三維設計高考物理二輪復習廣東專 專題功和能

三維設計高考物理二輪復習廣東專三維設計高考物理二輪復習廣東專 專題專題 功和能功和能備考方向要明了備考方向要明了主要問題主要問題 應用功能關系和能量守恒定律解決物體的運動問題應用功能關系和能量守恒定律解決物體的運動問題主要考點主要考點功和能的計算；功和能的計算；動能定理；動能定理；機械能守恒定律；機械能守恒定律；功功能關系、能量守恒能關系、能量守恒主要方法主要方法功的計算中的公式法、轉換法、平均力法等；功的計算中的公式法、轉換法、平均力法等；動能定理和機械能守恒定律應用中的整體法動能定理和機械能守恒定律應用中的整體法主要策略主要策略復習時要重視對基本概念和規(guī)律的應用，在掌握動能定理、復習時要重視對基本概念和規(guī)律的應用，在掌握動能定理、能量守恒的基礎上，加大與牛頓運動定律、運動的合成與能量守恒的基礎上，加大與牛頓運動定律、運動的合成與分解、圓周運動等核心內容的綜合訓練，還要密切關注聯(lián)分解、圓周運動等核心內容的綜合訓練，還要密切關注聯(lián)系生活、生產實際、現(xiàn)代科技及能源環(huán)保的問題系生活、生產實際、現(xiàn)代科技及能源環(huán)保的問題第1頁/共69頁第2頁/共69頁第3頁/共69頁第4頁/共69頁第5頁/共69頁(1) 機車以恒定功率啟動過程中牽引力是變力，發(fā)動機做機車以恒定功率啟動過程中牽引力是變力，發(fā)動機做的功只能用的功只能用WPt計算，而以恒定加速度啟動時，發(fā)計算，而以恒定加速度啟動時，發(fā)動機的功率在不斷增大，所以發(fā)動機做的功只能用動機的功率在不斷增大，所以發(fā)動機做的功只能用WFl計算。計算。(2) PFv中的中的F僅是機動車的牽引力，而非機動車所受僅是機動車的牽引力，而非機動車所受合合力。同時還要注意勻加速過程的最大速度力。同時還要注意勻加速過程的最大速度v1和全程的和全程的最大速度最大速度vm的區(qū)別及求解方法。的區(qū)別及求解方法。第6頁/共69頁二、對動能定理的理解二、對動能定理的理解(1)動能定理中動能定理中“外力外力”指作用在物體上包含重力在內的所指作用在物體上包含重力在內的所有外力。求功的代數(shù)和時要注意功的正、負。有外力。求功的代數(shù)和時要注意功的正、負。(2)不論物體做什么形式的運動，其受力如何，動能定理不論物體做什么形式的運動，其受力如何，動能定理總是適用的?？偸沁m用的。(3)動能定理表達式中的動能定理表達式中的“”表示一種因果聯(lián)系的數(shù)值上表示一種因果聯(lián)系的數(shù)值上相等的符號，說明了功是引起物體動能變化的原因。相等的符號，說明了功是引起物體動能變化的原因。(4)動能定理以單個物體為研究對象，表達式動能定理以單個物體為研究對象，表達式W合合Ek是是個標量方程式。個標量方程式。第7頁/共69頁三、對功能關系和能量守恒定律的理解三、對功能關系和能量守恒定律的理解1常見的功能關系常見的功能關系第8頁/共69頁第9頁/共69頁2對能量轉化和守恒定律的進一步理解對能量轉化和守恒定律的進一步理解(1)某種形式能量的減少，一定存在另外形式能量的增加，某種形式能量的減少，一定存在另外形式能量的增加，且且減少量與增加量相等。減少量與增加量相等。(2)某個物體能量的減少，一定存在別的物體能量的增加，某個物體能量的減少，一定存在別的物體能量的增加，且且減少量與增加量相等。減少量與增加量相等。(3)機械能守恒定律是有條件的，能量守恒定律是無條件的。機械能守恒定律是有條件的，能量守恒定律是無條件的。第10頁/共69頁第11頁/共69頁第12頁/共69頁1.恒力的功恒力的功 WFlcos。2變力的功變力的功(1)變力變力F的功率的功率P恒定，恒定，WPt。(2)利用動能定理及功能關系等方法間接求解，即利用動能定理及功能關系等方法間接求解，即W合合ek 或或WE。(3)轉換法也叫等效替代，即若某一變力做的功和某一恒力轉換法也叫等效替代，即若某一變力做的功和某一恒力 做的功相等，可以通過計算該恒力做的功來求變力做的功。做的功相等，可以通過計算該恒力做的功來求變力做的功。第13頁/共69頁第14頁/共69頁1一滑塊在水平地面上沿直線滑行，一滑塊在水平地面上沿直線滑行，t0時速度為時速度為1 m/s。 從此刻開始在滑塊運動方向上再施加一水平作用力，力從此刻開始在滑塊運動方向上再施加一水平作用力，力 F和滑塊的速度和滑塊的速度v隨時間的變化規(guī)律分別如圖隨時間的變化規(guī)律分別如圖43甲和圖甲和圖 乙所示。設在第乙所示。設在第1 s內、第內、第2 s內、第內、第3 s內力內力F對滑塊做的對滑塊做的 功分別為功分別為W1、W2、W3。如何比較這三個功的大小關系？。如何比較這三個功的大小關系？ 圖圖43第15頁/共69頁解析：解析：在這三段時間內，拉力在這三段時間內，拉力F均為恒力，可先由均為恒力，可先由vt圖像求出各段時間內的位移，再用恒力做功的公式計圖像求出各段時間內的位移，再用恒力做功的公式計算各功的大小，即可得出算各功的大小，即可得出W1W2W3。答案：答案：見解析見解析第16頁/共69頁第17頁/共69頁(1)對涉及單個物體的受力、位移及過程始、末速度的問對涉及單個物體的受力、位移及過程始、末速度的問 題的分析，尤其不涉及時間時，應優(yōu)先考慮用動能定題的分析，尤其不涉及時間時，應優(yōu)先考慮用動能定 理求解。理求解。(2)若物體運動包含幾個不同過程時，可分段運用動能定若物體運動包含幾個不同過程時，可分段運用動能定理列式，也可以全程列式理列式，也可以全程列式(當所求解的問題不涉及中當所求解的問題不涉及中間速度時間速度時)。第18頁/共69頁(3)應用動能定理解題的思路和一般步驟應用動能定理解題的思路和一般步驟確定研究對象和物理過程，找出始末狀態(tài)的速度情確定研究對象和物理過程，找出始末狀態(tài)的速度情況；況；分析研究對象的受力情況分析研究對象的受力情況(包括重力包括重力)，求出各力做，求出各力做功的代數(shù)和，注意求功時，位移必須是相對地面的；功的代數(shù)和，注意求功時，位移必須是相對地面的；確定過程始、末狀態(tài)的動能，以及動能的變化量；確定過程始、末狀態(tài)的動能，以及動能的變化量；利用動能定理列方程求解。要注意方程的左邊是功，利用動能定理列方程求解。要注意方程的左邊是功，右邊是動能的變化量。右邊是動能的變化量。第19頁/共69頁2如圖如圖44，ABCD為一豎直平面的為一豎直平面的軌道，其中軌道，其中BC水平，水平，A點比點比BC高高出出H10 m，BC長長l1 m，AB和和CD軌道光滑。一質量為軌道光滑。一質量為m1 kg的的 圖圖44物體，從物體，從A點以點以v14 m/s的速度開始運動，經過的速度開始運動，經過BC后后滑到高出滑到高出C點點h10.3 m的的D點時速度為零。求：點時速度為零。求：(g10 m/s2)(1)物體與物體與BC軌道的動摩擦因數(shù)。軌道的動摩擦因數(shù)。(2)物體第物體第5次經過次經過B點時的速度。點時的速度。(3)物體最后停止的位置物體最后停止的位置(距距B點點)。第20頁/共69頁解析：解析：本題明確給出物體在本題明確給出物體在A、D兩點的速度和高度，兩點的速度和高度，從從A點到點到D點過程的受力情況及其做功也容易分析，可點過程的受力情況及其做功也容易分析，可以應用動能定理研究，直接得到物體與以應用動能定理研究，直接得到物體與BC軌道的動摩擦軌道的動摩擦因數(shù)。滑動摩擦力做功與實際路徑的長短有關，特別是因數(shù)?；瑒幽Σ亮ψ龉εc實際路徑的長短有關，特別是研究多過程運動時研究多過程運動時(如從開始運動至物體第如從開始運動至物體第5次經過次經過B點點或物體最后停止或物體最后停止)，往往全程考慮應用動能定理研究，克，往往全程考慮應用動能定理研究，克服摩擦力做功應表示為摩擦力與總路程的乘積。服摩擦力做功應表示為摩擦力與總路程的乘積。第21頁/共69頁第22頁/共69頁答案：答案：(1)0.5(2)13.3 m/s(3)0.4 m第23頁/共69頁第24頁/共69頁1.應注意的問題應注意的問題(1)研究對象的選取。研究對象的選取。有的問題選單個物體為研究對象，機械能不有的問題選單個物體為研究對象，機械能不守恒，但選此物體與其他幾個物體組成的系守恒，但選此物體與其他幾個物體組成的系統(tǒng)為研究對象，機械能卻是守恒的，如圖統(tǒng)為研究對象，機械能卻是守恒的，如圖45所示，單選所示，單選A機械能減少，但機械能減少，但A、B二二者組成的系統(tǒng)機械能守恒。者組成的系統(tǒng)機械能守恒。 圖圖45第25頁/共69頁(2)研究過程的選取。研究過程的選取。有些問題研究對象的運動過程分幾個階段，有的階段機有些問題研究對象的運動過程分幾個階段，有的階段機械能守恒，而有的階段機械能不守恒，因此在應用機械械能守恒，而有的階段機械能不守恒，因此在應用機械能守恒定律解題時要注意過程的選取。能守恒定律解題時要注意過程的選取。第26頁/共69頁(3)表達式的選取。表達式的選取。機械能守恒的表達式有三種不同的形式機械能守恒的表達式有三種不同的形式系統(tǒng)初、末態(tài)總機械能相等，即系統(tǒng)初、末態(tài)總機械能相等，即E1E2。系統(tǒng)減少的總重力勢能系統(tǒng)減少的總重力勢能Ep減減等于系統(tǒng)增加的總動能等于系統(tǒng)增加的總動能Ek增增，即，即Ep減減Ek增增或或Ep增增Ek減減。若系統(tǒng)只有若系統(tǒng)只有A、B兩物體，則兩物體，則A減少的機械能減少的機械能EA減減等等于于B增加的機械能增加的機械能EB增增。第一種表達式是從第一種表達式是從“守恒守恒”的角度反映機械能守恒，解題的角度反映機械能守恒，解題必須選取參考平面，而后兩種表達式都是從必須選取參考平面，而后兩種表達式都是從“轉化轉化”的角的角度來反映機械能守恒，不必選取參考平面。度來反映機械能守恒，不必選取參考平面。第27頁/共69頁2機械能守恒的判定機械能守恒的判定(1)利用機械能的定義判斷，分析動能和勢能的和是否變化。利用機械能的定義判斷，分析動能和勢能的和是否變化。(2)用做功判斷，若物體或系統(tǒng)只有重力做功用做功判斷，若物體或系統(tǒng)只有重力做功(或彈簧彈力做或彈簧彈力做功，或有其他力做功但其他力做功的代數(shù)和為零功，或有其他力做功但其他力做功的代數(shù)和為零)，則機，則機械能守恒。械能守恒。(3)根據(jù)能量轉化來判斷，若系統(tǒng)中只有動能與勢能的相互根據(jù)能量轉化來判斷，若系統(tǒng)中只有動能與勢能的相互轉化，則系統(tǒng)的機械能守恒。轉化，則系統(tǒng)的機械能守恒。(4)對一些繩子突然繃緊，物體間非彈性碰撞等問題機械能對一些繩子突然繃緊，物體間非彈性碰撞等問題機械能一般不守恒，特別說明除外。一般不守恒，特別說明除外。第28頁/共69頁3一質量為一質量為50 kg的男孩在距離河流的男孩在距離河流40 m高的橋上作高的橋上作“蹦極蹦極跳跳”，未跳前長度，未跳前長度AB為為14 m的彈性繩一端縛著他的雙的彈性繩一端縛著他的雙腳，另一端則固定在橋上的腳，另一端則固定在橋上的A點，如圖點，如圖46甲所示，甲所示，然后男孩從橋面下墜直至貼近水面的最低點然后男孩從橋面下墜直至貼近水面的最低點D。男孩。男孩的速率的速率v跟下墜的距離跟下墜的距離s的變化關系如圖乙所示，假定的變化關系如圖乙所示，假定繩在整個運動過程中遵守胡克定律繩在整個運動過程中遵守胡克定律(不考慮空氣阻力、不考慮空氣阻力、男孩的大小和繩的質量男孩的大小和繩的質量)。求：。求：第29頁/共69頁圖圖46(1)當男孩在當男孩在D點時，繩所儲存的彈性勢能；點時，繩所儲存的彈性勢能；(2)彈性繩的勁度系數(shù)。彈性繩的勁度系數(shù)。(3)討論男孩在討論男孩在AB、BC和和CD期間運動時作用于男孩期間運動時作用于男孩的力的情況。的力的情況。第30頁/共69頁解析：解析：根據(jù)圖像可知，男孩的運動可分為三個不同的階根據(jù)圖像可知，男孩的運動可分為三個不同的階段，分別為自由落體運動、加速度減小的加速運動、加段，分別為自由落體運動、加速度減小的加速運動、加速度增大的減速運動。速度增大的減速運動。(1)整個運動過程中，只有重力和彈力做功，系統(tǒng)的機整個運動過程中，只有重力和彈力做功，系統(tǒng)的機械能守恒，故繩儲存的彈性勢能為：械能守恒，故繩儲存的彈性勢能為：Epmgh501040 J2104 J。第31頁/共69頁答案：答案：(1)2104 J(2)62.5 N/m(3)見解析見解析第32頁/共69頁第33頁/共69頁第34頁/共69頁第35頁/共69頁第36頁/共69頁命題視角命題視角2雙選雙選如圖如圖47所示，物體受到水平推力所示，物體受到水平推力F的的作用在粗糙水平面上做直線運動。通過力作用在粗糙水平面上做直線運動。通過力傳感器和速度傳感器監(jiān)測到推力傳感器和速度傳感器監(jiān)測到推力F、物體速、物體速 圖圖47度度v隨時間隨時間t變化的規(guī)律如圖變化的規(guī)律如圖48所示。取所示。取g10 m/s2。則。則()圖圖48第37頁/共69頁第38頁/共69頁第39頁/共69頁沖關錦囊沖關錦囊(1)計算功時，要注意分析受力情況和能量轉化情況，分清計算功時，要注意分析受力情況和能量轉化情況，分清是恒力的功還是變力的功，選用合適的方法進行計算。是恒力的功還是變力的功，選用合適的方法進行計算。(2)計算功率時，要明確是求瞬時功率還是平均功率，若求計算功率時，要明確是求瞬時功率還是平均功率，若求瞬時功率應明確是哪一時刻或位置，若求平均功率則瞬時功率應明確是哪一時刻或位置，若求平均功率則應明確是哪段時間內的平均功率。應明確是哪段時間內的平均功率。(3)對于圖像問題要首先看懂圖像的物理意義，根據(jù)圖像求對于圖像問題要首先看懂圖像的物理意義，根據(jù)圖像求出加速度、位移并明確求哪個力的功或功率是合力的出加速度、位移并明確求哪個力的功或功率是合力的功率還是某個力的功率。功率還是某個力的功率。第40頁/共69頁第41頁/共69頁命題視角命題視角1 如圖如圖49所示，用輕質細繩懸掛一質所示，用輕質細繩懸掛一質量為量為m0.5 kg的小圓球，圓球套在可沿的小圓球，圓球套在可沿水平方向移動的框架槽內，框架槽豎直放水平方向移動的框架槽內，框架槽豎直放置在水平面上。自細繩靜止在豎直位置開置在水平面上。自細繩靜止在豎直位置開始，框架槽在水平力始，框架槽在水平力F20 N的恒力作用的恒力作用 圖圖49下移至圖中位置，此時細繩與豎直方向的夾角為下移至圖中位置，此時細繩與豎直方向的夾角為30，繩長繩長L0.2 m，不計一切摩擦，不計一切摩擦，g取取10 m/s2。第42頁/共69頁(1)求水平力求水平力F做的功；做的功；(2)若不計框架槽的質量，求小球在此位置的速度的大??；若不計框架槽的質量，求小球在此位置的速度的大??；(3)若框架槽的質量為若框架槽的質量為0.2 kg，求小球在此位置的速度的大小。，求小球在此位置的速度的大小。第43頁/共69頁第44頁/共69頁答案答案(1)2 J(2)2.73 m/s(3)2.40 m/s第45頁/共69頁命題視角命題視角2 (2011宜昌模擬宜昌模擬)如圖如圖411所示是游樂場中過山車的實物所示是游樂場中過山車的實物圖片及過山車的模型圖。在模型圖中半徑分別為圖片及過山車的模型圖。在模型圖中半徑分別為R12.0 m和和R28.0 m的兩個光滑圓形軌道，固定在傾角為的兩個光滑圓形軌道，固定在傾角為37斜軌斜軌道面上的道面上的Q、Z兩點，且兩圓形軌道的最高點兩點，且兩圓形軌道的最高點A、B均與均與P點平點平齊，圓形軌道與斜軌道之間圓滑連接，現(xiàn)使小車齊，圓形軌道與斜軌道之間圓滑連接，現(xiàn)使小車(視做質點視做質點)從從P點以一定的初速度沿斜面向下運動。已知斜軌道面與小點以一定的初速度沿斜面向下運動。已知斜軌道面與小車間的動摩擦因數(shù)為車間的動摩擦因數(shù)為1/24，g10 m/s2，sin370.6，cos370.8。問：。問：第46頁/共69頁圖圖411(1)若小車恰好能通過第一個圓形軌道的最高點若小車恰好能通過第一個圓形軌道的最高點A處，則其在處，則其在P點的初速度應為多大？點的初速度應為多大？(2)若小車在若小車在P點的初速度為點的初速度為10 m/s，則小車能否安全通過兩，則小車能否安全通過兩個個圓形軌道。圓形軌道。第47頁/共69頁第48頁/共69頁第49頁/共69頁沖關錦囊沖關錦囊運用動能定理時應注意運用動能定理時應注意(1)對于單個物體，若運動過程為多階段應用動能定理列式對于單個物體，若運動過程為多階段應用動能定理列式時，要注意運動過程的選取以及運動過程中各力的做時，要注意運動過程的選取以及運動過程中各力的做功情況。功情況。(2)對于物體做往復運動的問題，尤其要注意滑動摩擦力做對于物體做往復運動的問題，尤其要注意滑動摩擦力做功的情況，計算滑動摩擦力做的功，應用路程計算而功的情況，計算滑動摩擦力做的功，應用路程計算而不是用位移。不是用位移。第50頁/共69頁第51頁/共69頁命題視角命題視角1 (2011北京高考北京高考)如圖如圖412所示，長度所示，長度為為l的輕繩上端固定在的輕繩上端固定在O點，下端系一質量點，下端系一質量為為m的小球的小球(小球的大小可以忽略小球的大小可以忽略)。(1)在水平拉力在水平拉力F的作用下，輕繩與豎直方的作用下，輕繩與豎直方向的夾角為向的夾角為，小球保持靜止。畫出此時，小球保持靜止。畫出此時小球的受力圖，并求力小球的受力圖，并求力F的大?。坏拇笮。?圖圖412(2)由圖示位置無初速釋放小球，求當小球通過最低點時的速由圖示位置無初速釋放小球，求當小球通過最低點時的速度大小及輕繩對小球的拉力。不計空氣阻力。度大小及輕繩對小球的拉力。不計空氣阻力。第52頁/共69頁規(guī)范解題規(guī)范解題(1)受力圖如圖受力圖如圖413所示。所示。根據(jù)平衡條件，應滿足根據(jù)平衡條件，應滿足Tcosmg，TsinF拉力大小拉力大小Fmgtan 圖圖413第53頁/共69頁第54頁/共69頁第55頁/共69頁命題視角命題視角2 如圖如圖414所示，傾角為所示，傾角為的光滑斜面的光滑斜面上放有兩個質量均為上放有兩個質量均為m的小球的小球A和和B，兩球，兩球之間用一根長為之間用一根長為L的輕桿相連，下面的小球的輕桿相連，下面的小球 圖圖414B離斜面底端的高度為離斜面底端的高度為h。兩球從靜止開始下滑，不計球與。兩球從靜止開始下滑，不計球與地面碰撞時的機械能損失，且地面光滑，求：地面碰撞時的機械能損失，且地面光滑，求：(1)兩球在光滑水平面上運動時的速度大小；兩球在光滑水平面上運動時的速度大??；(2)整個運動過程中桿對整個運動過程中桿對A球所做的功。球所做的功。第56頁/共69頁第57頁/共69頁沖關錦囊沖關錦囊機械能守恒定律的三種表達式及用法機械能守恒定律的三種表達式及用法(1)守恒觀點：守恒觀點： 或或E1E2，運用此法求，運用此法求解只有一個物體解只有一個物體(實際是單個物體與地球組成的系統(tǒng)實際是單個物體與地球組成的系統(tǒng))的問的問題較方便，注意選好參考平面；題較方便，注意選好參考平面；(2)轉化觀點：轉化觀點：EpEk，此法的優(yōu)點是不用選取參考，此法的優(yōu)點是不用選取參考 平面；平面；(3)轉移觀點：轉移觀點：E增增E減減，此法適用于求解兩個或兩個，此法適用于求解兩個或兩個 以上物體以上物體(實際是兩個或兩個以上物體與地球組成的系統(tǒng)實際是兩個或兩個以上物體與地球組成的系統(tǒng)) 的問題。的問題。 1kE2kE2pE1pE第58頁/共69頁第59頁/共69頁命題視角命題視角1 如圖如圖415所示，一平直的傳送帶以所示，一平直的傳送帶以速度速度v2 m/s勻速運動，傳送帶把勻速運動，傳送帶把A處的處的 圖圖415工件不斷地運送到同一水平面上的工件不斷地運送到同一水平面上的B處，處，A、B相距相距L30 m。在在A處把工件輕輕放到傳送帶上，經過時間處把工件輕輕放到傳送帶上，經過時間t20 s能傳送到能傳送到B處，假設在處，假設在A處每隔相等時間放上一個工件，每小時能運送工處每隔相等時間放上一個工件，每小時能運送工件件7200個，每個工件的質量均為個，每個工件的質量均為m2 kg，(g取取10 m/s2)求：求：(1)傳送帶上靠近傳送帶上靠近B端的相鄰兩工件間的距離；端的相鄰兩工件間的距離；(2)帶動傳送帶的電動機的平均輸出功率帶動傳送帶的電動機的平均輸出功率(不計輪軸處的摩擦力不計輪軸處的摩擦力)第60頁/共69頁第61頁/共69頁答案答案(1)1 m(2)16 W 第62頁/共69頁第63頁/共69頁(1)小物塊剛到達小物塊剛到達C點時的速度大??；點時的速度大??；(2)小物塊剛要到達圓弧軌道末端小物塊剛要到達圓弧軌道末端C點時對軌道的壓力；點時對軌道的壓力；(3)要使小物塊不滑出長木板，木板長度要使小物塊不滑出長木板，木板長度L至少為多少？至少為多少？第64頁/共69頁第65頁/共69頁答案答案(1)4 m/s(2)50 N方向豎直向下方向豎直向下(3)4 m第66頁/共69頁沖關錦囊沖關錦囊 能量轉化與守恒的觀點是分析解決物理問題的最基本、能量轉化與守恒的觀點是分析解決物理問題的最基本、最普遍的觀點，解題中首先分清有多少種形式的能量在轉最普遍的觀點，解題中首先分清有多少種形式的能量在轉化，然后列出減少的能量化，然后列出減少的能量E減減和增加的能量和增加的能量E增增的等式求的等式求解。要注意多過程中容易忽視的瞬間機械能損失的問題，解。要注意多過程中容易忽視的瞬間機械能損失的問題，如繩子突然繃緊，物體間的碰撞等。如繩子突然繃緊，物體間的碰撞等。第67頁/共69頁點擊下圖進入點擊下圖進入第68頁/共69頁感謝您的觀看。感謝您的觀看。第69頁/共69頁