高考物理二轮复习 专题二 第5讲 功能关系在力学中的应用

1、第5讲功能关系在力学中的应用,1.(2014新课标全国卷，16)一物体静止在粗糙水平地面上。现用一大小为F1的水平拉力拉动物体，经过一段时间后其速度变为v。若将水平拉力的大小改为F2，物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v。对于上述两个过程，用WF1、WF2分别表示拉力F1、F2所做的功，Wf1、Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功，则() A.WF24WF1，Wf22Wf1 B.WF24WF1, Wf22Wf1 C.WF24WF1，Wf22Wf1 D.WF24WF1, Wf22Wf1,答案C,2.(2014新课标全国卷，17)如图1所示，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平

2、面内；套在大环上质量为m的小环(可视为质点)，从大环的最高处由静止滑下。重力加速度大小为g。当小环滑到大环的最低点时，大环对轻杆拉力的大小为(,图1,A.Mg5mg B.Mgmg C.Mg5mg D.Mg10mg,答案C,3.(2015新课标全国卷，17)一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始计时，发动机的功率P随时间t的变化如图2所示。假定汽车所受阻力的大小f恒定不变。下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中，可能正确的是(,图2,答案A,4.(2015新课标全国卷，17)如图3所示，一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径POQ水平。一质量为m的质点自P点上方高度R处由静

3、止开始下落，恰好从P点进入轨道。质点滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg，g为重力加速度的大小。用W表示质点从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功。则(,图3,答案C,5.(多选)(2015新课标全国卷，21)如图4，滑块a、b的质量均为m，a套在固定竖直杆上，与光滑水平地面相距h，b放在地面上，a、b通过铰链用刚性轻杆连接，由静止开始运动，不计摩擦，a、b可视为质点，重力加速度大小为g。则(,图4,由a的受力图可知，a下落过程中，其加速度大小先小于g后大于g，选项C错误；当a落地前b的加速度为零(即轻杆对b的作用力为零)时，b的机械能最大，a的机械能最小，这时b受重力、支持力，且FN

4、bmg，由牛顿第三定律可知，b对地面的压力大小为mg，选项D正确。 答案BD,主要题型：选择题、计算题 知识热点 (1)单独命题 功和功率的理解与计算。 利用动能定理分析简单问题。 对动能变化、重力势能变化、弹性势能变化的分析。 对机械能守恒条件的理解及机械能守恒定律的简单应用。 (2)交汇命题 结合vt、Ft等图象综合考查多过程的功和功率的计算。 结合应用动能定理、机械能守恒定律和能量守恒定律，结合动力学方法解决多运动过程问题。 物理方法 (1)守恒法(2)整体法、分段法(3)图象法(4)转化法,考向一功和功率的理解与计算,核心知识,规律方法,1.(2015合肥市高三第二次质检)如图5，两个

5、完全相同的小球A、B，在同一高度处以相同大小的初速度v分别水平抛出和竖直向上抛出，下列说法正确的是(,图5,A.两小球落地时的速度相同 B.两小球落地时，A球重力的瞬时功率较小 C.从开始运动至落地，A球重力做功较大 D.从开始运动至落地，重力对A小球做功的平均功率较小,答案B,D,3.(多选)(2015浙江理综，18)我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器。舰载机总质量为3.0104 kg，设起飞过程中发动机的推力恒为1.0105 N；弹射器有效作用长度为100 m，推力恒定。要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80 m/s。弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和，假设所

6、受阻力为总推力的20%，则() A.弹射器的推力大小为1.1106 N B.弹射器对舰载机所做的功为1.1108 J C.弹射器对舰载机做功的平均功率为8.8107 W D.舰载机在弹射过程中的加速度大小为32 m/s2,答案ABD,4.(多选)(2015济南市3月高考模拟)一滑块放在水平面上，从t0时刻开始对滑块施加一水平方向的恒力F，使滑块由静止开始运动，恒力F作用的时间为t1，如图6所示为滑块在整个过程中的速度随时间的变化规律，且图,图6,线的倾角。若0t1时间内恒力F做的功以及滑块克服摩擦力做的功分别为W和W1、恒力F做功的平均功率以及滑块克服摩擦力做功的平均功率分别为P和P1，t1t

7、2时间内滑块克服摩擦力做的功与克服摩擦力做功的平均功率分别为W2、P2，则下列关系式正确的是() A.WW1W2 B.W1W2 C.PP1P2 D.P1P2,答案ACD,考向二几个重要功能关系的应用,核心知识,规律方法,1.常见的功能关系 (1)合外力做功与动能的关系：W合Ek。 (2)重力做功与重力势能的关系：WGEp。 (3)弹力做功与弹性势能的关系：W弹Ep。 (4)除重力以外其他力做功与机械能的关系：W其他E机。 (5)滑动摩擦力做功与内能的关系：Ff x相对E内。 2.解答功能关系这类问题的关键 分析清楚物体的运动过程，以及过程中力做功的情况，明确力做功对应的能量转化,1.(2015

8、清远市高三期末调研考试)滑雪运动员沿斜坡下滑了一段距离，重力对他做功为2 000J，运动员克服阻力做功100 J，则运动员的() A.机械能减小了100 J B.动能增加了2 100 J C.重力势能减小了1 900 J D.重力势能增加了2 000 J 解析运动员下滑过程中，减少的重力势能等于重力做的功2 000 J；由于克服阻力做功100 J，由能量守恒定律可知，运动员的机械能减少了100 J；由动能定理可知，运动员增加的动能为Ek(2 000100) J1 900 J，选项B、C、D错误，A正确,A,2.足够长的水平传送带以恒定速度v匀速运动，某时刻一个质量为m的小物块以大小也是v、方向

9、与传送带的运动方向相反的初速度冲上传送带，最后小物块的速度与传送带的速度相同。在小物块与传送带间有相对运动的过程中，滑动摩擦力对小物块做的功为W，小物块与传送带间因摩擦产生的热量为Q，则下列判断中正确的是(,答案B,3.(2015天津理综，5)如图7所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，且处于原长状态。现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L(未超过弹性限度)，则在圆环下滑到最大距离的过程中(,图7,答案B,4.如图8所示，质量为M8 kg的长木板放在光滑水平面上，在木板左端施加F12

10、N的水平推力，当木板向右运动的速度达到v01.5 m/s时，在其右端轻轻放上一个大小不计、质量为m2 kg的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数0.2，木板足够长，取g10 m/s2。求,图8,1)当二者达到相同速度时，木板对铁块以及铁块对木板所做的功； (2)当二者达到相同速度时，木板和铁块之间因摩擦所产生的热量,答案(1)9 J13.5 J(2)4.5 J,1.功能关系的应用“三注意” (1)分清是什么力做功，并且分析该力做正功还是做负功；根据功能之间的对应关系，判定能的转化形式，确定能量之间的转化情况。 (2)也可以根据能量之间的转化情况，确定是什么力做功，尤其可以方便计算变力做功的多少。 (

11、3)功能关系反映了做功和能量转化之间的对应关系，功是能量转化的量度和原因，在不同问题中的具体表现不同,2)功和能分析：对滑块和滑板分别运用动能定理，或者对系统运用能量守恒定律。如图所示，要注意区分三个位移： 求摩擦力对滑块做功时用滑块对地的位移x滑； 求摩擦力对滑板做功时用滑板对地的位移x板； 求摩擦生热时用相对滑动的路程x相,核心知识,考向三动力学方法和动能定理、机械能守恒定律的综合应用,3,规律方法,1.若一个物体或多个物体参与了多个运动过程，有的过程只涉及运动和力的问题或只要求分析物体的动力学特点，则要用动力学方法求解； 2.若某过程涉及做功和能量转化问题，则要考虑应用动能定理、机械能守

12、恒定律或功能关系求解,1.(多选)(2015西安八校高三联考)2014年春晚中开心麻花团队打造的创意形体秀魔幻三兄弟给观众留下了很深的印象，该剧采用了“斜躺”的表演方式，三位演员躺在倾角为30的斜面上完成一系列动作，摄像机垂直于斜面拍摄，让观众产生演员在竖直墙面前表演的错觉。演员甲被演员乙和演员丙“竖直向上”抛出，到最高点后恰好悬停在“空中”。已知演员甲的质量m60 kg，该过程中观众看到演员甲上升的“高度”为0.8 m。设演员甲和斜面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g10 m/s2，不计空气阻力，则该过程中，下列说法正确的是(,A.演员甲被抛出的初速度为4 m/s B.演员甲运动的时

13、间为0.4 s C.演员甲的重力势能增加了480 J D.演员乙和演员丙对甲做的功为480 J,答案ABD,2.(多选)如图9甲所示，轻杆一端与质量为1 kg、可视为质点的小球相连，另一端可绕光滑固定轴在竖直平面内自由转动。现使小球在竖直平面内做圆周运动，经最高点开始计时，取水平向右为正方向，小球的水平分速度v随时间t的变化关系如图乙所示，A、B、C三点分别是图线与纵轴、横轴的交点、图线上第一周期内的最低点，该三点的纵坐标分别是1、0、5。g取10 m/s2，不计空气阻力。下列说法中正确的是(,图9,A.轻杆的长度为0.6 m B.小球经最高点时，杆对它的作用力方向竖直向上 C.B点对应时刻小

14、球的速度为3 m/s D.曲线AB段与坐标轴所围图形的面积为0.5 m,答案AB,3.(2015山东理综，23)如图10甲所示，物块与质量为m的小球通过不可伸长的轻质细绳跨过两等高定滑轮连接。物块置于左侧滑轮正下方的表面水平的压力传感装置上，小球与右侧滑轮的距离为l。开始时物块和小球均静止，将此时传感装置的示数记为初始值。现给小球施加一始终垂直于l段细绳的力，将小球缓慢拉起至细绳与竖直方向成60角，如图乙所示，此时传感装置的示数为初始值的1.25倍；再将小球由静止释放，当运动至最低位置时，传感装置的示数为初始值的0.6倍。不计滑轮的大小和摩擦，重力加速度的大小为g。求,图10,1)物块的质量；

15、 (2)从释放到运动至最低位置的过程中，小球克服空气阻力所做的功。 解析(1)设开始时细绳的拉力大小为T1，传感装置的初始值为F1，物块质量为M，由平衡条件得 对小球，T1mg 对物块，F1T1Mg 当细绳与竖直方向的夹角为60时，设细绳的拉力大小为T2，传感装置的示数为F2，据题意可知，F21.25F1，由平衡条件得对小球，T2mgcos 60 对物块，F2T2Mg 联立式，代入数据得M3m,答案(1)3m(2)0.1mgl,图11,1)小球初速度v0的大小； (2)小球滑过C点时的速率vC； (3)要使小球不离开轨道，则竖直圆弧轨道的半径R应该满足什么条件,高频考点五动力学观点和能量观点的

16、综合应用,规律的优先原则 (1)涉及运动时间或相互作用时间，宜优先选取牛顿第二定律和运动学公式 (2)对单个物体，宜选用动能定理，特别是涉及位移的应优先选用动能定理。 (3)若是多个物体组成的系统，则优先考虑机械能守恒定律和能量守恒定律。 (4)若涉及系统内物体间的相对路程并涉及滑动摩擦力做功，要优先考虑能量守恒定律,6分)(2014安徽卷)如图12所示，有一内壁光滑的闭合椭圆形管道，置于竖直平面内，MN是通过椭圆中心O点的水平线。已知一小球从M点出发，初速率为v0，沿管道MPN运动，到N点的速率为v1，所需时间为t1；若该小球仍由M点以初速率v0出发，而沿管道MQN运动，到N点的速率为v2，所需时间为t2。则(,图12,A.v1v2，t1t2 B.v1v2，t1t2 C.v1v2，t1t2 D.v1v2，t1t2,审题流程 第1步：抓关键点获取信息,2,第2步：找突破口明确思路,解析思路：小球在运动过程中机械能守恒，沿管道MPN运动时，重力势能先增加后减少，则动能先减少后增加；沿管道MQN运动时，重力势能先减少后增加，则动能先增加后减少，并且v1v2。小球沿管道MPN运动到N点与沿管道MQN运动到N点的路程相等，而沿管道MPN运动比沿管道MQN运动的平均速率小，所以沿管道MPN运