2022-2023年高考物理一轮复习 动量与能量课件

1、动量与能量专题二能量观点在力学中的应用01动量观点和能量观点在力学中的应用02应用能量观点解决力、电综合问题03应用动量和能量观点解决力、电综合问题04PART 01能量观点在力学中的应用能量观点在力学中的应用命题角度01020304功和功率的理解与计算功能关系的理解和应用动能定理的应用应用动力学观点和能量观点解决多过程问题功和功率的理解与计算恒力功的计算(1)单个恒力的功 WFlcos .(2)合力为恒力的功先求合力,再求WF合lcos .WW1W2.（1）若力大小恒定,且方向始终沿轨迹切线方向,可用力的大小跟路程的乘积计算(2)力的方向不变,大小随位移线性变化可用Wlcos 计算(2)PF

2、v,若v为瞬时速度,则P为瞬时功率；若v为平均速度,则P为平均功率注意：力F与速度v方向不在同一直线上时功率为Fvcos .变力功的计算功率的计算(3)Fl图象中,功的大小等于“面积”(4)求解一般变力做的功常用动能定理.功和功率的理解与计算典例1下列表述中最符合实际情况的是()A.某高中同学做一次引体向上的上升过程中克服重力做功约为25 JB.将一个鸡蛋从胸前举过头顶,克服重力做功约为10 JC.篮球从2 m高处自由下落到地面的过程中,重力做功的功率约为20 WD.某高中同学步行上楼时克服重力做功的功率约为10 kW解析高中的同学质量约60 kg,在一次引体向上的过程中向上的位移约0.5 m

3、,则克服重力做的功Wmgh60100.5 J300 J,故A错误；一个鸡蛋的质量约为50 g0.05 kg,将一个鸡蛋从胸前举过头顶,位移约0.4 m,克服重力做功约为Wmgh0.05100.4 J0.2 J,故B错误；篮球的质量约0.6 kg,篮球从2 m高处自由下落到地面的过程中,重力做的功Wmgh0.6102 J12 J,篮球下落的时间t s0.63 s,功率约为 W20 W,故C正确；高中的同学质量约60 kg,楼层的高度约为3 m,则高中同学步行上楼时,每秒钟向上的高度约为0.3 m(两个台阶),每秒钟上楼克服重力做功Wmgh50100.3 J150 J,功率 W150 W,故D错误

4、.答案C功能关系的理解和应用1.几个重要的功能关系(1)重力做的功等于重力势能的减少量,即WGEp.(2)弹力做的功等于弹性势能的减少量,即W弹Ep.(3)合力做的功等于动能的变化量,即WEk.(4)重力(或系统内弹力)之外的其他力做的功等于机械能的变化量,即W其他E.(5)系统内一对滑动摩擦力做的功是系统内能改变的量度,即QFfx相对(1)分析物体运动过程中受哪些力,有哪些力做功,有哪些形式的能发生变化(2)列动能定理或能量守恒定律表达式2理解3应用(1)做功的过程就是能量转化的过程,不同形式的能量发生相互转化可以通过做功来实现(2)功是能量转化的量度,功和能的关系,一是体现在不同性质的力做

5、功对应不同形式的能转化,二是做功的多少与能量转化的多少在数值上相等2理解3应用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4所示重力加速度取10 m/s2.由图中数据可得()A物体的质量为2 kgBh0时,物体的速率为20 m/sCh2 m时,物体的动能Ek40 JD从地面至h4 m,物体的动能减少100 J典例2答案AD解析根据题图图像可知,h4 m时物体的重力势能mgh80 J,解得物体质量m2 kg,抛出时物体的动能为Ek0100 J,由公式Ek0mv2可知,h0时物体的速率为v10 m/s,选

6、项A正确,B错误；由功能关系可知Ffh|E总|20 J,解得物体上升过程中所受空气阻力Ff5 N,从物体开始抛出至上升到h2 m的过程中,由动能定理有mghFfhEk100 J,解得Ek50 J,选项C错误；由题图图像可知,物体上升到h4 m时,机械能为80 J,重力势能为80 J,动能为零,即从地面上升到h4 m,物体动能减少100 J,选项D正确动能定理的应用1表达式：W总Ek2Ek1.(1)W总为物体在运动过程中所受各力做功的代数和(2)动能变化量Ek2Ek1一定是物体在末、初两状态的动能之差(3)动能定理既适用于直线运动,也适用于曲线运动(4)动能定理既适用于恒力做功,也适用于变力做功

7、(5)力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以分阶段作用(1)对于物体运动过程中不涉及加速度和时间,而涉及力和位移、速度的问题时,一般选择动能定理,尤其是曲线运动、多过程的直线运动等(2)动能定理也是一种功能关系,即合外力做的功(总功)与动能变化量一一对应2基本思路3在功能关系中的应用(1)确定研究对象和研究过程(2)进行运动分析和受力分析,确定初、末速度和各力做功情况,利用动能定理全过程或分过程列式2理解3应用(多选)如图1所示,倾角为的光滑斜面足够长,一质量为m的小物体,在沿斜面向上的恒力F作用下,由静止从斜面底端沿斜面向上做匀加速直线运动,经过时间t,力F做功为60 J,此后撤去力F

8、,物体又经过相同的时间t回到斜面底端,若以底端的平面为零势能参考面,重力加速度为g,则下列说法正确的是()A.物体回到斜面底端的动能为60 JB.恒力F2mgsin C.撤去力F时,物体的重力势能是45 JD.动能与势能相等的时刻一定出现在撤去力F之前典例3解析由题设条件可知：前后两段小物体的运动的位移大小相等,方向相反,则由牛顿第二定律和运动学公式可得,x0t2,解得Fmgsin ,选项B错误；由题设条件知,Fx0mgx0sin 60 J,则此过程中重力做的功为WGmgx0sin 45 J,撤去力F时,物体的重力势能是45 J,选项C正确；全程由动能定理可得Fx0Ek0,则物体回到斜面底端的

9、动能Ek0为60 J,选项A正确；物体从最高点下滑的过程中一定有一个点的动能与势能相等,选项D错误.答案AC动力学规律和动能定理的综合应用1两个分析(1)综合受力分析、运动过程分析,由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,由此把握各运动阶段的运动性质,各连接点、临界点的力学特征、运动特征、能量特征2四个选择(1)当物体受到恒力作用发生运动状态的改变而且又涉及时间时,一般选择用动力学方法解题；(2)当涉及功、能和位移时,一般选用动能定理、机械能守恒定律、功能关系或能量守恒定律解题,题目中出现相对位移时,应优先选择能量守恒定律；(3)当涉及细节并要求分析力时

10、,一般选择牛顿运动定律,对某一时刻的问题选择牛顿第二定律求解；(4)复杂问题的分析一般需选择能量的观点、运动与力的观点综合分析求解2理解3应用如图2,abc是竖直面内的光滑固定轨道,ab水平,长度为2R；bc是半径为R的四分之一圆弧,与ab相切于b点.一质量为m的小球,始终受到与重力大小相等的水平外力的作用,自a点处从静止开始向右运动.重力加速度大小为g.小球从a点开始运动到其轨迹最高点,机械能的增量为()A.2mgR B.4mgRC.5mgR D.6mgR典例4解析设小球运动到c点的速度大小为vc,则对小球由a到c的过程, 由动能定理有F3RmgRmv,又Fmg,解得vc2.小球离开c点后,

11、在水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,竖直方向在重力作用下做匀减速直线运动,由牛顿第二定律可知,小球离开c点后水平方向和竖直方向的加速度大小均为g,则由竖直方向的运动可知,小球从离开c点到其轨迹最高点所需的时间为t2,在水平方向的位移大小为xgt22R.由以上分析可知,小球从a点开始运动到其轨迹最高点的过程中,水平方向的位移大小为5R,则小球机械能的增加量为EF5R5mgR,C正确,A、B、D错误.答案C某兴趣小组设计了一个玩具轨道模型如图3甲所示,将一质量为m0.5 kg的玩具小车(可以视为质点)放在P点,用弹簧装置将其从静止弹出(弹性势能完全转化为小车初始动能),使其沿着半径为r1.0

12、m的光滑圆形竖直轨道OAO运动,玩具小车受水平面PB的阻力为其自身重力的0.5倍(g取10 m/s2),PB16.0 m,O为PB中点.B点右侧是一个高h1.25 m,宽L2.0 m的壕沟.求：(1)要使小车恰好能越过圆形轨道的最高点A,则此种情况下,小车在O点受到轨道弹力的大小；(2)要求小车能安全的越过A点,并从B点平抛后越过壕沟,则弹簧的弹性势能至少为多少；(3)若在弹性限度内,弹簧的最大弹性势能Epm40 J,以O点为坐标原点,OB为x轴,从O到B方向为正方向,在图乙坐标上画出小车能进入圆形轨道且不脱离轨道情况下,弹簧弹性势能Ep与小车停止位置坐标x关系图.典例5解析(1)在最高点mg

13、,得vA m/sOA：mg2rmvmv,得vO5 m/sFNOmg,得FNO6mg30 N.(2)要求1：越过A点,vO5 m/s,PO：EP弹1kmgxPOmv0,得Ep弹132.5 J要求2：平抛运动LvBt,hgt2,得vB4 m/sEp弹2kmgxPBmv0,得Ep弹244 J综上所述,弹簧弹性势能的最小值为44 J.(3)分类讨论：因为最大弹性势能为40 J,由Epmmgs0,得s16 m,所以至多运动到B点,必不平抛.情况1：能越过O点,弹性势能32.5 JEp弹140 J当Ep弹1kmgx100,得13 mx116 m,又因为O点是坐标原点,所以实际坐标值为5 mx118 m情况2：恰能到达圆轨道圆心等高点,当Ep弹2kmgxPOmgr00,得Ep弹225 Jmgrkmgx21,得x212 m,又因为O点是坐标原点,所以实际坐标值为x212 m恰能进入圆形轨道,当Ep弹2kmgxPO00,得Ep弹220 J,此时坐标值为0由动能定理表达式知,Ep弹与x是线性函数,图象如图所示.答案(