高考物理二轮复习 专题二 第5讲 功能关系在力学中的应用课件.ppt

第5讲功能关系在力学中的应用 1 多选 2015 浙江理综 18 我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器 舰载机总质量为3 0 104kg 设起飞过程中发动机的推力恒为1 0 105N 弹射器有效作用长度为100m 推力恒定 要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80m s 弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和 假设所受阻力为总推力的20 则 A 弹射器的推力大小为1 1 106NB 弹射器对舰载机所做的功为1 1 108JC 弹射器对舰载机做功的平均功率为8 8 107WD 舰载机在弹射过程中的加速度大小为32m s2 答案ABD 2 2014 新课标全国卷 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 WF2 4WF1 Wf2 2Wf1B WF2 4WF1 Wf2 2Wf1C WF2 4WF1 Wf2 2Wf1D WF2 4WF1 Wf2 2Wf1 答案C 3 2015 新课标全国卷 17 一汽车在平直公路上行驶 从某时刻开始计时 发动机的功率P随时间t的变化如图1所示 假定汽车所受阻力的大小f恒定不变 下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图线中 可能正确的是 图1 答案A 4 2015 新课标全国卷 17 如图2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 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 图2 答案C 5 多选 2015 新课标全国卷 21 如图3 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 图3 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 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FNb mg 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BD 6 2015 浙江理综 23 如图4所示 用一块长L1 1 0m的木板在墙和桌面间架设斜面 桌子高H 0 8m 长L2 1 5m 斜面与水平桌面的倾角 可在0 60 间调节后固定 将质量m 0 2kg的小物块从斜面顶端静止释放 物块与斜面间的动摩擦因数 1 0 05 物块与桌面间的动摩擦因数为 2 忽略物块在斜面与桌面交接处的能量损失 重力加速度取g 10m s2 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 图4 1 求 角增大到多少时 物块能从斜面开始下滑 用正切值表示 2 当 角增大到37 时 物块恰能停在桌面边缘 求物块与桌面间的动摩擦因数 2 已知sin37 0 6 cos37 0 8 3 继续增大 角 发现 53 时物块落地点与墙面的距离最大 求此最大距离xm 解析 1 要使小物块能够下滑必须满足mgsin 1mgcos 解得tan 0 05 2 物块从斜面顶端下滑到停在桌面边缘过程中物块克服摩擦力做功Wf 1mgL1cos 2mg L2 L1cos 全过程由动能定理得 mgL1sin Wf 0 代入数据解得 2 0 8 答案 1 tan 0 05 2 0 8 3 1 9m 主要题型 选择题和计算题知识热点 1 单独命题 功和功率的理解与计算 利用动能定理分析简单问题 对动能变化 重力势能变化 弹性势能变化的分析 对机械能守恒条件的理解及机械能守恒定律的简单应用 2 交汇命题 结合v t F t等图象综合考查多过程的功和功率的计算 结合应用动能定理 机械能守恒定律和能量守恒定律 结合动力学方法解决多运动过程问题 物理方法 1 守恒法 2 整体法 分段法 3 图象法 4 转化法 考向一功和功率的理解与计算 核心知识 规律方法 计算功 功率时应注意的三个问题 1 功的公式W Fl和W Flcos 仅适用于恒力做功的情况 2 变力做功的求解要注意对问题的正确转化 如将变力转化为恒力 也可应用动能定理等方法求解 1 2015 合肥市高三第二次质检 如图5 两个完全相同的小球A B 在同一高度处以相同大小的初速度v分别水平抛出和竖直向上抛出 下列说法正确的是 图5 A 两小球落地时的速度相同B 两小球落地时 A球重力的瞬时功率较小C 从开始运动至落地 A球重力做功较大D 从开始运动至落地 重力对A小球做功的平均功率较小 答案B 2 2015 海南单科 3 假设摩托艇受到的阻力的大小正比于它的速率 如果摩托艇发动机的输出功率变为原来的2倍 则摩托艇的最大速率变为原来的 D 3 多选 2015 济南市3月高考模拟 一滑块放在水平面上 从t 0时刻开始对滑块施加一水平方向的恒力F 使滑块由静止开始运动 恒力F作用的时间为t1 如图6所示为滑块在整个过程中的速度随时间的变化规律 且图线的倾角 若0 t1时间内恒力F做的功以及滑块克服摩擦力做的功分别为W和W1 恒力F做功的平均功率以及滑块克服摩擦力做功的平均功率分别为P和P1 t1 t2时间内滑块克服摩擦力做的功与克服摩擦力做功的平均功率分别为W2 P2 则下列关系式正确的是 图6 A W W1 W2B W1 W2C P P1 P2D P1 P2 答案ACD 4 2015 宁波市高三期末考试 动车组列车是由几节自带动力的车厢 动车 加几节不带动力的车厢 拖车 编成一组 它将动力装置分散安装在多节车厢上 如图7所示 某车次动车组由8节车厢连接而成 每节车厢平均质量为m 20t 其中第1节 第3节 第6节 第8节是带动力的 每节动车可以提供P0 750kW的额定功率 设动车组在平直路面上行驶 每节动车在行驶中的输出功率相同 每节车厢受到的阻力恒为重力的0 025 g取10m s2 求 图7 1 动车组行驶所能达到的最大速度 2 当动车组以加速度a 0 5m s2加速行驶时 第3节动车对第4节拖车的作用力大小 3 若动车组以额定功率启动 经400s时间加速后以最大速度匀速行驶 则整个加速过程中所通过的路程为多少 代入数据解得s 18750m答案 1 75m s 2 1 5 104N 3 18750m 考向二几个重要功能关系的应用 核心知识 规律方法 1 常见的功能关系 1 合外力做功与动能的关系 W合 Ek 2 重力做功与重力势能的关系 WG Ep 3 弹力做功与弹性势能的关系 W弹 Ep 4 除重力以外其他力做功与机械能的关系 W其他 E机 5 滑动摩擦力做功与内能的关系 Ffx相对 E内 2 解答功能关系这类问题的关键分析清楚物体的运动过程 以及过程中力做功的情况 明确力做功对应的能量转化 1 2015 清远市高三期末调研考试 滑雪运动员沿斜坡下滑了一段距离 重力对他做功为2000J 运动员克服阻力做功100J 则运动员的 A 机械能减小了100JB 动能增加了2100JC 重力势能减小了1900JD 重力势能增加了2000J A 解析运动员下滑过程中 减少的重力势能等于重力做的功2000J 由于克服阻力做功100J 由能量守恒定律可知 运动员的机械能减少了100J 由动能定理可知 运动员增加的动能为 Ek 2000 100 J 1900J 选项B C D错误 A正确 2 足够长的水平传送带以恒定速度v匀速运动 某时刻一个质量为m的小物块以大小也是v 方向与传送带的运动方向相反的初速度冲上传送带 最后小物块的速度与传送带的速度相同 在小物块与传送带间有相对运动的过程中 滑动摩擦力对小物块做的功为W 小物块与传送带间因摩擦产生的热量为Q 则下列判断中正确的是 答案B 3 2015 天津理综 5 如图8所示 固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环 圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接 弹簧的另一端连接在墙上 且处于原长状态 现让圆环由静止开始下滑 已知弹簧原长为L 圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L 未超过弹性限度 则在圆环下滑到最大距离的过程中 图8 答案B 4 如图9所示 质量为M 8kg的长木板放在光滑水平面上 在木板左端施加F 12N的水平推力 当木板向右运动的速度达到v0 1 5m s时 在其右端轻轻放上一个大小不计 质量为m 2kg的铁块 铁块与木板间的动摩擦因数 0 2 木板足够长 取g 10m s2 求 图9 1 当二者达到相同速度时 木板对铁块以及铁块对木板所做的功 2 当二者达到相同速度时 木板和铁块之间因摩擦所产生的热量 答案 1 9J 13 5J 2 4 5J 1 功能关系的应用 三注意 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因 在不同问题中的具体表现不同 2 功和能分析 对滑块和滑板分别运用动能定理 或者对系统运用能量守恒定律 如图所示 要注意区分三个位移 求摩擦力对滑块做功时用滑块对地的位移x滑 求摩擦力对滑板做功时用滑板对地的位移x板 求摩擦生热时用相对滑动的路程x相 核心知识 考向三动力学方法和动能定理 机械能守恒定律的综合应用 3 规律方法 1 若一个物体或多个物体参与了多个运动过程 有的过程只涉及运动和力的问题或只要求分析物体的动力学特点 则要用动力学方法求解 2 若某过程涉及做功和能量转化问题 则要考虑应用动能定理 机械能守恒定律或功能关系求解 1 2014 新课标全国卷 17 如图10所示 一质量为M的光滑大圆环 用一细轻杆固定在竖直平面内 套在大环上质量为m的小环 可视为质点 从大环的最高处由静止滑下 重力加速度大小为g 当小环滑到大环的最低点时 大环对轻杆拉力的大小为 图10 A Mg 5mgB Mg mgC Mg 5mgD Mg 10mg 答案C 2 多选 如图11甲所示 轻杆一端与质量为1kg 可视为质点的小球相连 另一端可绕光滑固定轴在竖直平面内自由转动 现使小球在竖直平面内做圆周运动 经最高点开始计时 取水平向右为正方向 小球的水平分速度v随时间t的变化关系如图乙所示 A B C三点分别是图线与纵轴 横轴的交点 图线上第一周期内的最低点 该三点的纵坐标分别是1 0 5 g取10m s2 不计空气阻力 下列说法中正确的是 图11 A 轻杆的长度为0 6mB 小球经最高点时 杆对它的作用力方向竖直向上C B点对应时刻小球的速度为3m sD 曲线AB段与坐标轴所围图形的面积为0 5m 答案AB 3 2015 山东理综 23 如图12甲所示 物块与质量为m的小球通过不可伸长的轻质细绳跨过两等高定滑轮连接 物块置于左侧滑轮正下方的表面水平的压力传感装置上 小球与右侧滑轮的距离为l 开始时物块和小球均静止 将此时传感装置的示数记为初始值 现给小球施加一始终垂直于l段细绳的力 将小球缓慢拉起至细绳与竖直方向成60 角 如图乙所示 此时传感装置的示数为初始值的1 25倍 再将小球由静止释放 当运动至最低位置时 传感装置的示数为初始值的0 6倍 不计滑轮的大小和摩擦 重力加速度的大小为g 求 图12 1 物块的质量 2 从释放到运动至最低位置的过程中 小球克服空气阻力所做的功 解析 1 设开始时细绳的拉力大小为T1 传感装置的初始值为F1 物块质量为M 由平衡条件得对小球 T1 mg 对物块 F1 T1 Mg 当细绳与竖直方向的夹角为60 时 设细绳的拉力大小为T2 传感装置的示数为F2 据题意可知 F2 1 25F1 由平衡条件得对小球 T2 mgcos60 对物块 F2 T2 Mg 联立 式 代入数据得M 3m 答案 1 3m 2 0 1mgl 图13 1 小球初速度v0的大小 2 小球滑过C点时的速率vC 3 要使小球不离开轨道 则竖直圆弧轨道的半径R应该满足什么条件 高频考点五动力学观点和能量观点的综合应用 规律的优先原则 1 涉及运动时间或相互作用时间 宜优先选取牛顿第二定律和运动学公式 2 对单个物体 宜选用动能定理 特别是涉及位移的应优先选用动能定理 3 若是多个物体组成的系统 则优先考虑机械能守恒定律和能量守恒定律 4 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 6分 2014 安徽卷 如图14所示 有一内壁光滑的闭合椭圆形管道 置于竖直平面内 MN是通过椭圆中心O点的水平线 已知一小球从M点出发 初速率为v0 沿管道MPN运动 到N点的速率为v1 所需时间为t1 若该小球仍由M点以初速率v0出发 而沿管道MQN运动 到N点的速率为v2 所需时间为t2 则 A v1 v2 t1 t2B v1 v2 t1 t2C v1 v2 t1 t2D v1 v2 t1 t2 图14 审题流程第1步 抓关键点 获取信息 2 第2步 找突破口 明确思路 解析思路 小球在运动过程中机械能守恒 沿管道MPN运动时 重力势能先增加后减少 则动能先减少后增加 沿管道MQN运动时 重力势能先减少后增加 则动能先增加后减少 并且v1 v2 小球沿管道MPN运动到N点与沿管道MQN运动到N点的路程相等 而沿管道MPN运动比沿管道MQN运动的平均速率小 所以沿管道MPN运动到N点比沿管道MQN运动到N点的时间长 即t1 t2 故选项A正确 思路 由机械能守恒定律得 小球两次到达N点速率相同 即v1 v2 画出小球由M P N及由M Q N的速率 时间图象如右图中 所示 则图线与坐标轴所围成的 面积 表示小球的路程 两次的路程相等 故t1 t2 选项A正确 答案A 图15 20分 2015 福建理综 21 如图15 质量为M的小车静止在光滑水平面上 小车AB段是半径为R的四分之一圆弧光滑轨道 BC段是长为L的水平粗糙轨道 两段轨道相切于B点 一质量为m的滑块在小车上从A点由静止开始沿轨道滑下 重力加速度为g