高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題訓(xùn)練四 第1課時(shí) 功能關(guān)系在力學(xué)中的應(yīng)用

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1、高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題訓(xùn)練四 第1課時(shí) 功能關(guān)系在力學(xué)中的應(yīng)用專(zhuān)題定位本專(zhuān)題主要用功能的觀點(diǎn)解決物體的運(yùn)動(dòng)和帶電體、帶電粒子、導(dǎo)體棒在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題考查的重點(diǎn)有以下幾方面：重力、摩擦力、靜電力和洛倫茲力的做功特點(diǎn)和求解；與功、功率相關(guān)的分析與計(jì)算；幾個(gè)重要的功能關(guān)系的應(yīng)用；動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用；綜合應(yīng)用機(jī)械能守恒定律和能量守恒定律分析問(wèn)題本專(zhuān)題是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，命題情景新，聯(lián)系實(shí)際密切，綜合性強(qiáng)，側(cè)重在計(jì)算題中命題，是高考的壓軸題應(yīng)考策略深刻理解功能關(guān)系，抓住兩種命題情景搞突破：一是綜合應(yīng)用動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律和能量守恒定律，結(jié)合動(dòng)力學(xué)方法解決多運(yùn)動(dòng)過(guò)程問(wèn)題；二是運(yùn)用動(dòng)能定理和能

2、量守恒定律解決電場(chǎng)、磁場(chǎng)內(nèi)帶電粒子運(yùn)動(dòng)或電磁感應(yīng)問(wèn)題第1課時(shí)功能關(guān)系在力學(xué)中的應(yīng)用1常見(jiàn)的幾種力做功的特點(diǎn)(1)重力、彈簧彈力、靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)(2)摩擦力做功的特點(diǎn)單個(gè)摩擦力(包括靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力)可以做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功相互作用的一對(duì)靜摩擦力做功的代數(shù)和總等于零，在靜摩擦力做功的過(guò)程中，只有機(jī)械能的轉(zhuǎn)移，沒(méi)有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；相互作用的一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的代數(shù)和不為零，且總為負(fù)值在一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的過(guò)程中，不僅有相互摩擦物體間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移，還有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量等于系統(tǒng)機(jī)械能的減少量，等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積摩擦生熱是指滑動(dòng)摩擦生熱，靜

3、摩擦不會(huì)生熱2幾個(gè)重要的功能關(guān)系(1)重力的功等于重力勢(shì)能的變化，即WGEp.(2)彈力的功等于彈性勢(shì)能的變化，即W彈Ep.(3)合力的功等于動(dòng)能的變化，即WEk.(4)重力(或彈簧彈力)之外的其他力的功等于機(jī)械能的變化，即W其他E.(5)一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做的功等于系統(tǒng)中內(nèi)能的變化，即QFfl 相對(duì)1動(dòng)能定理的應(yīng)用(1)動(dòng)能定理的適用情況：解決單個(gè)物體(或可看成單個(gè)物體的物體系統(tǒng))受力與位移、速率關(guān)系的問(wèn)題動(dòng)能定理既適用于直線運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線運(yùn)動(dòng)；既適用于恒力做功，也適用于變力做功，力可以是各種性質(zhì)的力，既可以同時(shí)作用，也可以分段作用(2)應(yīng)用動(dòng)能定理解題的基本思路選取研究對(duì)象，明確它的運(yùn)動(dòng)過(guò)

4、程分析研究對(duì)象的受力情況和各力做功情況，然后求各個(gè)外力做功的代數(shù)和明確物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程初、末狀態(tài)的動(dòng)能Ek1和Ek2.列出動(dòng)能定理的方程W合Ek2Ek1，及其他必要的解題方程，進(jìn)行求解2機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用(1)機(jī)械能是否守恒的判斷用做功來(lái)判斷，看重力(或彈簧彈力)以外的其他力做功的代數(shù)和是否為零用能量轉(zhuǎn)化來(lái)判斷，看是否有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能對(duì)一些“繩子突然繃緊”、“物體間碰撞”等問(wèn)題，機(jī)械能一般不守恒，除非題目中有特別說(shuō)明及暗示(2)應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的基本思路選取研究對(duì)象物體系統(tǒng)根據(jù)研究對(duì)象所經(jīng)歷的物理過(guò)程，進(jìn)行受力、做功分析，判斷機(jī)械能是否守恒恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面，確定研究對(duì)象在運(yùn)動(dòng)

5、過(guò)程的初、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程，進(jìn)行求解.考向1力學(xué)中的幾個(gè)重要功能關(guān)系的應(yīng)用例1如圖1所示，足夠長(zhǎng)傳送帶與水平方向的傾角為，物塊a通過(guò)平行于傳送帶的輕繩跨過(guò)光滑輕滑輪與物塊b相連，b的質(zhì)量為m，開(kāi)始時(shí)a、b及傳送帶均靜止，且a不受傳送帶摩擦力作用，現(xiàn)讓傳送帶逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則在b上升h高度(未與滑輪相碰)過(guò)程中()圖1A物塊a重力勢(shì)能減少mghB摩擦力對(duì)a做的功大于a機(jī)械能的增加C摩擦力對(duì)a做的功小于物塊a、b動(dòng)能增加之和D任意時(shí)刻，重力對(duì)a、b做功的瞬時(shí)功率大小相等審題突破重力勢(shì)能的變化和什么力做功相對(duì)應(yīng)？機(jī)械能的變化和什么力做功相對(duì)應(yīng)？動(dòng)能的變化又和什么力做功相對(duì)應(yīng)？

6、解析由題意magsin mbg，則ma.b上升h，則a下降hsin ，則a重力勢(shì)能的減少量為maghsin mgh，故A正確摩擦力對(duì)a做的功等于a、b機(jī)械能的增加量所以摩擦力對(duì)a做的功大于a的機(jī)械能增加量因?yàn)橄到y(tǒng)重力勢(shì)能不變，所以摩擦力做的功等于系統(tǒng)動(dòng)能的增加量，故B正確，C錯(cuò)誤任意時(shí)刻a、b的速率相等，對(duì)b，克服重力的瞬時(shí)功率Pbmgv，對(duì)a有：Pamagvsin mgv，所以重力對(duì)a、b做功的瞬時(shí)功率大小相等，故D正確故選A、B、D.答案ABD以題說(shuō)法注意幾個(gè)功能關(guān)系：重力做的功等于重力勢(shì)能的變化量；彈簧彈力做的功等于彈性勢(shì)能的變化量；重力以外的其他力做的功等于機(jī)械能的變化量；合力做的功等

7、于動(dòng)能的變化量 (xx廣東16)圖2是安裝在列車(chē)車(chē)廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖，圖中和為楔塊，和為墊板，楔塊與彈簧盒、墊板間均有摩擦，在車(chē)廂相互撞擊使彈簧壓縮的過(guò)程中()圖2A緩沖器的機(jī)械能守恒B摩擦力做功消耗機(jī)械能C墊板的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能答案B解析由于車(chē)廂相互撞擊彈簧壓縮的過(guò)程中存在克服摩擦力做功，所以緩沖器的機(jī)械能減少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；彈簧壓縮的過(guò)程中，墊板的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和彈簧的彈性勢(shì)能，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤考向2動(dòng)力學(xué)方法和動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用例2如圖3甲所示，用固定的電動(dòng)機(jī)水平拉著質(zhì)量m2 kg的小物塊和質(zhì)量M1 kg的平板以相同的速度一起向右勻速運(yùn)動(dòng)，物塊位

8、于平板左側(cè)，可視為質(zhì)點(diǎn)在平板的右側(cè)一定距離處有臺(tái)階阻擋，平板撞上后會(huì)立刻停止運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率保持P3 W不變從某時(shí)刻t0起，測(cè)得物塊的速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示，t6 s后可視為勻速運(yùn)動(dòng)，t10 s時(shí)物塊離開(kāi)木板重力加速度g10 m/s2，求：圖3(1)平板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為多大？(2)物塊在1 s末和3 s末受到的摩擦力各為多大？(3)平板長(zhǎng)度L為多少？審題突破“平板以相同的速度一起向右勻速運(yùn)動(dòng)”隱含什么條件？求平板長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)該選取哪段過(guò)程？電機(jī)的牽引力是恒力還是變力？怎么表示其做功的大?。拷馕?1)由題圖可知，前2 s內(nèi)物塊和平板一起做勻速運(yùn)動(dòng)，對(duì)整體分析，在水平方向上受到水平向右的拉

9、力和地面給平板的滑動(dòng)摩擦力，此二力的合力為零拉力大小為：FT1滑動(dòng)摩擦力大小為：Ff(Mm)g由平衡條件可得：(Mm)g可得：0.2(2)物塊在1 s末時(shí)與平板一起做勻速運(yùn)動(dòng)，合力為零物塊受到水平向右的拉力與水平向左的靜摩擦力，因此靜摩擦力大小為：Ff1FT16 N物塊在2 s末之后與平板發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，之后物塊與平板間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力且大小保持不變物塊在6 s后可視為勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)物塊受到的合力為零，即拉力與滑動(dòng)摩擦力大小相等方向相反，即：Ff2FT210 N物塊在3 s末時(shí)受到的滑動(dòng)摩擦力大小與6 s后受到的摩擦力大小相等，為10 N.(3)依題意，物塊在2 s末之后一直到10 s時(shí)，物

10、塊從平板的一端運(yùn)動(dòng)到另一端，對(duì)物塊由動(dòng)能定理得：PtFf2Lmvmv代入解得：L2.416 m答案(1)0.2(2)6 N10 N(3)2.416 m以題說(shuō)法1.在應(yīng)用動(dòng)能定理解題時(shí)首先要弄清物體的受力情況和做功情況此題特別要注意地面對(duì)木板的滑動(dòng)摩擦力為(Mm)g.2應(yīng)用動(dòng)能定理列式時(shí)要注意運(yùn)動(dòng)過(guò)程的選取，可以全過(guò)程列式，也可以分過(guò)程列式 如圖4，傳送帶A、B之間的距離為L(zhǎng)3.2 m，與水平面間夾角37，傳送帶沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，速度恒為v2 m/s，在上端A點(diǎn)無(wú)初速度放置一個(gè)質(zhì)量為m1 kg、大小可視為質(zhì)點(diǎn)的金屬塊，它與傳送帶的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，金屬塊滑離傳送帶后，經(jīng)過(guò)彎道，沿半徑R0.4

11、m的光滑圓軌道做圓周運(yùn)動(dòng)，剛好能通過(guò)最高點(diǎn)E，已知B、D兩點(diǎn)的豎直高度差為h0.5 m(取g10 m/s2)求：圖4(1)金屬塊經(jīng)過(guò)D點(diǎn)時(shí)的速度；(2)金屬塊在BCD彎道上克服摩擦力做的功答案(1)2 m/s(2)3 J解析(1)對(duì)金屬塊在E點(diǎn)，mgm，vE2 m/s在從D到E過(guò)程中，由動(dòng)能定理得：mg2RmvmvvD2 m/s(2)金屬塊剛剛放上時(shí)，mgsin mgcos ma1，a110 m/s2設(shè)經(jīng)位移x1達(dá)到共同速度，v22ax1，x10.2 mtan ，滑塊在軌道bc上停止后不再下滑滑塊在兩個(gè)斜面上運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間：t總t1t2(7.50.16) s7.66 s7如圖7所示，一滑板愛(ài)好者

12、總質(zhì)量(包括裝備)為50 kg，從以O(shè)為圓心，半徑為R1.6 m光滑圓弧軌道的A點(diǎn)(60)由靜止開(kāi)始下滑，到達(dá)軌道最低點(diǎn)B后(OB在同一豎直線上)，滑板愛(ài)好者沿水平切線飛出，并恰好從C點(diǎn)以平行斜面方向的速度進(jìn)入傾角為37的斜面，若滑板與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，斜面長(zhǎng)s6 m(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：圖7(1)滑板愛(ài)好者在B、C間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(2)滑板愛(ài)好者到達(dá)斜面底端時(shí)的速度大小答案(1)0.3 s(2)7 m/s解析(1)滑板愛(ài)好者在圓軌道AB間運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得mgR(1cos 60)mv由得vB4 m/s滑板愛(ài)好者在BC間做平拋運(yùn)動(dòng)，在C點(diǎn)

13、：豎直方向的分速度vCyvBtan 373 m/s由vCygt得平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t0.3 s(2)在C點(diǎn)，由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知：vCvB/cos 375 m/s滑板愛(ài)好者在斜面上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由動(dòng)能定理可得：mgssin mgscos mvmv由得vD7 m/s題組3綜合應(yīng)用動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)分析多過(guò)程問(wèn)題8(xx山東臨沂三模)如圖8所示，在粗糙水平臺(tái)階上靜止放置一質(zhì)量m0.5 kg的小物塊，它與水平臺(tái)階表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5，且與臺(tái)階邊緣O點(diǎn)的距離s5 m在臺(tái)階右側(cè)固定了一個(gè)以O(shè)點(diǎn)為圓心的圓弧形擋板，并以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系現(xiàn)用F5 N的水平恒力拉動(dòng)小物塊，一段時(shí)間后撤去拉力，小物塊最

14、終水平拋出并擊中擋板(g10 m/s2)圖8(1)若小物塊恰能擊中擋板的上邊緣P點(diǎn)，P點(diǎn)的坐標(biāo)為(1.6 m,0.8 m)，求其離開(kāi)O點(diǎn)時(shí)的速度大?。?2)為使小物塊擊中擋板，求拉力F作用的距離范圍；(3)改變拉力F的作用時(shí)間，使小物塊擊中擋板的不同位置，求擊中擋板時(shí)小物塊動(dòng)能的最小值(結(jié)果可保留根式)答案(1)4 m/s(2)2.5 mx3.3 m(3)2 J解析(1)小物塊從O到P做平拋運(yùn)動(dòng)水平方向：xv0t豎直方向：ygt2解得：v04 m/s(2)為使小物塊擊中擋板，小物塊必須能運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)，設(shè)拉力F作用的最短距離為x1，由動(dòng)能定理得：Fx1mgs0解得x12.5 m為使小物塊擊中擋板，小物塊的平拋初速度不能超過(guò)4 m/s，設(shè)拉力F作用的最長(zhǎng)距離為x2，由動(dòng)能定理得：Fx2mgsmv解得x23.3 m則為使小物塊擊中擋板，拉力F作用的距離范圍為：25 mx3.3 m(3)設(shè)小物塊擊中擋板的任意點(diǎn)坐標(biāo)為(x，y)，則xv0tygt2由機(jī)械能守恒得：Ekmv02mgy又x2y2R2，由P點(diǎn)坐標(biāo)可求R23.2化簡(jiǎn)得Eky由數(shù)學(xué)方法求得Ekmin2 J