高考物理二轮复习 专题二 动量与能量 第1讲 动量观点与能量观点在力学中的应用课件

第第1 1讲动量观点与能量观点讲动量观点与能量观点在力学中的应用在力学中的应用知识必备知识必备1.常见的功能关系常见的功能关系(1)合力做功与动能的关系：合力做功与动能的关系：W合合Ek。(2)重力做功与重力势能的关系：重力做功与重力势能的关系：WGEp。(3)弹力做功与弹性势能的关系：弹力做功与弹性势能的关系：W弹弹Ep。(4)除重力以外其他力做功与机械能的关系：除重力以外其他力做功与机械能的关系：W其他其他E机机。(5)滑动摩擦力做功与内能的关系：滑动摩擦力做功与内能的关系：Ff x相对相对E内内。2.机械能守恒定律机械能守恒定律(1)条件：只有重力、系统内弹力做功。条件：只有重力、系统内弹力做功。(2)表达式：表达式：Ek1Ep1Ek2Ep2。3.动能定理动能定理4.动量定理及动量守恒定律动量定理及动量守恒定律(1)动量定理：动量定理：Ftmv2mv1(2)动量守恒定律：动量守恒定律：m1v1m2v2m1v1m2v2(3)备考策略备考策略1.复习时应理清运动中功与能的转化与量度的关系，结合受力分复习时应理清运动中功与能的转化与量度的关系，结合受力分析、运动过程分析，熟练地应用动量定理和动能定理解决问题。析、运动过程分析，熟练地应用动量定理和动能定理解决问题。2.深刻理解功能关系，综合应用动量守恒定律和能量守恒定律，深刻理解功能关系，综合应用动量守恒定律和能量守恒定律，结合动力学方程解决多运动过程的问题。结合动力学方程解决多运动过程的问题。3.必须领会的必须领会的“1种物理思想和种物理思想和3种方法种方法”(1)守恒的思想。守恒的思想。(2)守恒法、转化法、转移法。守恒法、转化法、转移法。4.必须辨明的必须辨明的“3个易错易混点个易错易混点”(1)动量和动能是两个和速度有关的不同概念。动量和动能是两个和速度有关的不同概念。(2)系统的动量和机械能不一定同时守恒。系统的动量和机械能不一定同时守恒。(3)不是所有的碰撞都满足机械能守恒。不是所有的碰撞都满足机械能守恒。力学中的几个功能关系的应用力学中的几个功能关系的应用图图1答案答案A【真题示例【真题示例2】 (2017全国卷全国卷，24)一质量为一质量为8.00104 kg的太的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度1.60105 m 处以处以7.5103 m/s的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为的速度进入大气层，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，大小取为中，重力加速度可视为常量，大小取为9.8 m/s2(结果保留结果保留2位有位有效数字效数字)。(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；械能；(2)求飞船从离地面高度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度大小的2.0%。答案答案(1)(1)4.0108 J2.41012 J(2)9.7108 J真题感悟真题感悟1.高考考查特点高考考查特点(1)本考点高考命题既有选择题也有计算题，集中在物体系统本考点高考命题既有选择题也有计算题，集中在物体系统机械能守恒及物体间的做功特点、力与运动的关系，并结合平机械能守恒及物体间的做功特点、力与运动的关系，并结合平抛、圆周运动等典型运动及生活科技为背景综合考查。抛、圆周运动等典型运动及生活科技为背景综合考查。(2)熟悉掌握并灵活应用机械能的守恒条件、力学中的功能关熟悉掌握并灵活应用机械能的守恒条件、力学中的功能关系、常见典型运动形式的特点及规律是突破该考点的关键。系、常见典型运动形式的特点及规律是突破该考点的关键。2.常见误区及临考提醒常见误区及临考提醒(1)注意判断物体运动过程中的临界状态和隐含条件。注意判断物体运动过程中的临界状态和隐含条件。(2)注意物理方法的灵活选用。如全国卷注意物理方法的灵活选用。如全国卷第第16题的等效法题的等效法(重重心心)。(3)注意提高计算能力。如全国卷注意提高计算能力。如全国卷第第24题，试题情境难度不大，题，试题情境难度不大，但增加了计算的难度。但增加了计算的难度。预测预测1功、功率的理解与计算功、功率的理解与计算预测预测2机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用预测预测3功能关系、能量转化守恒定律的综合应用功能关系、能量转化守恒定律的综合应用1.(2017潍坊模拟潍坊模拟)质量为质量为m2 kg的物体沿水平面向右做直线运的物体沿水平面向右做直线运动，动，t0时刻受到一个水平向左的恒力时刻受到一个水平向左的恒力F，如图，如图2甲所示，此后甲所示，此后物体的物体的vt图象如图乙所示，取水平向右为正方向，图象如图乙所示，取水平向右为正方向，g取取10 m/s2，则，则()图图2A.物体与水平面间的动摩擦因数为物体与水平面间的动摩擦因数为0.5B.10 s末恒力末恒力F的瞬时功率为的瞬时功率为6 WC.10 s末物体在计时起点左侧末物体在计时起点左侧4 m处处D.010 s内恒力内恒力F做功的平均功率为做功的平均功率为0.6 W答案答案D2.(多选多选)如图如图3，直立弹射装置的轻质弹簧顶端原来在，直立弹射装置的轻质弹簧顶端原来在O点，点，O与与管口管口P的距离为的距离为2x0，现将一个重力为，现将一个重力为mg的钢珠置于弹簧顶端，的钢珠置于弹簧顶端，再把弹簧压缩至再把弹簧压缩至M点，压缩量为点，压缩量为x0，释放弹簧后钢珠被弹出，释放弹簧后钢珠被弹出，钢珠运动到钢珠运动到P点时的动能为点时的动能为4mgx0，不计一切阻力，下列说法正，不计一切阻力，下列说法正确的是确的是()图图3A.弹射过程，弹簧和钢珠组成的系统机械能守恒弹射过程，弹簧和钢珠组成的系统机械能守恒B.弹簧恢复原长时，弹簧的弹性势能全部转化为钢珠的动能弹簧恢复原长时，弹簧的弹性势能全部转化为钢珠的动能C.钢珠弹射所到达的最高点距管口钢珠弹射所到达的最高点距管口P的距离为的距离为7x0D.弹簧被压缩至弹簧被压缩至M点时的弹性势能为点时的弹性势能为7mgx0答案答案AD解析解析弹射过程中，对弹簧和钢珠组成的系统而言，只受重力作弹射过程中，对弹簧和钢珠组成的系统而言，只受重力作用，故系统机械能守恒，用，故系统机械能守恒，A正确；弹簧恢复原长时，钢珠的动能正确；弹簧恢复原长时，钢珠的动能和势能都增加，选项和势能都增加，选项B错误；钢珠运动到错误；钢珠运动到P点时，钢珠的动能增点时，钢珠的动能增加到加到4mgx0，且竖直方向上钢珠位置升高了，且竖直方向上钢珠位置升高了3x0，即重力势能增加，即重力势能增加量量Ep3mgx0，故弹簧被压缩至，故弹簧被压缩至M点时的弹性势能为点时的弹性势能为E4mgx03mgx07mgx0，D正确；钢珠到达管口正确；钢珠到达管口P点时动能为点时动能为4mgx0，当，当钢珠达到最大高度时，动能为钢珠达到最大高度时，动能为0，动能转化为重力势能，则上升，动能转化为重力势能，则上升的最高点与管口的距离的最高点与管口的距离h满足满足mgh4mgx0，故上升的最高点与管，故上升的最高点与管口的距离口的距离h4x0，C错误。错误。3.(名师改编名师改编)如图如图4所示，质量所示，质量mB3.5 kg的物体的物体B通过下端固定通过下端固定在地面上的轻弹簧与地面连接，弹簧的劲度系数在地面上的轻弹簧与地面连接，弹簧的劲度系数k100 N/m。轻绳一端与物体轻绳一端与物体B连接，另一端绕过两个光滑的轻质小定滑轮连接，另一端绕过两个光滑的轻质小定滑轮O1、O2后，与套在光滑直杆顶端后，与套在光滑直杆顶端E处的质量处的质量mA1.6 kg 的小球的小球A连接。已知直杆固定不动，杆长连接。已知直杆固定不动，杆长L为为0.8 m，且与水平面的夹，且与水平面的夹角角37。初始时使小球。初始时使小球A静止不动，与静止不动，与A相连的一段绳子保相连的一段绳子保持水平，此时绳子中的张力持水平，此时绳子中的张力F为为45 N。已知。已知EO10.5 m，重力，重力加速度加速度g取取10 m/s2，绳子不可伸长。现将小球，绳子不可伸长。现将小球A从静止释放。从静止释放。图图4(1)求在释放小球求在释放小球A之前弹簧的形变量；之前弹簧的形变量；(2)若直线若直线CO1与杆垂直，求小球与杆垂直，求小球A从静止运动到从静止运动到C点的过程中绳子点的过程中绳子拉力对小球拉力对小球A所做的功；所做的功；(3)求小球求小球A运动到直杆底端运动到直杆底端D点时的速度大小。点时的速度大小。答案答案(1)0.1 m(2)7 J(3)2 m/s归纳总结归纳总结解决功能关系问题应注意的三个问题解决功能关系问题应注意的三个问题(1)分析清楚是什么力做功，并且清楚该力做正功，还是做负功；分析清楚是什么力做功，并且清楚该力做正功，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。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，尤其是也可以根据能量之间的转化情况，确定是什么力做功，尤其是可以方便计算变力做功的多少。可以方便计算变力做功的多少。(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。化的量度和原因，在不同问题中的具体表现不同。动量定理和动能定理的应用动量定理和动能定理的应用【真题示例【真题示例1】 (多选多选)(2017全国卷全国卷，20)一质量为一质量为2 kg的物块的物块在合外力在合外力F的作用下从静止开始沿直线运动。的作用下从静止开始沿直线运动。F随时间随时间t变化的图变化的图线如图线如图5所示，则所示，则()图图5A.t1 s时物块的速率为时物块的速率为1 m/sB.t2 s时物块的动量大小为时物块的动量大小为4 kgm/sC.t3 s时物块的动量大小为时物块的动量大小为5 kgm/sD.t4 s时物块的速度为零时物块的速度为零答案答案AB【真题示例【真题示例2】 (2017全国卷全国卷，24)为提高冰球运动员的加速为提高冰球运动员的加速能力，教练员在冰面上与起跑线相距能力，教练员在冰面上与起跑线相距s0和和s1(s1s0)处分别设置一处分别设置一个挡板和一面小旗，如图个挡板和一面小旗，如图6所示。训练时，让运动员和冰球都所示。训练时，让运动员和冰球都位于起跑线上，教练员将冰球以速度位于起跑线上，教练员将冰球以速度v0击出，使冰球在冰面上击出，使冰球在冰面上沿垂直于起跑线的方向滑向挡板；冰球被击出的同时，运动员沿垂直于起跑线的方向滑向挡板；冰球被击出的同时，运动员垂直于起跑线从静止出发滑向小旗。训练要求当冰球到达挡板垂直于起跑线从静止出发滑向小旗。训练要求当冰球到达挡板时，运动员至少到达小旗处。假定运动员在滑行过程中做匀加时，运动员至少到达小旗处。假定运动员在滑行过程中做匀加速运动，冰球到达挡板时的速度为速运动，冰球到达挡板时的速度为v1。重力加速度为。重力加速度为g。求：。求：图图6(1)冰球与冰面之间的动摩擦因数；冰球与冰面之间的动摩擦因数；(2)满足训练要求的运动员的最小加速度。满足训练要求的运动员的最小加速度。真题感悟真题感悟1.高考考查特点高考考查特点(1)动能定理是高考的必考热点，运用动量定理解决生活中的物动能定理是高考的必考热点，运用动量定理解决生活中的物理问题也已成为高考的热点。理问题也已成为高考的热点。(2)一般以生活中的物理问题一般以生活中的物理问题(如如2017年全国卷年全国卷第第24以冰球运动以冰球运动)为背景考查对动能定理的理解及应用。为背景考查对动能定理的理解及应用。2.常见误区及临考提醒常见误区及临考提醒(1)不清楚物体动量变化规律是由合外力的冲量决定的，物体动不清楚物体动量变化规律是由合外力的冲量决定的，物体动能变化规律是由合外力的功决定的。能变化规律是由合外力的功决定的。(2)不清楚动能定理表达式是标量式，动量定理表达式是矢量式。不清楚动能定理表达式是标量式，动量定理表达式是矢量式。预测预测1动能定理的应用动能定理的应用预测预测2动量定理的应用动量定理的应用预测预测3动能定理、动量定理的综合应用动能定理、动量定理的综合应用1.(多选多选)一物体静止在粗糙水平面上，某时刻受到一沿水平方向一物体静止在粗糙水平面上，某时刻受到一沿水平方向的恒定拉力作用开始沿水平方向做直线运动，已知在第的恒定拉力作用开始沿水平方向做直线运动，已知在第1 s内合内合力对物体做的功为力对物体做的功为45 J，在第，在第1 s末撤去拉力，物体整个运动过末撤去拉力，物体整个运动过程的程的vt图象如图图象如图7所示，所示，g取取10 m/s2，则，则()图图7A.物体的质量为物体的质量为5 kgB.物体与水平面间的动摩擦因数为物体与水平面间的动摩擦因数为0.1C.第第1 s内摩擦力对物体做的功为内摩擦力对物体做的功为60 JD.第第1 s内拉力对物体做的功为内拉力对物体做的功为60 J答案答案BD2.(多选多选)(2017陕西省宝鸡市高三教学质量检测陕西省宝鸡市高三教学质量检测)如图如图8所示，用高所示，用高压水枪喷出的强力水柱冲击右侧的煤层。设水柱直径为压水枪喷出的强力水柱冲击右侧的煤层。设水柱直径为D，水，水流速度为流速度为v，方向水平，水柱垂直煤层表面，水柱冲击煤层后，方向水平，水柱垂直煤层表面，水柱冲击煤层后水的速度为零。高压水枪的质量为水的速度为零。高压水枪的质量为M，手持高压水枪操作，进，手持高压水枪操作，进入水枪的水流速度可忽略不计，已知水的密度为入水枪的水流速度可忽略不计，已知水的密度为。下列说法。下列说法正确的是正确的是()图图8答案答案BC3.如图如图9所示，轻绳长为所示，轻绳长为l，竖直悬挂质量为，竖直悬挂质量为M的摆球，的摆球，在最低点在最低点A经两次打击后到达圆周最高点经两次打击后到达圆周最高点C，若第，若第一次平均打击力为一次平均打击力为10 N，摆球恰升到水平位置，摆球恰升到水平位置OB处，则第二次平均打击力至少应该为多大，才能使处，则第二次平均打击力至少应该为多大，才能使摆球上升到最高点？摆球上升到最高点？(设两次打击时间相等且极短设两次打击时间相等且极短)图图9归纳总结归纳总结1.应用动能定理解题应抓好应用动能定理解题应抓好“一个过程、两个状态、四个关注一个过程、两个状态、四个关注”(1)一个过程：明确研究过程，确定这一过程研究对象的受力一个过程：明确研究过程，确定这一过程研究对象的受力情况和位置变化或位移信息。情况和位置变化或位移信息。(2)两个状态：明确研究对象的始、末状态的速度或动能情况。两个状态：明确研究对象的始、末状态的速度或动能情况。(3)四个关注：四个关注：建立运动模型，判断物体做了哪些运动。建立运动模型，判断物体做了哪些运动。分析各个运动过程中物体的受力和运动情况。分析各个运动过程中物体的受力和运动情况。抓住运动模型之间的联系纽带，如速度、加速度、位移，抓住运动模型之间的联系纽带，如速度、加速度、位移，确定初、末状态。确定初、末状态。根据实际情况分阶段或整体利用动能定理列式计算。根据实际情况分阶段或整体利用动能定理列式计算。2.使用动量定理的注意事项使用动量定理的注意事项(1)动量定理不仅适用于恒力，也适用于变力。这种情况下，动量定理不仅适用于恒力，也适用于变力。这种情况下，动量定理中的力动量定理中的力F应理解为变力在作用时间内的平均值。应理解为变力在作用时间内的平均值。(2)动量定理的表达式是矢量式，运用它分析问题时要特别注动量定理的表达式是矢量式，运用它分析问题时要特别注意冲量、动量及动量变化量的方向，公式中的意冲量、动量及动量变化量的方向，公式中的F是物体或系统是物体或系统所受的合力。所受的合力。动量观点和能量观点的综合应用动量观点和能量观点的综合应用【真题示例【真题示例1】 (2017全国卷全国卷，14)将质量为将质量为1.00 kg的模型火的模型火箭点火升空，箭点火升空，50 g燃烧的燃气以大小为燃烧的燃气以大小为600 m/s的速度从火箭喷的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略喷出过程中重力和空气阻力可忽略)()A.30 kgm/s B.5.7102 kgm/sC.6.0102 kgm/s D.6.3102 kgm/s解析解析设火箭的质量为设火箭的质量为m1，燃气的质量为，燃气的质量为m2。由题意可知，燃气。由题意可知，燃气的动量的动量p2m2v250103600 kgm/s30 kgm/s。根据动量。根据动量守恒定律可得守恒定律可得0m1v1m2v2，则火箭的动量大小为，则火箭的动量大小为p1m1v1m2v230 kgm/s，所以，所以A正确，正确，B、C、D错误。错误。答案答案A【真题示例【真题示例2】 (2017天津理综，天津理综，10)如图如图10所示，所示，物块物块A和和B通过一根轻质不可伸长的细绳相连，跨通过一根轻质不可伸长的细绳相连，跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧，质量分别为放在质量不计的光滑定滑轮两侧，质量分别为mA2 kg、mB1 kg。初始时。初始时A静止于水平地面上，静止于水平地面上，B悬于空中。现将悬于空中。现将B竖直向上再举高竖直向上再举高h1.8 m(未未触及滑轮触及滑轮)，然后由静止释放。一段时间后细绳绷，然后由静止释放。一段时间后细绳绷直，直，A、B以大小相等的速度一起运动，之后以大小相等的速度一起运动，之后B恰恰好可以和地面接触。取好可以和地面接触。取g10 m/s2，空气阻力不，空气阻力不计。求：计。求：图图10(1)B从释放到细绳刚绷直时的运动时间从释放到细绳刚绷直时的运动时间t；(2)A的最大速度的最大速度v的大小；的大小；(3)初始时初始时B离地面的高度离地面的高度H。答案答案(1)0.6 s(2)2 m/s(3)0.6 m真题感悟真题感悟1.高考考查特点高考考查特点(1)动量守恒定律的应用是高考热点，碰撞模型、反冲运动是动量守恒定律的应用是高考热点，碰撞模型、反冲运动是动量守恒定律的基础与核心模型。动量守恒定律的基础与核心模型。(2)熟悉掌握并灵活应用动量守恒的条件，掌握常见的碰撞模熟悉掌握并灵活应用动量守恒的条件，掌握常见的碰撞模型及规律是突破该考点的关键。型及规律是突破该考点的关键。2.常见误区及临考提醒常见误区及临考提醒(1)对动量守恒条件理解不准确。对动量守恒条件理解不准确。(2)注意物理模型的构建。如天津卷第注意物理模型的构建。如天津卷第10题，绳子绷直瞬间，题，绳子绷直瞬间，两物块获得共同速度，可等效于发生完全非弹性碰撞。两物块获得共同速度，可等效于发生完全非弹性碰撞。预测预测1动量守恒定律的应用动量守恒定律的应用预测预测2与动量守恒定律相关的临界问题与动量守恒定律相关的临界问题预测预测3动量观点和能量观点的综合应用动量观点和能量观点的综合应用1.(2017云南玉溪一中模拟云南玉溪一中模拟)在一水平支架上放置一个质量在一水平支架上放置一个质量m10.98 kg的小球的小球A，一颗质量为，一颗质量为m020 g的子弹以的子弹以v0300 m/s的的水平速度击中小球水平速度击中小球A并留在其中。之后小球并留在其中。之后小球A水平抛出恰好落水平抛出恰好落入迎面驶来的沙车中，已知沙车的质量入迎面驶来的沙车中，已知沙车的质量m22 kg，沙车的速度，沙车的速度v12 m/s，水平面光滑，不计小球与支架间的摩擦。，水平面光滑，不计小球与支架间的摩擦。图图11(1)若子弹打入小球若子弹打入小球A的过程用时的过程用时t0.01 s，求子弹，求子弹与小球间的平均作用力大小；与小球间的平均作用力大小；(2)求最终沙车求最终沙车B的速度。的速度。图图12(1)B、C碰撞刚结束时的瞬时速度的大小；碰撞刚结束时的瞬时速度的大小；(2)在以后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。在以后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。答案答案(1)5 m/s(2)20 J3.(2017肇庆高中毕业班一模肇庆高中毕业班一模)如图如图13所示，质量所示，质量M1.5 kg 的小的小车静止于光滑水平面上并紧靠固定在水平面上的桌子右边，其车静止于光滑水平面上并紧靠固定在水平面上的桌子右边，其上表面与水平桌面相平，小车的左端放有一质量为上表面与水平桌面相平，小车的左端放有一质量为0.5 kg的滑的滑块块Q。水平放置的轻弹簧左端固定，质量为。水平放置的轻弹簧左端固定，质量为0.5 kg的小物块的小物块P置置于光滑桌面上的于光滑桌面上的A点并与弹簧的右端接触，此时弹簧处于原长。点并与弹簧的右端接触，此时弹簧处于原长。现用水平向左的推力现用水平向左的推力F将将P缓慢推至缓慢推至B点点(弹簧仍在弹性限度内弹簧仍在弹性限度内)，推力做功推力做功WF4 J，撤去，撤去F后，后，P沿桌面滑到小车左端并与沿桌面滑到小车左端并与Q发发生弹性碰撞，最后生弹性碰撞，最后Q恰好没从小车上滑下。已知恰好没从小车上滑下。已知Q与小车表面与小车表面间动摩擦因数间动摩擦因数0.1。(取取g10 m/s2)求：求：图图13(1)P刚要与刚要与Q碰撞前的速度是多少？碰撞前的速度是多少？(2)Q刚在小车上滑行时的初速度刚在小车上滑行时的初速度v0是多少？是多少？(3)为保证为保证Q不从小车上滑下，小车的长度至少为多少？不从小车上滑下，小车的长度至少为多少？答案答案(1)4 m/s(2)4 m/s(3)6 m归纳总结归纳总结规律优先原则规律优先原则(1)对于单个物体，涉及位移的应优先选用动能定理，涉及运动时对于单个物体，涉及位移的应优先选用动能定理，涉及运动时间的优先选用动量定理。间的优先选用动量定理。(2)若是多个物体组成的系统，则优先考虑机械能守恒定律、能量若是多个物体组成的系统，则优先考虑机械能守恒定律、能量守恒定律与动量守恒定律。守恒定律与动量守恒定律。(3)若涉及系统内物体间的相对路程并涉及滑动摩擦力做功要优先若涉及系统内物体间的相对路程并涉及滑动摩擦力做功要优先考虑能量守恒定律。考虑能量守恒定律。