2026届高三物理二轮复习课件+第5讲+功能关系与能量守恒

第5讲功能关系与能量守恒2026届高考物理二轮复习脑图核心知识网考向一功和功率基础考向保分点

C

B

D

【加固训练】

1.(2021·北京等级考)如图所示,高速公路上汽车定速巡航(即保持汽车的速率不变)通过路面abcd,其中ab段为平直上坡路面,bc段为水平路面,cd段为平直下坡路面。不考虑整个过程中空气阻力和摩擦阻力的大小变化。下列说法正确的是(

)A.在ab段汽车的输出功率逐渐减小B.汽车在ab段的输出功率比bc段的大C.在cd段汽车的输出功率逐渐减小D.汽车在cd段的输出功率比bc段的大B【解析】因为汽车定速巡航,满足ab、bc、cd三段行驶过程中合力为零。若ab段与水平方向的夹角为α,cd段与水平方向的夹角为β,则满足Fab-mgsinα-f=0,Fbc-f=0,Fcd+mgsinβ-f=0,三段汽车所受牵引力都为恒力,ab段牵引力最大,bc段次之,cd段最小,汽车的输出功率满足P=Fv,在速度大小相等的情况下,牵引力大的输出功率大,由此可知选项A、C、D错误,选项B正确。【悟模型图解】一、变力做功的求法方法方法概述动能定理用力F把小球从A处缓慢拉到B处,F做功为WF,则有:WF-mgL(1-cosθ)=0,得WF=mgL(1-cosθ)微元法质量为m的木块在水平面内做圆周运动,运动一周克服摩擦力做功Wf=Ff·Δx1+Ff·Δx2+Ff·Δx3+…=Ff(Δx1+Δx2+Δx3+…)=Ff·2πR方法方法概述图像法平均力法二、机车启动的两种模型启动方式恒定功率启动恒定加速度启动模型图特点功率:恒定速度:变加速功率:先增大,后恒定速度:先匀加速后变加速

【研典题通法】【命题角度1】动能定理的基本应用【典例1】(2021·湖北选择考)如图(a)所示,一物块以一定初速度沿倾角为30°的固定斜面上滑,运动过程中摩擦力大小f恒定,物块动能Ek与运动路程s的关系如图(b)所示。重力加速度大小取10m/s2,物块质量m和所受摩擦力大小f分别为(

)A.m=0.7kg,f=0.5NB.m=0.7kg,f=1.0NC.m=0.8kg,f=0.5ND.m=0.8kg,f=1.0N考向二动能定理和机械能守恒定律的综合应用重难考向高分点A

【类题拓展】如图甲所示,倾角为θ=37°的足够长斜面固定在水平地面上,一质量为m=1kg的小物块以一定的初速度从底端冲上斜面,0~2.5m过程中物块的动能Ek与其沿斜面运动距离s之间的关系如图乙所示,已知重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,则 (

)A.物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5B.物块沿斜面上滑的最大距离为3.2mC.物块从斜面底端运动到最高点过程中,由于摩擦产生的热量为32JD.物块回到斜面底端时的动能Ek=16JD

【命题角度2】动能定理在电场中的应用【典例2】(2021·北京等级考)如图所示,M为粒子加速器;N为速度选择器,两平行导体板之间有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场,磁场的方向垂直纸面向里,磁感应强度为B。从S点释放一初速度为0、质量为m、电荷量为q的带正电粒子,经M加速后恰能以速度v沿直线(图中平行于导体板的虚线)通过N。不计重力。(1)求粒子加速器M的加速电压U;(2)求速度选择器N两板间的电场强度E的大小和方向;(3)仍从S点释放另一初速度为0、质量为2m、电荷量为q的带正电粒子,离开N时粒子偏离图中虚线的距离为d,求该粒子离开N时的动能Ek。

[思路导引]①在加速器M的运动过程利用功能关系求解↓②由左手定则判断出安培力方向,而且安培力方向和电场力方向相反,由此计算场强的大小和方向↓③对整个过程利用功能关系求解

【类题拓展】如图所示,在竖直放置的平行金属板A、B之间加有恒定电压U,A、B两板的中央留有小孔O1、O2,在B板的右侧有平行于极板的匀强电场E,电场范围足够大,感光板MN垂直于电场方向固定放置。第一次从小孔O1处由静止释放一个质子,第二次从小孔O1处由静止释放一个α粒子,关于质子和α粒子的运动,下列判断正确的是 (

)A.质子和α粒子在O2处的速度大小之比为1∶2B.质子和α粒子在整个过程中运动的时间相等C.质子和α粒子打到感光板上时的动能之比为1∶2D.质子和α粒子打到感光板上的位置不同C

【通法悟道】动能定理在力学与电场中的应用对比

A

【通法悟道】应用机械能守恒定律解题的思路【悟模型图解】一、动能定理的应用分类图例分析匀变速直线运动动能定理和牛顿第二定律都可用,在不牵涉加速度和时间时,优先考虑用动能定理多阶段运动抓好总功的求法,可以先求合力再求总功,也可先求分力功,再求总功分类图例分析曲线运动要明确研究对象、研究的过程,然后应用动能定理包含电场力作用下的运动在分析受力时,多考虑电场力,即所谓“电学搭台,力学唱戏”问题

[提醒]

变力问题,一般用动能定理求解。二、机械能守恒定律分类图例分析涉及弹簧运动小球和弹簧系统机械能守恒多阶段运动没有摩擦,系统机械能守恒,两小球线速度大小相等分类图例分析曲线运动系统机械能守恒,两小球角速度大小相等连接体运动没有摩擦,a和b系统机械能守恒,a和b沿杆速度相等

D

2.(角度2)如图所示,AC水平轨道上AB

段光滑、BC段粗糙,且BC段的长度L=1m,CDF为竖直平面内半径R=0.1m的光滑半圆绝缘轨道,两轨道相切于C点,CF右侧有电场强度大小E=1×103N/C、方向水平向右的匀强电场。一根轻质绝缘弹簧水平放置,一端固定在A点,另一端与质量m=0.1kg的滑块P接触。当弹簧处于原长时滑块在B点,在F点有一套在半圆轨道上、电荷量q=1.0×10-3C的带正电圆环,在半圆轨道最低点放一质量与圆环质量相等的滑块Q(图中未画出)。由静止释放圆环,圆环沿半圆轨道运动,当圆环运动到半圆轨道的最右侧D点时对轨道的压力大小FN=5N。已知滑块Q与轨道BC

间的动摩擦因数μ=0.1,取重力加速度大小g=10m/s2,两滑块和圆环均可视为质点,圆环与滑块Q的碰撞为弹性碰撞且碰撞时间极短,Q、P两滑块碰撞后粘在一起。求:(1)圆环的质量M;(2)圆环与滑块Q碰撞前瞬间的速度大小vC;(3)弹簧的最大弹性势能Ep。尝试建构模型:___________________________。

答案:(1)0.1kg

(2)2m/s

(3)0.05J

3.(角度3·2022梅州模拟)某高中兴趣学习小组成员,在学习完必修1与必修2后设计出如图所示的实验。OA为一水平弹射器,弹射口为A。ABCD为一光滑曲杆,其中AB水平,BC为竖直杆(长度可调节),CD为四分之一圆弧轨道(各连接处均圆滑连接),其圆心为O',半径为R=0.2m。D的正下方E向右水平放置一块橡皮泥板EF,长度足够长。现让弹射器弹射出一质量m=0.1kg的小环,小环从弹射口A射出后沿光滑曲杆运动到D处飞出,不计小环在各个连接处的能量损失和空气阻力。已知弹射器每次弹射出的小环具有相同的初速度。某次实验中小组成员调节BC高度h=0.8m。弹出的小环从D处飞出,现测得小环从D处飞出时速度vD=4m/s,g取10m/s2,求:(1)弹射器释放的弹性势能及小环在D处对圆弧轨道的压力大小;(2)小环落地点到E的距离(已知小环落地时与橡皮泥板接触后不再运动);(3)若不改变弹射器弹性势能,调节B、C间高度h在0~2m之间,求小环下落在水平面EF上的范围。尝试建构模型:___________________________________________

【研典题通法】【命题角度1】功能关系中的图像问题【典例4】如图甲所示,在某次救援中,悬停在空中的直升机放下绳索吊起伤员,伤员由静止开始竖直向上运动,运动过程中伤员的机械能E随其位移x变化的图像如图乙所示,其中Oa段为曲线,ab段为直线,则 (

)A.在0~15m过程中绳索的拉力逐渐增大B.在0~15m过程中伤员的动能一直增加C.在15~35m过程中绳索的拉力一直不变D.在15~35m过程中伤员的动能一直增加考向三功能关系的应用重难考向高分点C

D

【加固训练】如图,固定的足够长光滑平行金属导轨间距L=0.2m,由水平部分Ⅰ和倾斜部分Ⅱ平滑连接组成,虚线MN为其交界线,Ⅰ、Ⅱ间夹角θ=30°,Ⅰ内MN与PQ间以及Ⅱ内均存在垂直于导轨平面的匀强磁场B1和B2,其中B1=2.5T、B2=0.5T。质量m=0.01kg、电阻r=1.0Ω的相同金属棒a、b固定在水平导轨上,其中点通过长s=L的绝缘轻杆连接成“H”型。将与a、b相同的金属棒c从倾斜导轨上由静止释放,c到达MN前已经开始匀速运动。当c通过MN时,立即解除a、b与导轨的固定,之后a在到达PQ前已开始匀速运动。当a到达PQ时,立即再将c固定在水平导轨上。不计导轨电阻,a、b、c始终垂直于导轨,c与b一直没有接触,g取10m/s2,求:(1)c在倾斜导轨上运动的最大速度;(2)a到达PQ前匀速运动的速度大小;(3)从a离开PQ至b到达PQ的过程中,金属棒c产生的热量。答案:(1)7.5m/s

(2)2.5m/s(3)0.01J

【悟模型图解】功能关系的应用场景图示做功能量变化重力做功WG=mgh重力势能变化WG=-ΔEp弹力做功W弹弹性势能变化W弹=-ΔEp图示做功能量变化合力做功W合=W1+W2+…动能变化W合=ΔEk除系统内弹力和重力之外的其他力做功W其他机械能变化W其他=ΔE总图示做功能量变化滑动摩擦力与介质阻力做功Ffx相对系统内能变化ΔE内=Ffx相对电场力做功W电电势能变化W电=-ΔEp电流做功W=IUt电能变化W=-ΔE[提醒]

两个特殊的功能关系(1)滑动摩擦力与两物体间相对滑动的路程的乘积等于产生的内能,即Ff·s相对=Q。(2)感应电流克服安培力做的功等于产生的电能,即W克安=E电。

D

2.(角度3)如图,两根间距为d的光滑平行导轨处于同一水平面内,同种材料制成的长度均为d,质量分别为2m、m的金属棒a、b静止在导轨上,金属棒b刚好处在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场的左边界处。现使金属棒a以速度v0向右运动,两金属棒