高考物理复习考点考法第6章机械能市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

第6章机械能考点16动能定理功效关系考点17机械能守恒定律考点15功和功率专题7功和能量1/77考点15功和功率必备知识全方面把握关键方法重点突破考法1恒力做功求解考法2一对作用力和反作用力做功特点考法3机车开启问题考法例析成就能力题型1功分析与计算题型2功率求解2/77必备知识全方面把握1．功(1)功意义：功是力空间积累效应，是反应能量转化量度物理量．(2)功大小：功两个必要原因：作用在物体上力和物体在力方向上位移．力对物体所做功，公式表示为W＝Fscosα.其中F是恒力，α是F与s方向间夹角．(3)正功和负功①当0≤α<90°时，cosα>0，W>0，力对物体做正功．正功意义是：力对物体做功，向物体提供能量，即受力物体取得了能量．此时力对物体运动有推进作用．②当α＝90°时，cosα＝0，W＝0，力对物体不做功．③当90°<α≤180°时，cosα<0，力对物体做负功．负功意义是：物体克服外力做功，向外输出能量(以消耗本身能量为代价)，即负功表示物体失去了能量．此时力对物体运动起妨碍作用．功(W)即使有正、负，但功是标量．这里正、负不表示方向，只表示力对物体做功还是物体克服力做功．3/772．功率(1)物理意义：反应力对物体做功快慢物理量．(2)定义式：P＝W/t，这是力在时间t内对物体做功平均功率．由W＝Fscosθ有P＝W/t＝Fvcosθ，其中θ是力与速度方向间夹角．①若v是瞬时速度，则P＝Fvcosθ求得是瞬时功率；②若v是平均速度，则P＝Fvcosθ求得是平均功率．4/775/773．机车开启两种方式6/77考点157/77关键方法重点突破考法1恒力做功求解[课标全国Ⅱ·16，6分]一物体静止在粗糙水平地面上，现用一大小为F1水平拉力拉动物体，经过一段时间后其速度变为v.若将水平拉力大小改为F2，物体从静止开始经过一样时间后速度变为2v.对于上述两个过程，用WF1、WF2分别表示拉力F1、F2所做功，Wf1、Wf2分别表示前后两次克服摩擦力所做功，则()A．WF2>4WF1，Wf2>2Wf1B．WF2>4WF1，Wf2＝2Wf1C．WF2<4WF1，Wf2＝2Wf1D．WF2<4WF1，Wf2<2Wf1例18/77【解析】【答案】C例19/77考法2一对作用力和反作用力做功特点木块在水平桌面上向右滑动，滑动旅程为s，桌面对木块有向左滑动摩擦力，大小为Ff，木块对桌面有向右滑动摩擦力，大小也为Ff.分析摩擦力做功情况．例210/77【解析】在桌面参考系中，因为木块在所受滑动摩擦力反方向上有位移，所以滑动摩擦力对木块做功为－Ffs；因为桌面没有位移，所以滑动摩擦力对桌面不做功．可见在桌面参考系中，这一对滑动摩擦力总功为－Ffs，不为零．这符合能量守恒定律，物体克服摩擦力做功，机械能转化为内能．【答案】看法析例211/77考法3机车开启问题[课标全国Ⅱ·17，6分]一汽车在平直公路上行驶．从某时刻开始计时，发动机功率P随时间t改变如图所表示．假定汽车所受阻力大小f恒定不变．以下描述该汽车速度v随时间t改变图线中，可能正确是()例312/77【解析】【答案】A例3考点1513/77考法例析成就能力题型1功分析与计算1．分析法(分清F性质，确定求解方法)如图所表示，质量为m小球用长为L细线悬挂而静止在竖直位置．在以下三种情况下，分别用水平拉力F将小球拉到细线与竖直方向成θ角位置：(1)用F迟缓地拉；(2)F为恒力；(3)F为恒力，而且拉到该位置时小球速度刚好为零．在上述过程中，拉力F做功各是多少？例114/77【解析】(1)若用F迟缓地拉，则F为变力，用动能定理求解．F做功等于该过程克服重力做功．(2)若F为恒力，则能够直接依据定义求功．(3)若F为恒力，而且拉到该位置时小球速度刚好为零，则依据定义直接求功和依据动能定理求功都是正确．在第一个情况下，F为变力，依据动能定理得W1＝mgL(1－cosθ)；在第二种情况下，依据功定义可得W2＝FLsinθ；在第三种情况下，有W3＝FLsinθ＝mgL(1－cosθ)．【答案】看法析例115/772．利用功与能量关系分析如图所表示，小物块位于光滑斜面上，斜面位于光滑水平地面上，在小物块沿斜面下滑过程中，斜面对小物块作用力()A．垂直于接触面，做功为零B．垂直于接触面，做功不为零C．不垂直于接触面，做功为零D．不垂直于接触面，做功不为零例216/77【解析】物块位于光滑斜面上，受到斜面支持力，依据弹力方向定义，可得斜面对小物块支持力垂直于接触面．物块从斜面上滑下，降低重力势能转化为物块动能和斜面动能，物块机械能降低，说明有外力对它做功，所以斜面对物块支持力做功，B正确．【答案】B例217/773．变力做功问题（微元法）如图所表示，一质量m＝2.0kg物体从半径为R＝5.0m圆弧A端在拉力作用下沿圆弧运动到B端．拉力F大小不变，一直为15N，方向一直与物体在该点圆弧切线成37°角．物体与圆弧面间动摩擦因数为0.2.圆弧所对应圆心角为60°，BO边缘竖直方向．求这一过程中(g取10m/s2)：(1)拉力F做功；(2)重力mg做功；(3)圆弧面对物体支持力FN做功；(4)圆弧面对物体摩擦力Ff做功．例318/77【解析】【答案】看法析例319/773．变力做功问题（平均力法）如图所表示，用铁锤将一铁钉钉入木块，设木块对铁钉阻力与铁钉钉入木块内深度成正比．在铁锤第一次击打铁钉时，能把铁钉钉入木块内1cm，问铁锤第二次击打铁钉时，能把铁钉钉入多深？(设铁锤每次做功都相等)例420/77【解析】【答案】0.41cm例421/77题型2功率求解1．瞬时功率求解一质量为m物体从倾角为α固定光滑斜面顶端由静止开始下滑，斜面高为h，当物体滑至斜面底端时，重力做功瞬时功率为()例522/77【解析】【答案】C例523/772．平均功率求解[湖北新洲三中三检](多项选择)质量为m物体静止在光滑水平面上，从t＝0时刻开始受到水平力作用．力大小F与时间t关系如图所表示，力方向保持不变，则()例624/77【解析】【答案】BD例625/773．汽车牵引力功率求解[重庆理综·2，6分]某车以相同功率在两种不一样水平路面上行驶，受到阻力分别为车重k1和k2倍，最大速率分别为v1和v2，则()例726/77【解析】【答案】B例7第6章27/77考点16动能定理功效关系必备知识全方面把握关键方法重点突破考法4动能定理应用考法5摩擦力做功与能量转化考法例析成就能力题型3动能定理在直线运动中应用题型4动能定理在曲线运动中应用题型5利用动能定理处理连接体问题28/77必备知识全方面把握1．动能(1)动能：物体因为运动而含有能量叫动能．动能是一个描述物体运动状态能．29/772．动能定理(1)内容：外力对物体所做总功等于物体动能改变．由动能定理可知，做功是改变物体动能路径．当外力对物体做正功时，ΔEk>0，物体动能增加，这说明其它物体经过做功方式向这个物体(即研究对象)输送了一部分能量；当外力对物体做负功(即物体克服外力做功)时，ΔEk<0，物体动能降低，说明这个物体向外输送了一部分能量；当外力不做功时，ΔEk＝0，物体动能保持不变，说明这个物体与外界没有能量交换．(2)适用条件：是普遍适用规律；既适合用于直线运动，也适合用于曲线运动；既适合用于恒力做功，也适合用于变力做功．力能够是各种性质力，既可同时作用，也能够分段作用．30/773．功效原理(或称功效关系)(1)功效原理做了多少功，就有多少能量改变：外界对物体做功，物体能量增加，即对物体所做功等于物体能量增加量：WF＝ΔE.物体对外界做功，物体能量降低，即物体克服力所做功等于物体能量降低许负值：WF＝－ΔE.(2)功与对应能量改变关系（见后图）(3)能转化和守恒：能量从一个形式转化为另一个形式或者从一个物体转移到另一物体过程中，能总量不变．能够从两方面来了解：①某种形式能降低，一定存在另一个形式能增加，且降低许和增加量相等．②某个物体能量降低，一定存在另一个物体能量增加，且降低许和增加量相等，即ΔE增＝ΔE减．31/77（2）考点1632/77关键方法重点突破考法4动能定理应用1．动能定理简单应用[课标全国Ⅰ·17，6分]如图，二分之一径为R、粗糙程度处处相同半圆形轨道竖直固定放置，直径POQ水平．一质量为m质点自P点上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道．质点滑到轨道最低点N时，对轨道压力为4mg，g为重力加速度大小．用W表示质点从P点运动到N点过程中克服摩擦力所做功．则()例133/77【解析】【答案】C例134/772．动能定理在多过程问题中应用[浙江理综·23，16分]如图所表示，用一块长L1＝1.0m木板在墙和桌面间架设斜面，桌子高H＝0.8m，长L2＝1.5m．斜面与水平桌面倾角θ可在0～60°间调整后固定．将质量m＝0.2kg小物块从斜面顶端静止释放，物块与斜面间动摩擦因数μ1＝0.05，物块与桌面间动摩擦因数为μ2，忽略物块在斜面与桌面交接处能量损失．(重力加速度取g＝10m/s2；最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(1)求θ角增大到多少时，物块能从斜面开始下滑；(用正切值表示)(2)当θ角增大到37°时，物块恰能停在桌面边缘，求物块与桌面间动摩擦因数μ2；(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)(3)继续增大θ角，发觉θ＝53°时物块落地点与墙面距离最大，求此最大距离xm.例235/77【解析】例236/77【答案】(1)tanθ≥0.05(2)0.8(3)1.9m37/77考法5摩擦力做功与能量转化例338/77【解析】【答案】例3考点1639/77考法例析成就能力题型3动能定理在直线运动中应用如图所表示，斜面倾角为θ，质量为m滑块(可视为质点)距挡板P距离为s0，滑块以初速度v0沿斜面下滑．滑块与斜面间动摩擦因数为μ，滑块所受摩擦力小于滑块重力沿斜面向下分力．若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求滑块总共经过旅程．例140/77【解析】【答案】例141/77题型4动能定理在曲线运动中应用[福建理综·21，19分]图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙AB段轨道与四分之一光滑圆弧轨道BC在B点水平相切．点A距水面高度为H，圆弧轨道BC半径为R，圆心O恰在水面．一质量为m游客(视为质点)可从轨道AB任意位置滑下，不计空气阻力．例242/77【解析】例243/77【答案】44/77题型5利用动能定理处理连接体问题如图所表示，在水平桌面边缘处有一轻质光滑定滑轮K，一条不可伸长轻绳绕过K分别与物块A、B相连，A、B质量分别为mA、mB，A在桌面上．开始时系统处于静止状态．现用一水平恒力F拉物块A，使物块B上升．已知当B上升距离为h时，B速度为v.求此过程中物块A克服摩擦力所做功．(重力加速度为g)例245/77【解析】【答案】例346/77题型6功效关系综合问题1．弹簧类问题[江苏物理·9，4分](多项选择)如图所表示，轻质弹簧一端固定，另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处圆环相连，弹簧水平且处于原长．圆环从A处由静止开始下滑，经过B处速度最大，抵达C处速度为零，AC＝h.圆环在C处取得一竖直向上速度v，恰好能回到A.弹簧一直在弹性程度内，重力加速度为g.则圆环()例447/77【解析】【答案】BD例448/772．与摩擦生热相关问题[江苏物理·15，16分]如图所表示，生产车间有两个相互垂直且等高水平传送带甲和乙，甲速度为v0.小工件离开甲前与甲速度相同，并平稳地传到乙上，工件与乙之间动摩擦因数为μ.乙宽度足够大，重力加速度为g.(1)若乙速度为v0，求工件在乙上侧向(垂直于乙运动方向)滑过距离s；(2)若乙速度为2v0，求工件在乙上刚停顿侧向滑动时速度大小v；(3)保持乙速度2v0不变，当工件在乙上刚停顿滑动时，下一个工件恰好传到乙上，如此重复．若每个工件质量均为m，除工件与传送带之间摩擦外，其它能量损耗均不计，求驱动乙电动机平均输出功率P.例549/77【解析】例550/77【答案】第6章51/77考点17机械能守恒定律必备知识全方面把握关键方法重点突破考法6怎样判断机械能是否守恒考法7弹簧弹力做功和弹性势能转化问题考法8用机械能守恒定律求解连接体问题考法例析成就能力题型7单个物体机械能问题题型8连接体系统机械能问题题型9曲线运动机械能问题52/77必备知识全方面把握1．势能(1)势能概念：相互作用物体间，由其相对位置所决定能量．势能分为重力势能、弹性势能、电势能．(2)重力势能：地球与地球附近物体之间因为重力作用而含有势能，Ep＝mgh.特点：重力势能大小是相正确，即它大小与参考平面选取相关；标准上，参考平面可任意选择，普通选择地面为参考平面．而重力势能大小改变是绝正确，即改变量大小与参考平面选取无关．(3)重力势能与重力做功重力做功是重力势能改变量度，可记为WG＝Ep1－Ep2.当WG＞0时，Ep1＞Ep2，表示重力做正功时重力势能降低；当WG＜0时，Ep1＜Ep2，表示重力做负功时重力势能增加．(4)弹性势能弹簧弹性势能大小与其形变量及劲度系数相关，弹簧形变量越大，劲度系数越大，弹簧弹性势能越大．弹力做功与弹性势能改变关系类似于重力做功与重力势能改变关系，即W＝－ΔEp.53/772．机械能守恒定律(1)内容：在只有重力做功(或弹力做功)情形下，物体动能和重力势能(或弹性势能)发生相互转化，但机械能总量保持不变．即机械能守恒．(2)表示形式用①时，需要要求重力势能参考平面．用②时则无须要求重力势能参考平面，因为重力势能改变量与参考平面选取无关．(3)对机械能守恒条件了解机械能守恒条件是只有重力或弹力做功．可分以下三层了解：①只受重力作用：如在不考虑空气阻力情况下各种抛体运动(自由落体、竖直上抛、平抛、斜抛等)．②受其它力作用，但其它力不做功，只有重力或弹力做功，比如：a．物体沿光滑曲面下滑，受重力、曲面支持力作用，但曲面支持力对物体不做功．b．在光滑水平面上运动小球碰到弹簧，把弹簧压缩后又被弹簧弹回来，水平面支持力对小球不做功．54/77③除重力和弹力之外，还有其它力做功，但其它力做功总和为零，系统机械能没有转化为其它形式能，系统机械能不变，这不是真正守恒，但也能够当成守恒来处理．(4)应用①应用机械能守恒定律解题普通步骤：a．依据题意，选取研究对象(系统)；b．明确研究对象运动过程，分析系统中各物体在运动过程中受力情况和各力做功情况，判断是否满足机械能守恒条件；c．恰当地选取零势能面，确定始、末两个状态及其始、末状态总机械能；d．依据机械能守恒定律列方程求解．②用机械能守恒定律解题应注意问题：a．要仔细判别守恒条件和选取研究对象；b．要选取机械能守恒定律适当表示式列式求解．考点1755/77关键方法重点突破考法6怎样判断机械能是否守恒(多项选择)质量分别为m和2m两个小球A和B，中间用轻质杆相连，在杆中点O处有一水平固定转动轴，把杆置于水平位置后释放，在B球顺时针转动到最低位置过程中()A．B球重力势能降低，动能增加，B球和地球组成系统机械能守恒B．A球重力势能增加，动能也增加，A球和地球组成系统机械能不守恒C．A球、B球和地球组成系统机械能守恒D．A球、B球和地球组成系统机械能不守恒例156/77【解析】B球从水平位置转到最低点过程中，重力势能降低，动能增加，A球重力势能增加，动能增加，A球和地球组成系统机械能增加．因为A球、B球和地球组成系统只有重力做功，故系统机械能守恒，A球和地球组成系统机械能增加，则B球和地球组成系统机械能一定降低．B、C选项正确．【答案】BC例157/77考法7弹簧弹力做功和弹性势能转化问题[天津理综·5，6分]如图所表示，固定竖直光滑长杆上套有质量为m小圆环，圆环与水平状态轻质弹簧一端连接，弹簧另一端连接在墙上，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长度变为2L(未超出弹性程度)，则在圆环下滑到最大距离过程中()例258/77【解析】【答案】B例259/77考法8用机械能守恒定律求解连接体问题[课标全国Ⅱ·21，6分](多项选择)如图，滑块a、b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经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()例360/77【解析】【答案】BD例3考点1761/77考法例析成就能力题型7单个物体机械能问题以20m/s初速度，从地面竖直向上抛出一物体，它上升最大高度是18m．假如物体在运动过程中所受阻力大小不变，则物体在离地面多高处，物体动能与重力势能相等．(g取10m/s2)例162/77【解析】例163/77【答案】9.47m或8.47m64/77题型8连接体系统机械能问题[海南物理·10，5分](多项选择)如图所表示，质量相同两物体a、b，用不可伸长轻绳跨接在一轻质定滑轮两侧，a在水平桌面上方，b在水平桌面上，初始时用手拉住b，使a、b静止，撤去此拉力后，a开始运动．在a下降过程中，b一直未离开桌面．(忽略一切摩擦阻力和空气阻力)在此过程中()A．a动能小于b动能B．a动能等于b动能C．两物体所组成系统机械能增加D．物体a克服绳拉力做功等于物体a机械能降低许例265/77【解析】将b实际速度进行分解，如图所表示．由图可知va＝vbcosθ，即a速度小于b速度，故a动能小于b动能，A正确，B错误；因为只有重力做功，故a、b组成系统机械能守恒，C