三维设计2012高考物理二轮复习课件(广东专版)：第一部分 专题4 功和能

备考方向要明了,(1)机车以恒定功率启动过程中牵引力是变力，发动机做的功只能用WPt计算，而以恒定加速度启动时，发动机的功率在不断增大，所以发动机做的功只能用WFl计算。(2)PFv中的F仅是机动车的牵引力，而非机动车所受合力。同时还要注意匀加速过程的最大速度v1和全程的最大速度vm的区别及求解方法。,二、对动能定理的理解(1)动能定理中“外力”指作用在物体上包含重力在内的所有外力。求功的代数和时要注意功的正、负。(2)不论物体做什么形式的运动，其受力如何，动能定理总是适用的。(3)动能定理表达式中的“”表示一种因果联系的数值上相等的符号，说明了功是引起物体动能变化的原因。(4)动能定理以单个物体为研究对象，表达式W合Ek是个标量方程式。,三、对功能关系和能量守恒定律的理解1常见的功能关系,2对能量转化和守恒定律的进一步理解(1)某种形式能量的减少，一定存在另外形式能量的增加，且减少量与增加量相等。(2)某个物体能量的减少，一定存在别的物体能量的增加，且减少量与增加量相等。(3)机械能守恒定律是有条件的，能量守恒定律是无条件的。,1.恒力的功WFlcos。2变力的功(1)变力F的功率P恒定，WPt。(2)利用动能定理及功能关系等方法间接求解，即W合ek或WE。(3)转换法也叫等效替代，即若某一变力做的功和某一恒力做的功相等，可以通过计算该恒力做的功来求变力做的功。,1一滑块在水平地面上沿直线滑行，t0时速度为1m/s。从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力，力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图43甲和图乙所示。设在第1s内、第2s内、第3s内力F对滑块做的功分别为W1、W2、W3。如何比较这三个功的大小关系？图43,解析：在这三段时间内，拉力F均为恒力，可先由vt图像求出各段时间内的位移，再用恒力做功的公式计算各功的大小，即可得出W1W2W3。,答案：见解析,(1)对涉及单个物体的受力、位移及过程始、末速度的问题的分析，尤其不涉及时间时，应优先考虑用动能定理求解。(2)若物体运动包含几个不同过程时，可分段运用动能定理列式，也可以全程列式(当所求解的问题不涉及中间速度时)。,(3)应用动能定理解题的思路和一般步骤确定研究对象和物理过程，找出始末状态的速度情况；分析研究对象的受力情况(包括重力)，求出各力做功的代数和，注意求功时，位移必须是相对地面的；确定过程始、末状态的动能，以及动能的变化量；利用动能定理列方程求解。要注意方程的左边是功，右边是动能的变化量。,2如图44，ABCD为一竖直平面的轨道，其中BC水平，A点比BC高出H10m，BC长l1m，AB和CD轨道光滑。一质量为m1kg的图44物体，从A点以v14m/s的速度开始运动，经过BC后滑到高出C点h10.3m的D点时速度为零。求：(g10m/s2)(1)物体与BC轨道的动摩擦因数。(2)物体第5次经过B点时的速度。(3)物体最后停止的位置(距B点)。,解析：本题明确给出物体在A、D两点的速度和高度，从A点到D点过程的受力情况及其做功也容易分析，可以应用动能定理研究，直接得到物体与BC轨道的动摩擦因数。滑动摩擦力做功与实际路径的长短有关，特别是研究多过程运动时(如从开始运动至物体第5次经过B点或物体最后停止)，往往全程考虑应用动能定理研究，克服摩擦力做功应表示为摩擦力与总路程的乘积。,答案：(1)0.5(2)13.3m/s(3)0.4m,1.应注意的问题(1)研究对象的选取。有的问题选单个物体为研究对象，机械能不守恒，但选此物体与其他几个物体组成的系统为研究对象，机械能却是守恒的，如图45所示，单选A机械能减少，但A、B二者组成的系统机械能守恒。图45,(2)研究过程的选取。有些问题研究对象的运动过程分几个阶段，有的阶段机械能守恒，而有的阶段机械能不守恒，因此在应用机械能守恒定律解题时要注意过程的选取。,(3)表达式的选取。机械能守恒的表达式有三种不同的形式系统初、末态总机械能相等，即E1E2。系统减少的总重力势能Ep减等于系统增加的总动能Ek增，即Ep减Ek增或Ep增Ek减。若系统只有A、B两物体，则A减少的机械能EA减等于B增加的机械能EB增。第一种表达式是从“守恒”的角度反映机械能守恒，解题必须选取参考平面，而后两种表达式都是从“转化”的角度来反映机械能守恒，不必选取参考平面。,2机械能守恒的判定(1)利用机械能的定义判断，分析动能和势能的和是否变化。(2)用做功判断，若物体或系统只有重力做功(或弹簧弹力做功，或有其他力做功但其他力做功的代数和为零)，则机械能守恒。(3)根据能量转化来判断，若系统中只有动能与势能的相互转化，则系统的机械能守恒。(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，特别说明除外。,3一质量为50kg的男孩在距离河流40m高的桥上作“蹦极跳”，未跳前长度AB为14m的弹性绳一端缚着他的双脚，另一端则固定在桥上的A点，如图46甲所示，然后男孩从桥面下坠直至贴近水面的最低点D。男孩的速率v跟下坠的距离s的变化关系如图乙所示，假定绳在整个运动过程中遵守胡克定律(不考虑空气阻力、男孩的大小和绳的质量)。求：,图46(1)当男孩在D点时，绳所储存的弹性势能；(2)弹性绳的劲度系数。(3)讨论男孩在AB、BC和CD期间运动时作用于男孩的力的情况。,解析：根据图像可知，男孩的运动可分为三个不同的阶段，分别为自由落体运动、加速度减小的加速运动、加速度增大的减速运动。(1)整个运动过程中，只有重力和弹力做功，系统的机械能守恒，故绳储存的弹性势能为：Epmgh501040J2104J。,答案：(1)2104J(2)62.5N/m(3)见解析,命题视角2双选如图47所示，物体受到水平推力F的作用在粗糙水平面上做直线运动。通过力传感器和速度传感器监测到推力F、物体速图47度v随时间t变化的规律如图48所示。取g10m/s2。则()图48,冲关锦囊(1)计算功时，要注意分析受力情况和能量转化情况，分清是恒力的功还是变力的功，选用合适的方法进行计算。(2)计算功率时，要明确是求瞬时功率还是平均功率，若求瞬时功率应明确是哪一时刻或位置，若求平均功率则应明确是哪段时间内的平均功率。(3)对于图像问题要首先看懂图像的物理意义，根据图像求出加速度、位移并明确求哪个力的功或功率是合力的功率还是某个力的功率。,命题视角1如图49所示，用轻质细绳悬挂一质量为m0.5kg的小圆球，圆球套在可沿水平方向移动的框架槽内，框架槽竖直放置在水平面上。自细绳静止在竖直位置开始，框架槽在水平力F20N的恒力作用图49下移至图中位置，此时细绳与竖直方向的夹角为30，绳长L0.2m，不计一切摩擦，g取10m/s2。,(1)求水平力F做的功；(2)若不计框架槽的质量，求小球在此位置的速度的大小；(3)若框架槽的质量为0.2kg，求小球在此位置的速度的大小。,答案(1)2J(2)2.73m/s(3)2.40m/s,命题视角2(2011宜昌模拟)如图411所示是游乐场中过山车的实物图片及过山车的模型图。在模型图中半径分别为R12.0m和R28.0m的两个光滑圆形轨道，固定在倾角为37斜轨道面上的Q、Z两点，且两圆形轨道的最高点A、B均与P点平齐，圆形轨道与斜轨道之间圆滑连接，现使小车(视做质点)从P点以一定的初速度沿斜面向下运动。已知斜轨道面与小车间的动摩擦因数为1/24，g10m/s2，sin370.6，cos370.8。问：,图411(1)若小车恰好能通过第一个圆形轨道的最高点A处，则其在P点的初速度应为多大？(2)若小车在P点的初速度为10m/s，则小车能否安全通过两个圆形轨道。,冲关锦囊运用动能定理时应注意(1)对于单个物体，若运动过程为多阶段应用动能定理列式时，要注意运动过程的选取以及运动过程中各力的做功情况。(2)对于物体做往复运动的问题，尤其要注意滑动摩擦力做功的情况，计算滑动摩擦力做的功，应用路程计算而不是用位移。,命题视角1(2011北京高考)如图412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；图412(2)由图示位置无初速释放小球，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。,规范解题(1)受力图如图413所示。根据平衡条件，应满足Tcosmg，TsinF拉力大小Fmgtan图413,命题视角2如图414所示，倾角为的光滑斜面上放有两个质量均为m的小球A和B，两球之间用一根长为L的轻杆相连，下面的小球图414B离斜面底端的高度为h。两球从静止开始下滑，不计球与地面碰撞时的机械能损失，且地面光滑，求：(1)两球在光滑水平面上运动时的速度大小；(2)整个运动过程中杆对A球所做的功。,冲关锦囊机械能守恒定律的三种表达式及用法(1)守恒观点：或E1E2，运用此法求解只有一个物体(实际是单个物体与地球组成的系统)的问题较方便，注意选好参考平面；(2)转化观点：EpEk，此法的优点是不用选取参考平面；(3)转移观点：E增E减，此法适用于求解两个或两个以上物体(实际是两个或两个以上物体与地球组成的系统)的问题。,命题视角1如图415所示，一平直的传送带以速度v2m/s匀速运动，传送带把A处的图415工件不断地运送到同一水平面上的B处，A、B相距L30m。在A处把工件轻轻放到传送带上，经过时间t20s能传送到B处，假设在A处每隔相等时间放上一个工件，每小时能运送工件7200个，每个工件的质量均为m2kg，(g取10m/s2)求：(1)传送带上靠近B端的相邻两工件间的距离；(2)带动传送带的电动机的平均输出功率(不计轮轴处的摩擦力),答案(1)1m(2)16W,(1)小物块刚到达C点