《高考物理大二轮复习与增分策略专题四功能关系的应用第1讲功能关系在力学中的应用课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高考物理大二轮复习与增分策略专题四功能关系的应用第1讲功能关系在力学中的应用课件(42页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第1讲 功能关系在力学中的应用,专题四 功能关系的应用,知识回扣,1.常见的几种力做功的特点 (1)重力、弹簧弹力、静电力做功与 无关. (2)摩擦力做功的特点 单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功,也可以做负功,还可以不做功. 相互作用的一对静摩擦力做功的代数和 ,在静摩擦力做功的过程中,只有机械能的转移,没有机械能转化为其他形式的能;相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和 ,且总为 .在一对滑动摩擦力,不为零,路径,总等于零,答案,负值,答案,做功的过程中,不仅有相互摩擦物体间机械能的转移,还有部分机械能转化为内能.转化为内能的量等于系统机械能的减少量,等于滑动摩擦力与 的乘积.
2、 摩擦生热是指滑动摩擦生热,静摩擦不会生热. 2.几个重要的功能关系 (1)重力的功等于 的变化,即WG . (2)弹力的功等于 的变化,即W弹 . (3)合力的功等于 的变化,即W . (4)重力(或弹簧弹力)之外的其他力的功等于 的变化,即W其他E. (5)一对滑动摩擦力做的功等于 的变化,即QFfl 相对.,Ep,相对位移,重力势能,Ep,弹性势能,动能,Ek,系统中内能,机械能,规律方法,答案,1.动能定理的应用 (1)动能定理的适用情况:解决单个物体(或可看成单个物体的物体系统)受力与位移、速率关系的问题.动能定理既适用于 运动,也适用于 运动;既适用于 做功,也适用于 做功,力可以
3、是各种性质的力,既可以同时作用,也可以分段作用. (2)应用动能定理解题的基本思路 选取研究对象,明确它的运动过程. 分析研究对象的受力情况和各力做功情况,然后求各个外力做功的 .,直线,恒力,曲线,代数和,变力,答案,明确物体在运动过程初、末状态的动能Ek1和Ek2. 列出动能定理的方程W合Ek2Ek1,及其他必要的解题方程,进行求解. 2.机械能守恒定律的应用 (1)机械能是否守恒的判断 用做功来判断,看重力(或弹簧弹力)以外的其他力做功的代数和是否为 . 用能量转化来判断,看是否有机械能转化为其他形式的能.,零,答案,对一些“绳子突然绷紧”“ ”等问题,机械能一般不守恒,除非题目中有特别
4、说明及暗示. (2)应用机械能守恒定律解题的基本思路 选取研究对象物体系统. 根据研究对象所经历的物理过程,进行 、 分析,判断机械能是否守恒. 恰当地选取参考平面,确定研究对象在运动过程的初、末状态时的机械能. 根据机械能守恒定律列方程,进行求解.,物体间碰撞,做功,受力,高考题型1 力学中的几个重要功能关系的应用,高考题型3 综合应用动力学和能量观点分析多过程问题,高考题型2 动力学方法和动能定理的综合应用,内容索引,高考题型1 力学中的几个重要功能关系的应用,解析,例1 (多选)(2016全国甲卷21)如图1所示,小球套在光滑的竖直杆上,轻弹簧一端固定于O点,另一端与小球相连.现将小球从
5、M点由静止释放,它在下降的过程中经过了N点.已知在M、N两点处,弹簧对小球的弹力大小相等,且ONMOMN .在小球从M点运动到N点的过程中( ) A.弹力对小球先做正功后做负功 B.有两个时刻小球的加速度等于重力加速度 C.弹簧长度最短时,弹力对小球做功的功率为零 D.小球到达N点时的动能等于其在M、N两点的重力势能差,图1,解析 因M和N两点处弹簧对小球的弹力大小相等,且ONMOMN ,知M处的弹簧处于压缩状态,N处的弹簧处于伸长状态,则弹簧的弹力对小球先做负功后做正功再做负功,选项A错误; 当弹簧水平时,竖直方向的力只有重力,加速度为g;当弹簧处于原长位置时,小球只受重力,加速度为g,则有
6、两个时刻的加速度大小等于g,选项B正确; 弹簧长度最短时,即弹簧水平,弹力与速度垂直,弹力对小球做功的功率为零,选项C正确; 由动能定理得,WFWGEk,因M和N两点处弹簧对小球的弹力大小相等,弹性势能相等,则由弹力做功特点知WF0,即WGEk,选项D正确.,解析,预测1 (2016四川理综1)韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员.他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功1 900 J,他克服阻力做功100 J.韩晓鹏在此过程中( ) A.动能增加了1 900 J B.动能增加了2 000 J C.重力势能减小了1 900 J D.重力势能减
7、小了2 000 J,解析 由题可得,重力做功WG1 900 J,则重力势能减少1 900 J ,故C正确,D错误; 由动能定理得,WGWfEk,克服阻力做功Wf100 J,则动能增加1 800 J,故A、B错误.,预测2 如图2所示,用两根金属丝弯成一光滑半圆形轨道,竖直固定在地面上,其圆心为O、半径为R.轨道正上方离地h处固定一水平长直光滑杆,杆与轨道在同一竖直平面内,杆上P点处固定一定滑轮,P点位于O点正上方.A、B是质量均为m的小环,A套在杆上,B套在轨道上,一条不可伸长的细绳绕过定滑轮连接两环.两环均可看做质点,且不计滑轮大小与质量.现在A环上施加一个水平向右的恒力F,使B环从地面由静
8、止沿轨道上升.则( ) A.力F所做的功等于系统动能的增加量 B.在B环上升过程中,A环动能的增加量 等于B环机械能的减少量 C.当B环到达最高点时,其动能为零 D.当B环与A环动能相等时,sin OPB,图2,解析,返回,解析 力F做正功,系统的机械能增加,由功能关系可知,力F所做的功等于系统机械能的增加量,不等于系统动能的增加量.故A错误; 由于力F做正功,A、B组成的系统机械能增加,则A环动能的增加量大于B环机械能的减少量,故B错误; 当B环到达最高点时,A环的速度为零,动能为零,但B环的速度不为零,动能不为零,故C错误; 当PB线与圆轨道相切时,vBvA,根据数学知识有sin OPB
9、,故D正确.,返回,高考题型2 动力学方法和动能定理的综合应用,例2 如图3所示,水平面O点左侧光滑,右侧粗糙,有3个质量均为m完全相同的滑块(可视为质点),用轻细杆相连,相邻滑块间的距离为L,滑块1恰好位于O点左侧,滑块2、3依次沿直线水平向左排开.现将水平恒力F1.8mg作用于滑块1,为粗糙地带与滑块间的动摩擦因数,g为重力加速度. (1)求滑块运动的最大速度;,图3,解析答案,解析 滑块2刚进入粗糙地带,滑块开始减速,此时速度最大,对所有滑块运用动能定理: FLmgL 得v1,答案,解析答案,(2)判断滑块3能否进入粗糙地带?若能,计算滑块3在粗糙地带的运动时间.,解析 若滑块3能进入粗
10、糙地带,设刚进入的速度为v2,有 F2Lmg(12)L 3mv22 得v2 故滑块3能进入粗糙地带 此时3mgF3ma 故滑块3在粗糙地带的减速时间t 得t,解析,预测3 如图4所示,把小车放在倾角为30的光滑斜面上,用轻绳跨过定滑轮使之与盛有沙子的小桶相连,不计滑轮质量及摩擦,已知小车的质量为3m,小桶与沙子的总质量为m,小车从静止释放后,在小桶上升竖直高度为h的过程中( ) A.小桶处于失重状态 B.小桶的最大速度为 C.小车受绳的拉力等于mg D.小车的最大动能为 mgh,图4,解析 在整个的过程中,小桶向上做加速运动,所以小桶受到的拉力大于重力,小桶处于超重状态.故A、C错误;,图5,
11、(1)求小球在B、A两点的动能之比;,解析答案,解析 设小球的质量为m,小球在A点的动能为EkA,由机械能守恒得,答案 51,设小球在B点的动能为EkB,同理有,由式得EkBEkA51 ,解析答案,返回,(2)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点.,解析答案,解析 若小球能沿轨道运动到C点,小球在C点所受轨道的正压力FN应满足 FN0 ,返回,答案 能,理由见解析,高考题型3 综合应用动力学和能量观点分析多过程问题,解题方略,多个运动过程的组合实际上是多种物理规律和方法的综合应用,分析这种问题时注意要独立分析各个运动过程,而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
12、问题会更简单.,例3 (2016全国乙卷25)如图6所示,一轻弹簧原 长为2R,其一端固定在倾角为37的固定直轨道 AC的底端A处,另一端位于直轨道上B处,弹簧处 于自然状态,直轨道与一半径为 R的光滑圆弧轨 道相切于C点,AC7R,A、B、C、D均在同一竖直平面内.质量为m的小物块P自C点由静止开始下滑,最低到达E点(未画出),随后P沿轨道被弹回,最高到达F点,AF4R.已知P与直轨道间的动摩擦因数 ,重力加速度大小为g. (取sin 37 ,cos 37 ),图6,解析答案,(1)求P第一次运动到B点时速度的大小;,解析 由题意可知:lBC7R2R5R 设P到达B点时的速度为vB,由动能定
13、理得 mglBCsin mglBCcos 式中37,联立式并由题给条件得 vB2 ,答案 2,解析答案,(2)求P运动到E点时弹簧的弹性势能;,解析 设BEx,P到达E点时速度为零,此时弹簧的弹性势能为Ep,由BE过程,根据动能定理得,E、F之间的距离l1为l14R2Rx P到达E点后反弹,从E点运动到F点的过程中,由动能定理有 Epmgl1sin mgl1cos 0 联立式得,解析答案,(3)改变物块P的质量,将P推至E点,从静止开始释放.已知P自圆弧轨道的最高点D处水平飞出后,恰好通过G点.G点在C点左下方,与C点水平相距 R、竖直相距R,求P运动到D点时速度的大小和改变后P的质量.,解析
14、 设改变后P的质量为m1,D点与G点的水平距离为x1、竖直距离为y1,由几何关系(如图所示)得37.,设P在D点的速度为vD,由D点运动到G点的时间为t. 由平抛运动公式得:,解析答案,设P在C点速度的大小为vC,在P由C运动到D的过程中机械能守恒,有,解析答案,预测5 如图7所示,质量M3 kg的滑板A置于粗糙的水平地面上,A与地面的动摩擦因数10.3,其上表面右侧光滑段长度L12 m,左侧粗糙段长度为L2,质量m2 kg、可视为质点的滑块B静止在滑板上的右端,滑块与粗糙段的动摩擦因数20.15,取g10 m/s2,现用F18 N的水平恒力拉动A向右运动,当A、B分离时,B对地的速度vB1
15、m/s,求L2的值.,图7,解析答案,解析 在F的作用下,A做匀加速运动,B静止不动,当A运动位移为L1时B进入粗糙段,设此时A的速度为vA,则:,B进入粗糙段后,设A加速度为aA,B加速度为aB, 对A:由牛顿第二定律: F1(Mm)g2mgMaA 对B:由牛顿第二定律:2mgmaB 由得vA2 m/s 由得aA0 ,解析答案,即A以vA2 m/s的速度做匀速直线运动直至A、B分离,分离时B的速度为vB,设B在粗糙段滑行的时间为t,则: 对A:xAvAt 对B:vBaBt xB aBt2 又:xAxBL2 联立解得:L21 m ,答案 1 m,解析答案,预测6 如图8所示,质量m0.1 kg的小球(可视为质点),用长度l0.2 m的轻质细线悬于天花板的O点.足够长的木板AB倾斜放置,顶端A位于O点正下方,与O点的高度差h0.4 m.木板与水平面间的夹角37,整个装置在同一竖直