（天津专用）2020高考物理二轮复习专题二能量与动量第6讲功能关系的理解与应用课件.pptx

1、专题二能量与动量,第6讲功能关系的理解与应用,-3-,专题知识理脉络,真题诠释导方向,-4-,专题知识理脉络,真题诠释导方向,1.(2019全国卷3)从地面竖直向上抛出一物体,物体在运动过程中除受到重力外,还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度h在3 m以内时,物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。该物体的质量为() A.2 kg B.1.5 kgC.1 kgD.0.5 kg,C,-5-,专题知识理脉络,真题诠释导方向,解析:根据动能定理,物体在上升过程中有-mgh-Fh=Ek2-Ek1, 其中Ek2=36 J,Ek1=72 J,h

2、=3 m 在下落过程中有mgh-Fh=Ek4-Ek3,其中Ek3=24 J,Ek4=48 J,h=3 m 联立求得m=1 kg 故选C。,命题考点动能定理 能力要求本题涉及图像问题,解题关键是能够根据已知的公式、定律等推导出横坐标和纵坐标的关系式,分析斜率的变化,然后作出正确的判断。,-6-,专题知识理脉络,真题诠释导方向,2.(多选)(2019全国卷1)在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上,把物体P轻放在弹簧上端,P由静止向下运动,物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧,改用物体Q完成同样的过程,其a-x关系如图中虚线所示。假设两星球均为质量

3、均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N的3倍,则() A.M与N的密度相等 B.Q的质量是P的3倍 C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍 D.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍,AC,-7-,专题知识理脉络,真题诠释导方向,解析:物体轻放在弹簧上端时,弹簧的弹力为零,此时的加速度即为星球表面的重力加速度,星球M表面的重力加速度为3a0,星球N表面的重力加速度为a0,球N表面的重力加速度之比为31,半径之比为31,则两星球密度相等,A正确。加速度为0,合力为0,设P的质量为m1,有3m1a0=kx0,程中Q的最大动能是P的4倍,C正确。弹簧达到最大压缩量时物体速度为0,根据机械能守恒定律,

4、对物体P进行分析,有,-8-,专题知识理脉络,真题诠释导方向,压缩量是4x0,Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的2倍,D错误。,命题考点万有引力定律、动能定理。 能力要求本题主要考查了动能定理、万有引力定律及其应用以及图像问题,解题时要明确:(1)在星球表面,忽略星球自转的情况下,万有引力近似等于重力;(2)分析清楚图像表示的物理意义是关键。,-9-,专题知识理脉络,真题诠释导方向,3.(2019天津卷)完全由我国自行设计、建造的国产新型航空母舰已完成多次海试,并取得成功。航母上的舰载机采用滑跃式起飞,故甲板是由水平甲板和上翘甲板两部分构成的,如图甲所示。为了便于研究舰载机的起飞过程,假设上翘

5、甲板BC是与水平甲板AB相切的一段圆弧,示意图如图乙所示,AB长l1=150 m,BC水平投影l2=63 m,图中C点切线方向与水平方向的夹角=12(sin 120.21)。若舰载机从A点由静止开始做匀加速直线运动,经t=6 s到达B点进入BC。已知飞行员的质量m=60 kg,g取10 m/s2,求:,-10-,专题知识理脉络,真题诠释导方向,(1)舰载机水平运动的过程中,飞行员受到的水平力所做的功W; (2)舰载机刚进入BC时,飞行员受到竖直向上的压力FN多大。,答案:(1)7.5104 J(2)1.1103 N 解析:(1)舰载机由静止开始做匀加速直线运动,设其刚进入上翘甲板时的速度为v,

6、联立式,代入数据,得 W=7.5104 J。,-11-,专题知识理脉络,真题诠释导方向,命题考点动能定理,圆周运动。 能力要求分析解答本题的关键是分清运动过程,应用相关规律求解。,(2)设上翘甲板所对应的圆弧半径为R,根据几何关系,有 l2=Rsin 由牛顿第二定律,有,联立式,代入数据,得 FN=1.1103 N。,-12-,突破点一,突破点二,突破点三,突破点四,突破点五,功、功率的分析与计算 考查方向 常以选择题或计算题形式考查。 突破方略 1.功的计算,-13-,突破点一,突破点二,突破点三,突破点四,突破点五,-14-,突破点一,突破点二,突破点三,突破点四,突破点五,2.功率的计算

7、,(2)P=Fv,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 。,-15-,突破点一,突破点二,突破点三,突破点四,突破点五,模型构建 【例1】(多选)(2018天津南开区三模改编)A、B两物体分别在大小相同的水平恒力F的作用下由静止开始沿同一水平面运动,作用时间分别为t0和4t0,两物体运动的v-t图像如图所示,则() A.A、B两物体与水平面的摩擦力大小之 比为512 B.水平力F对A、B两物体做功的最大功 率之比为21 C.水平力F对A、B两物体做功之比为21 D.在整个运动过程中,摩擦力对A、B两物 体做功的

8、平均功率之比为53,AB,-16-,突破点一,突破点二,突破点三,突破点四,突破点五,A项正确;由速度图像知,水平力F对A、B两物体做功的最大功率之比为(F2v0)(Fv0)=21,B项正确;由图像面积表示位移可知两物体位移之比为65,整个过程中,由动能定理易知,水平力F对A、B两物体做功之比等于摩擦力做功之比为12,C项错误;由功率的定义式知摩擦力对A、B两物体做功的平均功率之比为56,D项错误。,-17-,突破点一,突破点二,突破点三,突破点四,突破点五,分析推理 (1)水平力F对A、B两物体做功的最大功率为瞬时功率还是平均功率? (2)整个运动过程中,水平力F对A、B两物体做功(填“大于

9、”“小于”或“等于”)A、B两物体克服摩擦力做功。,(1)提示:瞬时功率。 (2)提示:等于,-18-,突破点一,突破点二,突破点三,突破点四,突破点五,迁移训练 1.(多选)(2019天津南开区模拟)如图所示,某中学科技小组制作了利用太阳能驱动小车的装置。当太阳光照射到小车上方的光电板时,光电板中产生的电流经电动机带动小车前进。小车在平直的公路上由静止开始匀加速行驶,经过时间t,速度为v时功率达到额定功率,并保持不变;小车又继续前进了距离s,达到最大速度vmax。设小车的质量为m,运动过程所受阻力恒为Ff,则(),A.小车的额定功率为Ffvmax B.小车的额定功率为Ffv,ACD,-19-

10、,突破点一,突破点二,突破点三,突破点四,突破点五,解析:小车匀加速行驶时,牵引力不变,电动机的功率随着小车速度的增大而增大,当达到额定功率时,以额定功率行驶,做加速度逐渐减小的加速运动,最终当牵引力等于阻力时,速度达到最大,所以额定功率P=Ffvmax,故A正确,B错误;小车做匀加速直线运动的加速,-20-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,机车启动问题 考查方向 常以选择题或计算题形式考查。 突破方略 三个重要关系式 (1)无论哪种启动过程,机车的最大速度都等于其匀速直线运动时,(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中,匀加速过程结束时,功率最大,速度不是最大,-21-,突破

11、点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,(3)机车以恒定功率运行时,牵引力做的功W=Pt。由动能定理:Pt-F阻x=Ek。此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小。,-22-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,模型构建 【例2】(多选)(2019甘肃天水三模)质量为400 kg的赛车在平直赛道上以恒定功率加速,受到的阻力不变,其加速度a和速度的倒数 的关系如图所示,则赛车() A.速度随时间均匀增大B.加速度随时间均匀增大 C.恒定功率为160 kWD.所受阻力大小为1 600 N,CD,-23-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,解析:由题图可知

12、赛车做加速度减小的加速运动,且当牵引力等于阻力时,赛车的加速度为零,赛车的速度最大,A、B错误;对赛车受力分析,赛车受重力、支持力、牵引力以及摩擦力,由牛顿第二定,-24-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,迁移训练 2.(多选)(2019湖南衡阳模拟)一辆汽车在平直的公路上运动,运动过程中先保持某一恒定加速度,后保持恒定的牵引功率,其牵引力和速度的图像如图所示。若已知汽车的质量m、牵引力F1和速度v1及该车所能达到的最大速度v3,运动过程中所受阻力恒定,则根据图像所给的信息,下列说法正确的是(),ABD,-25-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,解析:根据牵

13、引力和速度的图像得汽车运动中的最大功率为F1v1。该车达到最大速度时加速度为零,所以此时阻力等于牵引力,所以,则v2=2v1,D正确。故选A、B、D。,-26-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,动能定理的理解与应用 考查方向 常以选择题或计算题考查。 突破方略 1.动能定理表达式:W总=Ek2-Ek1。 2.应用动能定理的关键“两点一过程” (1)“两点”:指初、末状态及对应的动能Ek1、Ek2。 (2)“一过程”:指从初状态到末状态的运动过程及合力做的功W合。,-27-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,3.在常见的功能关系中,动能定理的应用尤为广泛 (1)

14、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的反映 合外力做的功(总功)与动能变化量一一对应。,-28-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,模型构建 【例3】(多选)(2019天津二模)如图甲所示,为测定物体冲上粗糙斜面能达到的最大位移x与斜面倾角的关系,将某一物体每次以不变的初速率v0沿足够长的斜面向上推出,调节斜面与水平方向的夹角,实验测得x与斜面倾角的关系如图乙所示,g取10 m/s2, 2.24。根据图像可求出(),-29-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点

15、一,突破点二,A.物体的初速率v0=6 m/s B.物体与斜面间的动摩擦因数=0.5 C.当=30时,物体达到最大位移后将保持静止 D.取不同的倾角,物体在斜面上能达到的位移x的最小值xmin0.7 m,答案:BD,-30-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,解析:由题图可知,当夹角为90时,x=0.80 m,物体做竖直上抛运动,-31-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,迁移训练 3.(2019天津北辰区模拟)如图所示,某货场需将质量为m=50 kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,为避免货物与地面发生撞击,现利用光滑倾斜轨道SP、竖直面内弧形轨道PQ,使

16、货物由倾斜轨道顶端距底端高度h=3.2 m处无初速度滑下。两轨道相切于P,倾斜轨道与水平面夹角为=53,弧形轨道半径R=2 m,末端切线水平。(不考虑货物与各轨道相接处能量损失,sin 53=0.8,cos 53 =0.6,g取10 m/s2)。,-32-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,(1)求货物从S点到达P点所经历时间; (2)若货物到达弧形轨道末端Q时对轨道的压力为1 200 N,求货物通过圆弧轨道阶段克服摩擦力所做的功; (3)货物经过P点时重力的功率。,-33-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,答案:(1)1 s(2)1 300 J(3)3 20

17、0 W 解析:(1)货物从S点到达P点做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得 mgsin 53=ma 得a=8 m/s2,-34-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,(2)由牛顿第三定律,有货物到达弧形轨道末端Q时轨道对货物的支持力FN=FN=1 200 N,解得Wf=1 300 J。 (3)货物经过P点时的速度vP=at 货物经过P点时重力的功率P=mgvPsin 53 解得P=3 200 W。,-35-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,机械能守恒定律及其应用 考查方向 常以选择题或计算题形式考查。 突破方略 系统机械能守恒的应用 (1)判断方法 若系统只有动

18、能和重力势能(或弹性势能)的相互转化,没有机械能与其他形式的能(如摩擦热)的相互转化,则系统机械能守恒。 (2)列方程 一般用转化式Ek=-Ep或转移式。,-36-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,模型构建 【例4】(2018江苏卷)如图所示,钉子A、B相距5l,处于同一高度。细线的一端系有质量为m的小物块,另一端绕过A固定于B。质量为m的小球固定在细线上C点,B、C间的线长为3l。用手竖直向下拉住小球,使小球和物块都静止,此时BC与水平方向的夹角为53。松手后,小球运动到与A、B相同高度时的速度恰好为零,然后向下运动。忽略一切摩擦,重力加速度为g,取sin 53=0.8,c

19、os 53=0.6。求: (1)小球受到手的拉力大小F; (2)物块和小球的质量之比mm; (3)小球向下运动到最低点时,物块所受的拉力大小FT。,-37-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,解析:(1)如图所示,设小球受AC、BC方向的拉力分别为F1、F2 F1sin 53=F2cos 53 F+mg=F1cos 53+F2sin 53 且F1=mg,-38-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,(2)小球运动到与A、B相同高度过程中,小球上升高度h1=3lsin 53 物块下降高度h2=lAC+lBC-lAB=2l 根据机械能守恒定律mgh1=mgh2,(3)

20、根据机械能守恒定律,小球向下运动到最低点时回到起始点.设此时小球沿AC方向的加速度大小为a,物块受到的拉力为FT 根据牛顿第二定律,mg-FT=ma 小球受AC方向的拉力FT=FT 根据牛顿第二定律,FT-mgcos 53=ma,-39-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,分析推理 (1)小球静止时如何求解受力? (2)松手后整个系统机械能守恒吗?,(1)提示:小球静止时受力分析,利用平衡列式求解。 (2)提示:松手后整个系统机械能守恒。,-40-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,以题说法要注意机械能守恒表达式的选取,-41-,突破点三,突破点四,突破点五,突

21、破点一,突破点二,迁移训练 4.(2019天津一中月考)如图所示,半径为R的圆筒固定在小车上,小车以速度v向右匀速运动,有一光滑小球相对静止在圆筒的最低点。当小车遇到障碍物突然停止时,小球在圆筒中上升的最大高度不可能的是(),B,-42-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,解析:球由于惯性会继续运动,可能会越过最高点做圆周运动,也,-43-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,能量守恒与功能关系 考查方向 常以选择题或计算题形式考查。,-44-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,突破方略 力学中几种常见的功能关系 做功的过程就是能量转化的过程。功是

22、能量转化的量 度,某种力做功一定对应特定的某种能量的变化,即它们是“一一对应”关系。 WG=Ep1-Ep2 W弹=Ep1-Ep2 W合(或W总)=Ek2-Ek1 W其他=E2-E1(除重力或弹簧弹力之外的其他力做的功等于机械能的变化) |Wf总|=Q(摩擦力对系统做的总功等于系统内能的增加量),-45-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,模型构建 【例5】(多选)(2019山东泰安上学期期中)一物体在竖直方向的升降机中,由静止开始竖直向上做直线运动,运动过程中小球的机械能E与其上升高度h的关系图像如图所示,其中0h1过程的图线为曲线,h1h2过程中的图线为直线。下列说法正确的是

23、() A.0h1过程中,升降机对小球的支持力 一定做正功 B.0h1过程中,小球的动能一定在增加 C.h1h2过程中,小球的动能可能不变 D.h1h2过程中,小球重力势能可能不变,AC,-46-,突破点三,突破点四,突破点五,突破点一,突破点二,解析:设小球所受支持力大小为F,由功能关系得Fh=E,所以E-h图像的斜率的绝对值等于小球所受支持力的大小,由题图知机械能增大,所以升降机对小球的支持力做正功,在0h1过程中切线斜率的绝对值逐渐减小,故在0h1内小球所受的支持力逐渐减小,所以小球0h1过程中先加速运动,当支持力减小后,可能继续加速,也可能减速,A正确,B错误;由于小球在h1h2过程中E-h图线的斜率不变,所以小球所受的支持力保持不变,故物体可