高考题型2力学中功能关系的应用,选择题5年4考，计算题5年1考,能量关系的选取原则：1.由“一一对应”的功能关系求解相应的功或相应的能量，如：,2.由动能定理或能量守恒求解：(1)单个物体：一般用动能定理，也可用能量守恒.(2)多个物体组成的系统：一般用能量守恒.,例2(多选)(2019南京市、盐城市二模)如图6所示，水平轻质弹簧左端固定在竖直墙壁上，右端与一个质量为m的滑块接触，弹簧处于原长，现施加水平外力F缓慢地将滑块向左压至某位置静止，此过程中外力F做功为W1，滑块克服摩擦力做功为W2.撤去F后滑块向右运动，最终和弹簧分离.不计空气阻力，滑块所受摩擦力大小恒定，则A.撤去F时，弹簧的弹性势能为W1W2B.撤去F后，滑块和弹簧组成的系统机械能守恒C.滑块与弹簧分离时的加速度为零D.滑块与弹簧分离时的动能为W12W2,图6,解析由能量关系可知，撤去F时，弹簧的弹性势能为W1W2，选项A正确；撤去F后，由于有摩擦力做功，则滑块和弹簧组成的系统机械能减小，选项B错误；滑块与弹簧分离时，弹簧弹力为零，但是有摩擦力，则此时滑块的加速度不为零，选项C错误；滑块与弹簧分离时弹簧处于原长状态，整个过程中克服摩擦力做功为2W2，则根据动能定理，滑块与弹簧分离时的动能为W12W2，选项D正确.,拓展训练2(多选)(2019南京市六校联考)如图7，人站在自动扶梯上不动，随扶梯向上匀速运动的过程中，下列说法中正确的是A.人所受的合力对人做正功B.重力对人做负功C.扶梯对人做的功等于人增加的重力势能D.摩擦力对人做的功等于人机械能的变化,图7,解析人站在自动扶梯上不动，随扶梯向上匀速运动，受重力和支持力，重力做负功，重力势能增加，支持力做正功，合外力为零，所以合外力做功等于零，故A错误，B正确；由以上分析可知，扶梯对人做的正功等于重力做的负功，所以扶梯对人做的功等于人增加的重力势能，故C正确；人不受摩擦力，所以没有摩擦力做功，人站在自动扶梯上不动，随扶梯向上匀速运动的过程中，人的动能不变，势能增加，所以人的机械能增加，故D错误.,拓展训练3(多选)(2019全国卷18)从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和.取地面为重力势能零点，该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图8所示.重力加速度取10m/s2.由图中数据可得A.物体的质量为2kgB.h0时，物体的速率为20m/sC.h2m时，物体的动能Ek40JD.从地面至h4m，物体的动能减少100J,图8,解析根据题图可知，h4m时物体的重力势能mgh80J，解得物体质量m2kg，抛出时物体的动能为Ek0100J，由公式Ek0mv2可知，h0时物体的速率为v10m/s，选项A正确，B错误；,由功能关系可知Ffh|E|20J，解得物体上升过程中所受空气阻力Ff5N，从物体开始抛出至上升到h2m的过程中，由动能定理有mghFfhEkEk0，解得Ek50J，选项C错误；由题图可知，物体上升到h4m时，机械能为80J，重力势能为80J，动能为零，即从地面上升到h4m，物体动能减少100J，选项D正确.,高考题型3动力学观点与能量观点的综合应用,选择题5年4考，计算题5年2考,1.解决力学问题的两个基本观点(1)力的观点：主要是牛顿运动定律和运动学公式相结合，常涉及物体的受力、加速度或匀变速运动的问题.(2)能量的观点：在涉及单个物体的受力和位移问题时，常用动能定理分析；在涉及系统内能量的转化问题时，常用能量守恒定律.2.做好两个分析(1)综合受力分析、运动过程分析，根据牛顿运动定律做好动力学分析.(2)分析各力做功情况，做好能量的转化与守恒的分析，由此把握运动各阶段的运动性质，各连接点、临界点的力学特征、运动特征和能量特征.,例3(多选)(2019苏州市期初调研)如图9所示，竖直固定的光滑直杆上套有一个质量为m的小球，初始时静置于a点.一原长为l的轻质弹簧左端固定在O点，右端与小球相连.直杆上还有b、c、d三点，且b与O在同一水平线上，Obl，Oa、Oc与Ob夹角均为37，Od与Ob夹角为53.现释放小球，小球从a点开始下滑，到达d点时速度为0，在此过程中弹簧始终处于弹性限度内，则下列说法正确的是(重力加速度为g，sin370.6)A.小球在b点时加速度为g，速度最大B.小球从a点下滑到c点的过程中，小球的机械能先增大后减小C.小球在c点的速度大小为D.小球从c点下滑到d点的过程中，弹簧的弹性势能增加了mgl,图9,解析从a到b，弹簧对小球有沿弹簧向下的拉力，小球的速度不断增大.从b到c，弹簧对小球沿弹簧向上的拉力，b点时小球只受重力，小球仍在加速，所以小球在b点时速度不是最大，此时小球的合力为mg，则加速度为g.故A错误；从a点下滑到c点的过程中，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，由于弹性势能先减小后增大，则小球的机械能先增大后减小，故B正确；,拓展训练4(2019扬州中学月考)如图10，半径为R的光滑半圆形轨道ABC在竖直平面内，与水平轨道CD相切于C点，D端有一被锁定的水平轻质压缩弹簧，弹簧左端连接在固定的挡板上，弹簧右端Q到C点的距离为2R.质量为m、可视为质点的滑块从轨道上的P点由静止滑下，刚好能运动到Q点，并能触发弹簧解除锁定，然后滑块被弹回，且刚好能通过圆轨道的最高点A.已知POC60，重力加速度为g，求：(1)滑块第一次滑至圆轨道最低点C时对轨道的压力；,图10,答案2mg，方向竖直向下,解析设滑块第一次滑至C点时的速度为vC，圆轨道C点对滑块的支持力为FN,解得：FN2mg由牛顿第三定律得：滑块对轨道C点的压力大小FNFN2mg，方向竖直向下；,(2)滑块与水平轨道间的动摩擦因数；,答案0.25,解析从P到C到Q的过程：mgR(1cosPOC)mg2R0解得：0.25,(3)弹簧被锁定时具有的弹性势能.,答案3mgR,解析因滑块刚好能通过圆轨道的最高点A，则在A点时滑块的重力提供向心力，,解得：弹性势能E弹3mgR.,高考题型4连接体中的能量问题,选择题5年1考，计算题5年4考,例4(2019南京市、盐城市二模)如图11所示，木块A固定在水平地面上，细线的一端系住光滑滑块B，另一端绕过固定在木块A上的轻质光滑滑轮后固定在墙上，B与A的竖直边刚好接触，滑轮左侧的细线竖直，右侧的细线水平.已知滑块B的质量为m，木块A的质量为3m，重力加速