高三物理二轮复习 专题二 能量、动量和原子物理 第2讲 功能关系和能量守恒课件

核心专题突破第一部分第一部分第第2讲功能关系和能量守恒讲功能关系和能量守恒专题二能量、动量和原子物理专题二能量、动量和原子物理栏目导航2年考情回顾年考情回顾热点题型突破热点题型突破对点规范演练对点规范演练热点题源预测热点题源预测逐题对点特训逐题对点特训2年考情回顾年考情回顾设问设问方式方式弹簧模型中的机械能守恒弹簧模型中的机械能守恒 例例 (2017江苏卷，江苏卷，9题题)(2016全国全国卷卷，21题题)圆周运动中的机械能守恒圆周运动中的机械能守恒 例例 (2016全国卷全国卷，24题题)卫星返回过程的功能关系卫星返回过程的功能关系 例例 (2017全国卷全国卷，24题题)滑块模型中的功能关系滑块模型中的功能关系 例例 (2017江苏卷，江苏卷，3题题)审题审题要点要点要注意分清是什么力做功，是正功是负功，对应哪一种形式能量变化，要注意分清是什么力做功，是正功是负功，对应哪一种形式能量变化，是增加还是减少，综合确定能量之间转化情况是增加还是减少，综合确定能量之间转化情况也可以根据能量之间转化情况，确定什么力做功，是正功还是负功，尤也可以根据能量之间转化情况，确定什么力做功，是正功还是负功，尤其是可以方便计算变力做功的多少其是可以方便计算变力做功的多少对于应用机械能守恒的问题，一定要判断是否符合机械能守恒的条件对于应用机械能守恒的问题，一定要判断是否符合机械能守恒的条件热点题型突破热点题型突破题型一题型一机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用 命题规律 机械能守恒定律是历年高考的重点，命题规律是：(1)判断系统在某一过程机械能是否守恒；(2)结合物体的平抛运动，圆周运动等典型运动应用机械能守恒定律；(3)结合弹簧、杆和绳等相互作用的系统考查机械能守恒定律 方法点拨 1用机械能守恒定律解题的基本步骤 2机械能是否守恒的判断方法 (1)用做功来判断：分析物体或系统受力情况(包括内力和外力)，明确各力做功的情况，若对物体或系统只有重力或弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒 (2)用能量转化来判定：若物体系中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化，则物体系机械能守恒 (3)对一些绳子突然绷紧的问题，除非题目特别说明，机械能必定不守恒 1. (2017广大汕头一模)(多选)如图所示，在倾角为30的光滑固定斜面上，放有两个质量分别为1 kg和2 kg的可视为质点的小球A和B，两球之间用一根长L0.2 m的轻杆相连，小球B距水平面的高度h0.1 m斜面底端与水平面之间有一光滑短圆弧相连，两球从静止开始下滑到光滑水平面上，g取10 m/s2.则下列说法中正确的是 ()BD突破点拨 (1)“光滑固定斜面”“光滑短圆弧”“光滑水平面”说明A、B两球不受摩擦力的作用 (2)A、B两球(含轻杆)组成的系统，从静止到滑到水平面上的整个过程中只有重力做功，故机械能守恒 (3)A球、B球都在斜面上下滑的过程中，两球各自的机械能都守恒B球刚滑到水平面到A球刚滑到水平面的过程中，B球的机械能增加，A球的机械能减少 【变式考法】 在上述题1中，系统下滑的整个过程中杆的弹力对A球做多少功？A球机械能如何变化？ 2(2017江苏卷)(多选)如图所示，三个小球A、B、C的质量均为m，A与B、C间通过铰链用轻杆连接，杆长为L.B、C置于水平地面上，用一轻质弹簧连接，弹簧处于原长现A由静止释放下降到最低点，两轻杆间夹角由60变为120.A、B、C在同一竖直平面内运动，弹簧在弹性限度内，忽略一切摩擦，重力加速度为g.则此下降过程中()ABD (1)机械能守恒定律的三种表达式机械能守恒定律的三种表达式守恒观点：守恒观点：Ek1Ep1Ek2Ep2；转化观点：转化观点：EpEk；转移观点：转移观点：EA增增EB减减(2)判断机械能是否守恒的三个注意判断机械能是否守恒的三个注意必须准确地选择系统，在此基础上分析内力和外力的做功情况，判断系统机必须准确地选择系统，在此基础上分析内力和外力的做功情况，判断系统机械能是否守恒；械能是否守恒；当研究对象当研究对象(除地球以外除地球以外)只有一个物体时，往往根据是否只有一个物体时，往往根据是否“只有重力做功只有重力做功”来判定机械能是否守恒；来判定机械能是否守恒；当研究对象当研究对象(除地球以外除地球以外)由多个物体组成时，往往根据是否由多个物体组成时，往往根据是否“没有摩擦和介没有摩擦和介质阻力质阻力”来判定机械能是否守恒来判定机械能是否守恒题型二题型二功能关系的应用功能关系的应用 命题规律 功能关系是历年高考的重点和热点，是必考的命题特点是：(1)功和能量变化的对应关系的应用；(2)对滑动摩擦做功与产生内能(热量)关系的应用；(3)结合力和运动关系，功和能关系，考查学生的综合分析能力 方法点拨 1常见的功能关系各种力做功各种力做功对应能的变化对应能的变化规律规律合力的功合力的功动能变化动能变化动能定理：动能定理：W合合Ek2Ek1重力的功重力的功重力势能变化重力势能变化重力做功与重力势能的变化：重力做功与重力势能的变化：WGEp弹簧弹力的功弹簧弹力的功弹簧势能变化弹簧势能变化弹力做功与弹性势能的变化：弹力做功与弹性势能的变化：W弹弹Ep只有重力、弹只有重力、弹簧弹力的功簧弹力的功不引起机械能变化不引起机械能变化机械能守恒定律：机械能守恒定律：E0非重力和非重力和弹力的功弹力的功机械能变化机械能变化功能原理：功能原理：W其他其他E电场力的功电场力的功电势能变化电势能变化电场力做功与电势能的变化：电场力做功与电势能的变化：W电电Ep滑动摩擦滑动摩擦力的功力的功内能变化内能变化滑动摩擦力做功引起系统内能增加：滑动摩擦力做功引起系统内能增加：E内内Ffl(l为相对位移或路程为相对位移或路程) 2.功能关系的选用原则 (1)在应用功能关系解决具体问题的过程中，若只涉及动能的变化用动能定理分析 (2)只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析 (3)只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析 (4)只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析 (5)只涉及弹性势能的变化用弹力做功与弹性势能变化的关系分析 (1)小球的初速度v0； (2)小球第二次通过C点时对轨道的压力FC； (3)小球第二次通过C点后在CD段上运动的总路程s.突破点拨 (1)沿轨道完成一周运动，恰好到达轨道最高点的速度最小必须为零 (2)回到B点时最小速度为零 (3)小球第二次通过C点，做圆周运动 【变式考法】 上述考题1中，小球在运动过程中最终损失的机械能是多少？答案答案 338 J 2(2017海南五校模拟)(多选)如图所示，一绝缘轻弹簧的上端固定在倾角为的光滑斜面顶端，下端连接一质量为m、带正电荷的滑块，空间存在沿斜面向上的匀强电场，开始时弹簧处于原长状态，滑块恰好处于平衡状态现给滑块一沿斜面向上的初速度v，滑块到达最高点时，弹簧的压缩量为x，若弹簧始终处于弹性限度内，在滑块开始运动到到达最高点的过程中，下列说法正确的是()AC 3(2017全国卷)一质量为8.00104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面飞船在离地面高度1.60105m处以7.50103 m/s的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为100 m/s时下落到地面取地面为重力势能零点，在飞船下落过程中，重力加速度可视为常量，大小取为9.8 m/s2.(结果保留2位有效数字) (1)分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能； (2)求飞船从离地面高度600 m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%. 答案 2.41012 J(2)9.7108 J功能关系的应用功能关系的应用“五注意五注意”(1)分清是什么力做功，并且分析该力做正功还是做负功；根据功能之间的对应分清是什么力做功，并且分析该力做正功还是做负功；根据功能之间的对应关系，判定能的转化形式，确定能量之间的转化情况关系，判定能的转化形式，确定能量之间的转化情况(2)也可以根据能量之间的转化情况，确定是什么力做功，尤其可以方便计算变也可以根据能量之间的转化情况，确定是什么力做功，尤其可以方便计算变力做功的多少力做功的多少(3)功能关系反映了做功和能量转化之间的对应关系，功是能量转化的量度和原功能关系反映了做功和能量转化之间的对应关系，功是能量转化的量度和原因，在不同问题中的具体表现不同因，在不同问题中的具体表现不同(4)一对相互作用的静摩擦力做功代数和为一对相互作用的静摩擦力做功代数和为0，不改变系统机械能，不改变系统机械能(5)一对相互作用的滑动摩擦力做功代数和小于一对相互作用的滑动摩擦力做功代数和小于0，系统机械能减小，转化为内，系统机械能减小，转化为内能能 题型三题型三能量守恒定律的应用能量守恒定律的应用 命题规律 能量守恒定律是高考命题的热点，命题规律是：(1)能量守恒定律结合动力学知识考查力学综合问题；(2)能量守恒定律应用于电场和磁场及电磁感应现象考查力电综合问题 方法点拨 1对能量守恒定律的理解 (1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变 (2)两种理解：某种形式的能量减小，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；某物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等 2应用能量转化与守恒定律解题的步骤 (1)明确研究对象和研究过程，了解对应的受力情况和运动情况 (2)分析有哪些力做功，相应的有多少形式的能参与了转化，如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等 (3)明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减小，并且列出减小的能量E减和增加的能量E增的表达式 (4)列出能量转化守恒关系式E减E增，求解未知量，并对结果进行讨论 1. (2016陕西西安质检)如图所示，固定斜面的倾角30 ，物体A与斜面之间的动摩擦因素为，轻弹簧下端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于C点用一根不可伸长的轻绳跨过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B，滑轮右侧绳子与斜面平行，A的质量为2m，B的质量为m，初始时物体A到C点的距离为L.现给A、B一初速度v0使A开始沿斜面向下运动，B向上运动，物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点已知重力加速度为g，不计空气阻力，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态，求： (1)物体A向下运动刚到C点时的速度； (2)弹簧的最大压缩量； (3)弹簧中的最大弹性势能 突破点拨 (1)物体A将弹簧压缩到最短时，弹簧的压缩量最大，其弹性势能也最大 (2)物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点，物体的速度应为零 【变式考法】 在上述题1中，A和B系统在从开始压缩弹簧到返回C的过程中的机械能的减小量是多少？ 2(2017湖北八校联考二)(多选)如图所示，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水平轨道上的A点离PQ的距离为R，一质量为m的质点自P点上方某处由静止开始下落，从P点进入轨道后刚好能到达Q点并能再次返回经过N点，已知质点第一次滑到轨道最低点N时速率为v1，第一次到达A点时速率为v2，选定N点所在的水平面为重力势能的零势能面，则()BCAv1v2C从从N到到Q的过程中，动能与势能相等的点在的过程中，动能与势能相等的点在A点上方，从点上方，从Q到到N的过程中，动能与势能相等的点在的过程中，动能与势能相等的点在A点下方点下方D从从N到到Q的过程中，动能与势能相等的点在的过程中，动能与势能相等的点在A点下方，从点下方，从Q到到N的过程中，动能与势能相等的点在的过程中，动能与势能相等的点在A点上方点上方 3(2017湖南衡阳联考)如图所示，有一固定在水平地面的光滑平台平台右端B与静止的水平传送带平滑相接，传送带长L4 m有一个质量为m0.5 kg，带电量为q103 C的绝缘滑块，放在水平平台上，平台上有一根轻质弹簧左端固定，右端与滑块接触但不连接现将滑块缓慢向左移动压缩弹簧，且弹簧始终在弹性限度内在弹簧处于压缩状态时，若将滑块由静止释放，滑块最后恰能到达传送带右端C点已知滑块与传送带间的动摩擦因数为0.20(g取10 m/s2)求： (1)滑块到达B点时的速度vB及弹簧储存的最大弹性势能Ep； (2)若传送带以3.0 m/s的速度沿顺时针方向匀速转动，释放滑块的同时，在BC之间加水平向右的匀强电场E5102 N/C.滑块从B运动到C的过程中，摩擦力对它做的功； (3)若撤去弹簧及所加电场，两轮半径均为r0.9 m，传送带顺时针匀速转动的角速度为0，滑块以传送带的速度从B点滑上传送带，恰好能由C点水平飞出，求0的大小现让滑块从B点以5 m/s速度滑上传送带，求这一过程中滑块与传送带间产生的内能能量守恒定律的应用技巧能量守恒定律的应用技巧 (1)若过程只有动能和势能的相互转化，应首先考虑应用机械能守恒定律若过程只有动能和势能的相互转化，应首先考虑应用机械能守恒定律(2)若过程涉及摩擦力做功，一般应考虑应用动能定理或能量守恒定律若过程涉及摩擦力做功，一般应考虑应用动能定理或能量守恒定律(3)若过程涉及电势能和机械能之间的转化，应考虑应用能量守恒定律若过程涉及电势能和机械能之间的转化，应考虑应用能量守恒定律(4)无论运用哪种形式的功能关系，都应遵照下列步骤：无论运用哪种形式的功能关系，都应遵照下列步骤：确定始末状态；确定始末状态；分析哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，是什么力做功所致；分析哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，是什么力做功所致；列出能量的增加量和减少量的具体表达式、使列出能量的增加量和减少量的具体表达式、使E 增增E减减热点题源预测热点题源预测 动力学和功能观点的综合应用考向考向预测预测应用动力学和功能观点分析力学综合问题是高考命题的热点，一般应用动力学和功能观点分析力学综合问题是高考命题的热点，一般是计算题的压轴题涉及的过程一般是二到三个的多过程的物理情是计算题的压轴题涉及的过程一般是二到三个的多过程的物理情景，涉及的有弹簧模型，传送带模型，圆周运动模型等典型的物理景，涉及的有弹簧模型，传送带模型，圆周运动模型等典型的物理模型问题模型问题解题解题关键关键(1)对于多过程分析的关键是：对于多过程分析的关键是：分析多过程问题时要注意对各个运动过程独分析多过程问题时要注意对各个运动过程独立分析，不同过程往往通过连接点的速度建立联系，有时对整个过程应用能立分析，不同过程往往通过连接点的速度建立联系，有时对整个过程应用能量的观点解决问题会更简单量的观点解决问题会更简单对于涉及滑动摩擦力的过程一定不能用机械对于涉及滑动摩擦力的过程一定不能用机械能守恒定律来求解对于非匀变速直线运动过程，不能用运动学公式求解能守恒定律来求解对于非匀变速直线运动过程，不能用运动学公式求解但可用动能定理、能量守恒定律或功能关系求解但可用动能定理、能量守恒定律或功能关系求解(2)解决传送带问题的关键点：解决传送带问题的关键点：摩擦力的方向及存在阶段的判断摩擦力的方向及存在阶段的判断物体能物体能否达到与传送带共速的判断否达到与传送带共速的判断计算产生的热量，正确确定物体相对传送带计算产生的热量，正确确定物体相对传送带滑动的距离滑动的距离弄清能量转化关系：传送带因传递物体多消耗的能量等于物弄清能量转化关系：传送带因传递物体多消耗的能量等于物体增加的机械能与产生的内能之和体增加的机械能与产生的内能之和(3)解决弹簧模型问题的关键点：解决弹簧模型问题的关键点：从动力学的角度分析弹簧弹力从动力学的角度分析弹簧弹力Fkx和牛和牛顿第二定律顿第二定律F合合ma.注意弹力是变力，且注意三个位置：自然长度位置，平注意弹力是变力，且注意三个位置：自然长度位置，平衡位置，形变量最大衡位置，形变量最大(伸长最长或缩短最大伸长最长或缩短最大)的位置的位置从功能的角度分析：从功能的角度分析：用好用好W弹弹Epklkl和动能定理或能量守恒定律，要注意研究对象所对和动能定理或能量守恒定律，要注意研究对象所对应过程功的分析及初末态的能量分析应过程功的分析及初末态的能量分析失分失分防范防范不理解题述物理情景，不会从中获取有用信息；不理解题述物理情景，不会从中获取有用信息；抓不住题设条件中的抓不住题设条件中的关键信息，不能正确选择研究对象及物理过程；关键信息，不能正确选择研究对象及物理过程；不能正确列出动力学方不能正确列出动力学方程或功能关系式；程或功能关系式；应用数学知识处理物理问题的能力较差应用数学知识处理物理问题的能力较差(2)防范措施：防范措施：多练审题基本功，去伪存真，抓关键点；多练审题基本功，去伪存真，抓关键点；仔细研究物理过程找突破仔细研究物理过程找突破口，如隐含条件，临界条件等；口，如隐含条件，临界条件等；当涉及恒力及时间时，一般用动力学当涉及恒力及时间时，一般用动力学法；当涉及功、能及位移时一般用功能法法；当涉及功、能及位移时一般用功能法 【预测】 如图是一皮带传输装载机械示意图井下挖掘工将矿物无初速放置于沿图示方向运行的传送带A端，被传输到末端B处，再沿一段圆形轨道到达轨道的最高点C处，然后水平抛到货台上已知半径为R0.4 m的圆形轨道与传送带在B点相切，O点为圆形轨道的圆心，BO、CO分别为圆形轨道的半径矿物可视为质点，传送带与水平面间的夹角37，矿物与传送带间的动摩擦因数0.85，传送带匀速运行的速度为传送带匀速运行的速度为v06 m/s，传送带，传送带AB两点间的长度为两点间的长度为L40 m若矿物落点若矿物落点D处离最高点处离最高点C点的水平距离为点的水平距离为s2 m，竖直，竖直距离为距离为h1.25 m，矿物质量，矿物质量m5 kg，sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2，不计空气阻力求：，不计空气阻力求：(1)矿物到达矿物到达C点时对轨道的压力大小；点时对轨道的压力大小；(2)矿物到达矿物到达B点时的速度大小；点时的速度大小；(3)矿物由矿物由A点到达点到达C点的过程中，摩擦力对矿物所做的功点的过程中，摩擦力对矿物所做的功 思维导航 规范答题适用对象：高中学生制作软件：Powerpoint2003、 Photoshop cs3运行环境：WindowsXP以上操作系统