高考物理专题2第5讲功和能常考的4个问题(选择题、计算题)教案

1、120132013 年高考物理二轮压轴突破教案：专题年高考物理二轮压轴突破教案：专题 2 2 第第 5 5 讲功和能常考的讲功和能常考的 4 4 个问题个问题( (选择题、计算题选择题、计算题) )达人寄语科学复习、事半功倍我在北大等你！我是北京大学大一的学生，身经高考，感触颇深我的学习方法是：不是方法的方法刻苦起初我不刻苦，怕刻苦了也不能考第一，丢人！后来我试着刻苦，最终“刻苦”惊人地回报了我“勤奋的态度科学的方法良好的心态成功”学弟学妹们！十年磨砺，今朝亮剑，加油！我在北大等你！“功和能”是物理学中一把万能的利剑，能量守恒是永恒的主题大题当前，一定要沉着冷静，奇思妙想，灵活建模，规范解答，

2、坚决拿下力学大题！第 5 讲功和能常考的 4 个问题(选择题、计算题)主要题型：选择题、计算题难度档次：2难度较大，考卷的高档题知识点多、综合性强、题意较深邃，含有临界点，或多过程现象、或多物体系统以定量计算为主，对解答表述要求较规范一般设置或递进、或并列的 23 小问，各小问之间按难度梯度递增,高考热点31做功的两个重要因素是：有力作用在物体上，且使物体在力的方向上_功的求解可利用WFlcos 求，但F必须为_也可以利用Fl图象来求；变力的功一般应用_间接求解2功率的计算公式平均功率PWtFvcos ；瞬时功率PFvcos ，当0，即F与v方向_时，PFv.3动能定理W1W2_特别提醒(1)

3、用动能定理求解问题是一种高层次的思维和方法应该增强用动能定理解题的意识(2)应用动能定理解题时要灵活选取过程，过程的选取对解题的难易程度有很大影响4机械能守恒定律(1)mgh112mv21mgh212mv22(2)Ep 减Ek 增(或Ek 减Ep 增)守恒条件只有重力或弹簧的弹力做功特别提醒(1)系统所受到的合力为零，则系统机械能不一定守恒(2)物体系统机械能守恒，则其中单个物体机械能不一定守恒,状元微博名师点睛精细剖析“多过程”现象力学综合题的“多过程现象”， 一般由匀变速直线运动、 平抛运动及圆周运动组成， 各运动“子过程”由“衔接点”连接解答时注意以下几点(1)由实际抽象相应的物理模型，

4、确定研究对象，对物体进行受力、运动情况的分析，分析好可能的“临界点”确定每一个“子过程”及其特点，特别是有些隐蔽的“子过程”(2)一般要画出物体的运动示意图(3)针对每一个“子过程”，应用运动规律、牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律等，列出有4效方程要合理选用“过程性方程”与“瞬时性方程”，能列全过程的方程、不列分过程的方程(4)分析好“衔接点”速度、加速度等关系如“点前”或“点后”的不同数值(5)联立方程组，分析求解.常考问题 14对功、功率的理解及定量计算(选择题)图 51【例 1】 (2012江苏卷，3)如图 51 所示，细线的一端固定于O点，另一端系一小球在水平拉力作用下， 小球以

5、恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点 在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是()A逐渐增大B逐渐减小C先增大，后减小D先减小，后增大解析小球速率恒定，由动能定理知：拉力做的功与克服重力做的功始终相等，将小球的速度分解，可发现小球在竖直方向分速度逐渐增大，重力的瞬时功率也逐渐增大，则拉力的瞬时功率也逐渐增大，A项正确答案A本题主要考查动能定理、瞬时功率的计算等，着重考查学生的理解能力和推理能力，难度中等图 52滑板运动已成为青少年所喜爱的一种体育运动， 如图 52 所示， 某同学正在进行滑板训练 图中AB段路面是水平的，BCD是一段半径R20 m 的拱起的圆弧路面，圆弧的最高点C比AB段路面高出h1

6、.25 m，若人与滑板的总质量为M60 kg.该同学自A点由静止开始运动，在AB路段他单腿用力蹬地，到达B点前停止蹬地，然后冲上圆弧路段，结果到达C点时恰好对地面压力等于Mg2，不计滑板与各路段之间的摩擦力及经过B点时的能量损失(g取 10 m/s2)则()A该同学到达C点时的速度大小为 102 m/sB该同学到达C点时的速度大小为 10 m/sC该同学在AB段所做的功为 3 750 JD该同学在AB段所做的功为 750 J5借题发挥1判断正功、负功或不做功的方法(1)用力和位移的夹角判断(2)用力和速度的夹角判断(3)用动能变化判断2计算功的方法(1)按照功的定义求功(2)用动能定理WEk或

7、功能关系求功当F为变力时，高中阶段往往考虑用这种方法求功(3)利用功率公式WPt求解3计算功率的基本思路(1)首先判断待求的功率是瞬时功率还是平均功率(2)平均功率的计算方法a利用PWt.b利用PFvcos.瞬时功率的计算方法PFvcos，v是t时刻的瞬时速度课堂笔记常考问题 15功能关系与曲线运动的综合(选择题)图 53【例 2】 (2012安徽卷， 16)如图 53 所示， 在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道， 半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力已知AP2R，重力加速度为g，则小球从P到B的运动过程中()

8、A重力做功 2mgRB机械能减少mgRC合外力做功mgRD克服摩擦力做功12mgR6解析小球到达B点时，恰好对轨道没有压力，只受重力作用，根据mgmv2R得，小球在B点的速度vgR.小球从P到B的过程中，重力做功WmgR，故选项 A 错误；减少的机械能E减mgR12mv212mgR，故选项 B 错误；合外力做功W合12mv212mgR，故选项 C 错误；根据动能定理得，mgRWf12mv20，所以WfmgR12mv212mgR，故选项 D 正确答案D图 54如图 54 所示是北京朝阳公园摩天轮，一质量为m的乘客坐在摩天轮中以速率v在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动，假设t0 时刻乘客在轨迹最

9、低点且重力势能为零，那么，下列说法正确的是()A乘客运动的过程中，重力势能随时间的变化关系为EpmgR1cosvRtB乘客运动的过程中，在最高点受到座位的支持力为mv2RmgC乘客运动的过程中，机械能守恒，且机械能为E12mv2D乘客运动的过程中，机械能随时间的变化关系为E12mv2mgR1cosvRt,阅卷感悟错因档案1不能正确找出竖直平面内圆周运动的临界条件2对重要的功能关系不清楚应对策略1应用功能关系解题，首先弄清楚重要的功能关系(1)重力的功等于重力势能的变化，即WGEp(2)弹力的功等于弹性势能的变化，即W弹Ep(3)合力的功等于动能的变化，即W合Ek(4)重力之外(除弹簧弹力)的其

10、他力的功等于机械能的变化，即W其他E(5)一对滑动摩擦力做功等于系统中内能的变化Qfl相对(6)电场力做功等于电势能的变化，即WABE72运用能量守恒定律解题的基本思路8常考问题 16动能定理的应用(计算题)图 55【例 3】 (2012重庆理综，23)如图 55 所示为一种摆式摩擦因数测量仪，可测量轮胎与地面间动摩擦因数，其主要部件有：底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆，摆锤的质量为m、细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动，摆锤重心到O点距离为L，测量时，测量仪固定于水平地面，将摆锤从与O等高的位置处静止释放摆锤到最低点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段距离s(sL)，之后继续摆至与竖

11、直方向成角的最高位置若摆锤对地面的压力可视为大小为F的恒力，重力加速度为g，求：(1)摆锤在上述过程中损失的机械能；(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功；(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数解析(1)选从右侧最高点到左侧最高点的过程研究因为初、末状态动能为零，所以全程损失的机械能E等于减少的重力势能，即：EmgLcos.(2)对全程应用动能定理：WGWf0，WGmgLcos，由、得WfWGmgLcos(3)由滑动摩擦力公式得fF，摩擦力做的功Wffs，、式代入式得：mgLcosFs.答案(1)损失的机械能EmgLcos(2)摩擦力做的功WfmgLcos(3)动摩擦因数mgLcosFs本题对动能

12、定理、功能关系、滑动摩擦力及其做功进行了考查，考查学生的理解能力及分析推理能力，中等难度如图 56 甲所示，长为 4 m 的水平轨道AB与半径为R0.6 m 的竖直半圆弧轨道BC在B处相连接，有一质量为 1 kg 的滑块(大小不计)，从A处由静止开始受水平向右的力F作用，F的大小随位移变化的关系如图乙所示， 滑块与AB间的动摩擦因数为0.25， 与BC间的动摩擦因数未知， 取g10 m/s2，求：9图 56(1)滑块到达B处时的速度大小；(2)滑块在水平轨道AB上运动前 2 m 过程所用的时间；(3)若到达B点时撤去力F，滑块沿半圆弧轨道内侧上滑，并恰好能到达最高点C，则滑块在半圆弧轨道上克服

13、摩擦力所做的功是多少？方法锦囊应用动能定理解题的基本步骤(1)选取研究对象，分析运动过程(2)(3)明确物体在过程的始末状态的动能Ek1和Ek2.(4)列出动能定理的方程W合Ek2Ek1及其他必要的解题方程，进行求解答题模板解：对(研究对象)从到(过程)由动能定理得(具体问题的原始方程)根据(定律)得(具体问题的原始辅助方程)联立方程得(待求物理量的表达式)代入数据解得(待求物理量的数值带单位)10课堂笔记常考问题 17机械能守恒与力学知识的综合应用(计算题)图 57【例 4】 (2012大纲全国卷，26)一探险队员在探险时遇到一山沟，山沟的一侧竖直，另一侧的坡面呈抛物线形状，此队员从山沟的竖

14、直一侧，以速度v0沿水平方向跳向另一侧坡面如图 57 所示，以沟底的O点为原点建立坐标系Oxy.已知，山沟竖直一侧的高度为 2h，坡面的抛物线方程为y12hx2；探险队员的质量为m.人视为质点，忽略空气阻力，重力加速度为g.(1)求此人落到坡面时的动能；(2)此人水平跳出的速度为多大时，他落在坡面时的动能最小？动能的最小值为多少？11本题考查牛顿运动定律、机械能守恒定律，旨在考查学生的推理能力、分析综合能力和应用数学知识解决物理问题的能力，难度较大图 58(2012温州五校联考)如图 58 所示，在竖直平面内，粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD相切于B，C是最低点，圆心角BOC37

15、，D与圆心O等高，圆弧轨道半径R1.0 m，现有一个质量为m0.2 kg 可视为质点的小物体，从D点的正上方E点处自由下落，DE距离h1.6 m，小物体与斜面AB之间的动摩擦因数0.5.取 sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2.求：(1)小物体第一次通过C点时轨道对小物体的支持力FN的大小；(2)要使小物体不从斜面顶端飞出，斜面的长度LAB至少要多长；(3)若斜面已经满足(2)要求，小物体从E点开始下落，直至最后在光滑圆弧轨道做周期性运动，在此过程中系统因摩擦所产生 的热量Q的大小以题说法1机械能守恒定律的应用12(1)机械能是否守恒的判断用做功来判断，看重力(或弹簧弹力)

16、以外的其他力做功代数和是否为零用能量转化来判断，看是否有机械能转化为其他形式的能对一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等问题，机械能一般不守恒，除非题目中有特别说明及暗示2解决力学综合应用题目的方法(1)在高考理综中，力学综合题均为“多过程”现象或多物体系统解决手段有二：一是力与运动的关系，主要是牛顿运动定律和运动学公式的应用；二是功能关系与能量守恒，主要是动能定理和机械能守恒定律等规律的应用(2)对物体进行运动过程的分析，分析每一运动过程的运动规律(3)对物体进行每一过程中的受力分析，确定有哪些力做功，有哪些力不做功哪一过程中满足机械能守恒定律的条件(4)分析物体的运动状态，根据机械能守恒定律及有关

17、的力学规律列方程求解课堂笔记有些高考题之所以难，往往是由于某些条件或过程过于隐蔽，挖掘出这些隐含的条件或物理过程，是成功解决物理问题的关键现举两例考题，探究挖掘隐含条件的方法一、从物理规律中去挖掘如【典例 1】(2010上海物理，25)小球匀速运动由动能定理得：13WFWGWf0由此可知，Wf0 时 WF最小Ff0FN0(Ff0FN0，即本题的隐含条件)由动能定理找出隐含条件问题迎刃而解图 59【典例 1】 (2010上海物理，25)如图 59 所示，固定于竖直面内的粗糙斜杆，与水平方向夹角为30，质量为m的小球套在杆上，在大小不变的拉力作用下，小球沿杆由底端匀速运动到顶端，为使拉力做功最小，

18、拉力F与杆的夹角_，拉力大小F_解析设拉力F对小球做的功为WF，小球克服重力做的功为WG，小球克服摩擦力做的功为Wf，对小球应用动能定理得WFWGWf0，由此可知，当小球克服摩擦力做的功Wf0 时，拉力做功最小，也即当小球与斜杆间的摩擦力为零时，拉力做的功最小，此时，小球与斜杆间无压力，其受力情况如图由平衡条件得：Fcos mgsin 30，Fsin mgcos 30，联立解得，60，Fmg.答案60mg二、从物理过程中去挖掘如【典例 2】(2010全国卷，24)题中“求可能值”，为什么结果会出现可能值呢？原因就隐含在运动过程中仔细分析物块的运动过程，不难找出物块的运动情况有两种可能性，所以物

19、块停止的地方与N点距离也就有两种可能值解这类问题时，一定要认真审题从题目的文字说明、图象图表中 挖掘隐含条件从对物理现象、过程的分析中 寻找解决问题所需的物理规律,图 510【典例 2】 (2010全国卷，24)如图 510 所示，MNP为竖直面内一固定轨道，其圆弧段MN与水平段NP相切于N，P端固定一竖直挡板M相对于N的高度为h，NP长度为s.一木块自M端从静止开始沿14轨道下滑，与挡板发生一次完全弹性碰撞后停止在水平轨道上某处若在MN段的摩擦可忽略不计，物块与NP段轨道间的滑动摩擦因数为，求物块停止的地方与N点距离的可能值解析设物块从开始下滑到停止在水平轨道上的过程中，物块滑行的路程为s，

20、由动能定理得，mghmgs0，解得sh.第一种可能是：物块与弹性挡板碰撞后，在N前停止，则物块停止的位置距N的距离为d2ss2sh.第二种可能是：物块与弹性挡板碰撞后，可再一次滑上光滑圆弧轨道，滑下后在水平轨道上停止，则物块停止的位置距N的距离为ds2sh2s所以物块停止的位置距N的距离可能为 2sh或h2s.答案2sh或h2s1(2012海南单科，7)下列关于功和机械能的说法，正确的是()A在有阻力作用的情况下，物体重力势能的减少不等于重力对物体所做的功B合力对物体所做的功等于物体动能的改变量C物体的重力势能是物体与地球之间的相互作用能，其大小与势能零点的选取有关D运动物体动能的减少量一定等

21、于其重力势能的增加量2(2012山东理综，16)将地面上静止的货物竖直向上吊起，货物由地面运动至最高点的过程中，vt图象如图 511 所示以下判断正确的是()图 511A前 3 s 内货物处于超重状态B最后 2 s 内货物只受重力作用C前 3 s 内与最后 2 s 内货物的平均速度相同D第 3 s 末至第 5 s 末的过程中，货物的机械能守恒3(2012上海单科，18)如图 512 所示，位于水平面上的物体在水平恒力F1作用下，做速度为v1的匀速运动；若作用力变为斜向上的恒力F2，物体做速度为v2的匀速运动，且F1与F2功率相同则可能有()15图 512AF2F1v1v2BF2F1v1F1v1

22、v2DF2F1v1mgcos 37(或tan 37)，所以，小物体不会停在斜面上小物体最后以C为中心，B为一侧最高点沿圆弧轨道做往返运动，从E点开始直至运动稳定，系统因摩擦所产生的热量，QEp，Epmg(hRcos 37)，联立解得Q4.8 J.答案(1)12.4 N(2)2.4 m(3)4.8 J【随堂演练】1BC物体重力势能的减少始终等于重力对物体所做的功，A 项错误；运动物体动能的减少量等于合外力对物体做的功，D 项错误2AC由vt图象可知，货物在前 3 s 内具有向上的加速度，因此货物处于超重状态，选项 A 正确；最后 2 s 内，货物具有向下的加速度，其大小为a62m/s23 m/s2g