2018年高考物理大二轮复习专题四功能关系的应用第1讲功能关系在力学中的应用课件.pptx

1、第1讲功能关系在力学中的应用,专题四功能关系的应用,知识回扣 规律方法,高考题型2动力学方法和动能定理的综合应用,高考题型3应用动力学和能量观点分析综合问题,高考题型1力学中的几个重要功能关系的应用,高考题精选精练,知识回扣 规律方法,答案,1.常见的几种力做功的特点 (1)重力、弹簧弹力、静电力做功与 无关. (2)摩擦力做功的特点 单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功，也可以做负功，还可以不做功. 相互作用的一对静摩擦力做功的代数和 ，在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的转移，没有机械能转化为其他形式的能；相互作 用的一对滑动摩擦力做功的代数和 ，且总为 .在一对滑动摩擦,路径

2、,总等于零,不为零,负值,答案,力做功的过程中，不仅有相互摩擦物体间机械能的转移，还有部分机械能转化为内能，转化为内能的量等于系统机械能的减少量，等于滑动摩擦力与 的乘积. 摩擦生热是指滑动摩擦生热，静摩擦不会生热.,相对位移,答案,2.几个重要的功能关系 (1)重力的功等于 的变化，即WG . (2)弹力的功等于 的变化，即W弹 . (3)合力的功等于 的变化，即W . (4)重力(或弹簧弹力)之外的其他力的功等于 的变化， 即W其他E. (5)一对滑动摩擦力做的功等于 的变化，即QFfx 相对.,重力势能,Ep,弹性势能,Ep,动能,Ek,机械能,系统中内能,1.动能定理的应用 (1)动能

3、定理的适用情况：解决单个物体(或可看成单个物体的物体系统)受力与位移、速率关系的问题.动能定理既适用于 运动，也适用于 运动；既适用于 做功，也适用于 做功，力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分段作用. (2)应用动能定理解题的基本思路 选取研究对象，明确它的运动过程. 分析研究对象的受力情况和各力做功情况，然后求各个外力做功的 .,答案,直线,曲线,恒力,变力,代数和,明确物体在运动过程初、末状态的动能Ek1和Ek2. 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. 2.机械能守恒定律的应用 (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)以外的

4、其他力做功的代数和是否为 . 用能量转化来判断，看是否有机械能与其他形式的能的相互转化. 对一些“绳子突然绷紧”“ ”等问题，机械能一般不守恒，除非题目中有特别说明或暗示.,答案,零,物体间碰撞,答案,(2)应用机械能守恒定律解题的基本思路 选取研究对象物体系统. 根据研究对象所经历的物理过程，进行 、 分析，判断机械能是否守恒. 恰当的选取参考平面，确定研究对象在运动过程的初、末状态的机械能. 根据机械能守恒定律列方程，进行求解.,受力,做功,力学中的几个重要功能关系的应用,高考题型1,例1(2017山东滨州市一模)两物块A和B用一轻弹簧 连接，静止在水平桌面上，如图1甲，现用一竖直向 上的

5、力F拉动物块A，使之向上做匀加速直线运动， 如图乙，在物块A开始运动到物块B将要离开桌面的 过程中(弹簧始终处于弹性限度内)，下列说法正确的是 A.力F先减小后增大 B.弹簧的弹性势能一直增大 C.物块A的动能和重力势能一直增大 D.两物块A、B和轻弹簧组成的系统机械能先增大后减小,答案,解析,图1,解析对A物块由牛顿第二定律得：Fmgkxma，解得：Fm(ga)kx，由于x先减小后反向增大，故拉力一直增大，故A错误； 在A上升过程中，弹簧从压缩到伸长，所以弹簧的弹性势能先减小后增大，故B错误； 在上升过程中，由于物块A做匀加速运动，所以物块A的速度增大，高度升高，则物块A的动能和重力势能增大

6、，故C正确； 在上升过程中，除重力与弹力做功外，还有拉力做正功，所以两物块A、B和轻弹簧组成的系统的机械能一直增大，故D错误.,1.对研究对象进行受力分析、运动分析、能量分析. 2.熟练掌握动能、重力势能、弹性势能、机械能等变化的分析方法.,1.(2017全国卷16)如图2，一质量为m、长度为l的均匀柔软细绳PQ竖直悬挂.用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点，M点与绳的上端P相距 l.重力加速度大小为g.在此过程中，外力做的功为,对点拓展练,答案,解析,图2,解析由题意可知，PM段细绳的机械能不变，MQ段细绳的重心升高了 ，则重力势能增加Ep mg mgl，由功能关系可知，在此过程中，外

7、力做的功为W mgl ，故选项A正确，B、C、D错误.,2,1,2.(多选)(2017辽宁铁岭市协作体模拟)如图3，用轻绳连接的滑轮组下方悬挂着两个物体，它们的质量分别为m1、m2，且m22m1，m1用轻绳挂在动滑轮上，滑轮的质量、摩擦均不计.现将系统从静止释放，对m1上升h高度(h小于两滑轮起始高度差)这一过程，下列说法正确的是 A.m2减小的重力势能全部转化为m1增加的重力势能 B.m1上升到h高度时的速度为 C.轻绳对m2做功的功率与轻绳对m1做功的功率大小相等 D.轻绳的张力大小为 m1g,答案,解析,图3,2,1,解析根据能量守恒可知，m2减小的重力势能全部转化为m1增加的重力势能和

8、两物体的动能，故A错误；,根据动滑轮的特点可知，m2的速度大小为m1速度大小的2倍，根据动能定理可得：m2g2hm1gh m2v22 m1v12，v22v1，解得：v1 ，故B正确；,绳子的拉力相同，故轻绳对m2、m1做功的功率大小分别为P2Fv2，P12Fv1，由于v22v1，故轻绳对m2做功的功率与轻绳对m1做功的功率大小相等，故C正确；,2,1,根据动滑轮的特点可知，m1的加速度大小为m2的加速度大小的一半，根据牛顿第二定律可知：2Fm1gm1a，m2gFm22a，联立解得：F ，故D正确；故选B、C、D.,2,1,动力学方法和动能定理的综合应用,高考题型2,例2(2017福建大联考)如

9、图4，固定直杆上套有一小球和两根轻弹簧，两根轻弹簧的一端与小球相连，另一端分别固定在杆上相距为2L的A、B两点.直杆与水平面的夹角为，小球质量为m，两根轻弹簧的原长均为L、劲度系数均为 ，g为重力加速度.,答案,解析,图4,(1)小球在距B点 L的P点处于静止状态，求此时小球受到的摩擦力大小和方向；,答案 ，方向沿杆向下,解析小球在P点时两根弹簧的弹力大小相等，设为F，根据胡克定律有,Fk(L L) ,设小球静止时受到的摩擦力大小为Ff ，方向沿杆向下， 根据平衡条件有mgsin Ff 2F ,由式并代入已知数据得Ff ,方向沿杆向下,(2)设小球在P点受到的摩擦力为最大静摩擦力，且与滑动摩擦

10、力相等.现让小球从P点以一沿杆方向的初速度向上运动，小球最高能到达距A点 L的Q点，求初速度的大小.,答案,解析,解析小球在P、Q两点时，弹簧的弹性势能相等，故小球从P到Q的过程中，弹簧对小球做功为零 据动能定理有W合Ek,1.动能定理解题的“两状态、一过程”，即初、末状态和运动过程中外力做功. 2.无论直线、曲线、匀变速、非匀变速、单过程、多过程、单物体、物体系统，均可应用动能定理.,3.(2017安徽省十校联考) 如图5所示，质量为1 kg的物块静止在水平面上，物块与水平面间的动摩擦因数0.2，t0时刻给物块施加一个水平向右的拉力F，使物块沿水平方向做直线运动，其加速度随时间变化的关系如表

11、格所示，重力加速度g取10 m/s2，水平向右方向为正方向，求：,对点拓展练,4,3,图5,4,3,(1)04 s内水平拉力的大小；,答案,解析,答案6 N,解析04 s内，物块运动的加速度大小为a14 m/s2 根据牛顿第二定律：F1mgma1，求得：F16 N.,(2)08 s内物块运动的位移大小；,答案72 m,解析t14 s时物块的速度大小：v1a1t116 m/s,08 s内物块运动的位移：x v1t1v1t2 a2t2272 m,4,3,答案,解析,(3)08 s内水平拉力做的功.,答案152 J,解析8 s时物块的速度：v2a1t1a2t24 m/s,根据动能定理：Wmgx mv

12、22，解得W152 J.,4.(2017江西省六校3月联考) 如图6所示为一由电动机 带动的传送带加速装置示意图，传送带长L31.25 m， 以v06 m/s顺时针方向转动，现将一质量m1 kg的物 体轻放在传送带的A端，传送带将其带到另一端B后， 物体将沿着半径R0.5 m的光滑圆弧轨道运动，圆弧 轨道与传送带在B点相切，C点为圆弧轨道的最高点，O点为圆弧轨道的圆心.已知传送带与物体间的动摩擦因数0.8，传送带与水平地面间夹角37，已知sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2，物体可视为质点，求：,4,3,图6,(1)物体在B点对轨道的压力大小；,答案,4,3,解析,答案58

13、 N,解析根据牛顿第二定律：mgcos mgsin ma 解得a0.4 m/s2 设物体在AB上全程做匀加速运动，根据运动学公式： vB22aL 解得vB5 m/s6 m/s，即物体在AB上全程做匀加速运动， 对B点受力分析有FN mgcos 得FN58 N 由牛顿第三定律可得物体在B点对轨道的压力大小FN58 N,(或利用动能定理 mgh mv2 mvC2得v20 m/s),(2)当物体过B点后将传送带撤去，求物体落到地面时的速度大小.,答案,4,3,解析,答案20 m/s,解析设物体能够越过C点，从B到C利用动能定理：,从C点落到地面，物体做平抛运动，下落高度hRRcos Lsin 19.

14、65 m,利用运动学公式：vy22gh，解得vy m/s,应用动力学和能量观点分析综合问题,高考题型3,例3(2017齐鲁名校联考)如图7所示，在某竖直平面内，光滑曲面AB与水平面BC平滑连接于B点，BC右端连接一口深为H、宽度为d的深井CDEF，一个质量为m的小球放在曲面AB上，可从距BC面不同的高度处静止释放小球，已知BC段长L，小球与BC间的动摩擦因数为，取重力加速度g10 m/s2.则：,图7,(1)若小球恰好落在井底E点处，求小球释放点距BC面的高度h1；,答案,解析,答案见解析,解析小球由A到C，由动能定理得,mghmgL mvC2 ,自C点水平飞出后，由平抛运动规律得 xvCt

15、,y gt2 ,由得hL ,若小球恰好落在井底E处，则xd，yH 代入式得小球的释放点距BC面的高度为h1L,(2)若小球不能落在井底，求小球打在井壁EF上的最小动能Ekmin和此时的释放点距BC面的高度h2.,答案,解析,答案见解析,解析若小球不能落在井底，设打在EF上的动能为Ek，则xd,小球由C到打在EF上，由动能定理得:,代入vC得：Ekmgy,当y 时，Ek最小，且Ekminmgd 此时小球的释放点距BC面的高度为h2L,mgyEk mvC2,多个运动过程的组合实际上是多种物理规律和方法的综合应用，分析这种问题时注意要独立分析各个运动过程，而不同过程往往通过连接点的速度建立联系，有时

16、对整个过程应用能量的观点解决问题会更简单.,5.(2017上海市松江区模拟)如图8所示，AB(光滑)与CD(粗糙)为两个对称斜面，斜面的倾角均为，其上部都足够长，下部分别与一个光滑的圆弧面BEC的两端相切，一个物体在离切点B的高度为H处，以初速度v0沿斜面向下运动，物体与CD斜面的动摩擦因数为.,对点拓展练,图8,(1)物体首次到达C点的速度大小；,答案,解析,答案见解析,(2)物体沿斜面CD上升的最大高度h和时间t；,答案,解析,答案见解析,解析物体沿CD上升的加速度大小agsin gcos ,物体从C点上升到最高点所用的时间,答案见解析,解析情况一： 物体滑上CD斜面并匀减速上升最终静止在

17、CD斜面某处. 理由是物体与CD斜面的动摩擦因数较大. 情况二： 物体在轨道上做往复运动，在斜面上做匀变速直线运动，最大高度逐渐降低，最终在BEC圆弧内做周期性往复运动.理由是物体与CD斜面的动摩擦因数较小，在CD斜面上克服摩擦力做功，机械能减少，在BEC圆弧内只有重力做功，机械能守恒.,(3)请描述物体从静止开始下滑的整个运动情况，并简 要说明理由.,答案,解析,高考题精选精练,题组1全国卷真题精选 1.(多选)(2016全国卷21)如图9，小球套在光滑的竖直杆上，轻弹簧一端固定于O点，另一端与小球相连.现将小球从M点由静止释放，它在下降的过程中经过了N点.已知在M、N两点处，弹簧对小球的弹

18、力大小相等，且ONMOMN .在小球从M点运动到N点的过程中 A.弹力对小球先做正功后做负功 B.有两个时刻小球的加速度等于重力加速度 C.弹簧长度最短时，弹力对小球做功的功率为零 D.小球到达N点时的动能等于其在M、N两点的重力势能差,答案,1,2,3,4,5,6,解析,图9,当弹簧水平时，竖直方向的力只有重力，加速度为g；当弹簧处于原长位置时，小球只受重力，加速度为g，则有两个时刻的加速度大小等于g，选项B正确； 弹簧长度最短时，即弹簧水平，弹力与速度垂直，弹力对小球做功的功率为零，选项C正确； 由动能定理得，WFWGEk，因M和N两点处弹簧对小球的弹力大小相等，弹性势能相等，则由弹力做功

19、特点知WF0，即WGEk，选项D正确.,1,2,3,4,5,6,解析因M和N两点处弹簧对小球的弹力大小相等，且ONMOMN ，知M处的弹簧处于压缩状态，N处的弹簧处于伸长状态，则弹簧的弹力对小球先做负功后做正功再做负功，选项A错误；,A.W mgR，质点恰好可以到达Q点 B.W mgR，质点不能到达Q点 C.W mgR，质点到达Q点后，继续上升一段距离 D.W mgR，质点到达Q点后，继续上升一段距离,2.(2015新课标全国17)如图10，一半径为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处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道.质点滑到轨道最

20、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,答案,1,2,3,4,5,6,解析,图10,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,3.(多选)(2015新课标全国21)如图11，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 A.a落地前，轻杆对b一直做正功 B.a落地时速度大小为 C.a下落过程中，其加速度大小始终不大于g D.a落地前，当a的机械能最小时，b对地面的压力大小为mg,答案,

21、1,2,3,4,5,6,解析,图11,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；,1,2,3,4,5,6,解析滑块b的初速度为零，末速度也为零，所以轻杆对b先做正功，后做负功，选项A错误；,以滑块a、b及轻杆为研究对象，系统的机械能守恒，当a刚落地时，b的速度为零，则mgh mva20，即va ，选项B正确；,a、b的先后受力如图所示.,1,2,3,4,5,6,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FNbmg，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,1,2,3,4,

22、5,6,4.(2014新课标全国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，Wf22Wf1B.WF24WF1，Wf22Wf1 C.WF24WF1，Wf22Wf1D.WF24WF1，Wf22Wf1,解析,1,2,3,4,5,6,解析由题可得，重力做功WG1 900 J，则重力势能减少1 900 J ，故C正确，D错误； 由动能定理得，WGWfEk