(完整版)高考物理专题复习功能关系能量守恒定律.doc
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- 完整版 高考 物理 专题 复习 功能 关系 能量守恒定律
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1、专题5.4 功能关系 能量守恒定律【高频考点解读】1.掌握功和能的对应关系,特别是合力功、重力功、弹力功分别对应的能量转化关系2.理解能量守恒定律,并能分析解决有关问题【热点题型】题型一 功能关系的理解与应用例1、自然现象中蕴藏着许多物理知识,如图541所示为一个盛水袋,某人从侧面缓慢推袋壁使它变形,则水的势能() 图541A增大B变小C不变 D不能确定解析:选A人缓慢推水袋,对水袋做正功,由功能关系可知,水的重力势能一定增加,A正确。 【提分秘籍】1对功能关系的理解(1)做功的过程就是能量转化的过程。不同形式的能量发生相互转化是通过做功来实现的。(2)功是能量转化的量度,功和能的关系,一是体
2、现在不同的力做功,对应不同形式的能转化,具有一一对应关系,二是做功的多少与能量转化的多少在数值上相等。2几种常见的功能关系及其表达式各种力做功对应能的变化定量的关系合力的功动能变化合力对物体做功等于物体动能的增量W合Ek2Ek1重力的功重力势能变化重力做正功,重力势能减少,重力做负功,重力势能增加,且WGEpEp1Ep2弹簧弹力的功弹性势能变化弹力做正功,弹性势能减少,弹力做负功,弹性势能增加,且W弹EpEp1Ep2只有重力、弹簧弹力的功不引起机械能变化机械能守恒E0非重力和弹力的功机械能变化除重力和弹力之外的其他力做正功,物体的机械能增加,做负功,机械能减少,且W其他E电场力的功电势能变化电
3、场力做正功,电势能减少,电场力做负功,电势能增加,且W电Ep【举一反三】轻质弹簧右端固定在墙上,左端与一质量m0.5 kg的物块相连,如图542甲所示。弹簧处于原长状态,物块静止且与水平面间的动摩擦因数0.2。以物块所在处为原点,水平向右为正方向建立x轴。现对物块施加水平向右的外力F,F随x轴坐标变化的情况如图乙所示。物块运动至x0.4 m处时速度为零。则此时弹簧的弹性势能为(g取10 m/s2)()图542A3.1 J B3.5 JC1.8 J D2.0 J题型二 摩擦力做功与能量的关系例2、如图544所示,有一个可视为质点的质量为m1 kg的小物块。从光滑平台上的A点以v02 m/s的初速
4、度水平抛出,到达C点时,恰好沿C点的切线方向进入固定在水平地面上的光滑圆弧轨道,最后小物块滑上紧靠轨道末端D点的质量为M3 kg的长木板。已知木板上表面与圆弧轨道末端切线相平,木板下表面与水平地面之间光滑,小物块与长木板间的动摩擦因数0.3,圆弧轨道的半径为R0.4 m,C点和圆弧的圆心连线与竖直方向的夹角60,不计空气阻力,g取10 m/s2。求:(1)小物块刚要到达圆弧轨道末端D点时对轨道的压力;(2)要使小物块不滑出长木板,木板的长度L至少多大?图544【解析】(1)小物块在C点时的速度大小为vC小物块由C到D的过程中,由机械能守恒定律得:mgR(1cos 60)mvD2mvC2代入数据
5、解得vD2 m/s小球在D点时由牛顿第二定律得:FNmgm代入数据解得FN60 N由牛顿第三定律得FNFN60 N,方向竖直向下。【答案】(1)60 N 方向竖直向下(2)2.5 m【方法规律】(1)小物块刚要到达D点时具有竖直向上的加速度,支持力大于重力,区别于小物块刚过C点的情况。(2)木板的最小长度对应小物块与长木板相对滑动的最大位移。 【提分秘籍】 1两种摩擦力做功的比较静摩擦力滑动摩擦力不同点能量的转化方面只有能量的转移,没有能量的转化既有能量的转移,又有能量的转化一对摩擦力的总功方面一对静摩擦力所做功的代数和等于零一对滑动摩擦力所做功的代数和为负值,总功WFfs相对,即摩擦时产生的
6、热量相同点正功、负功、不做功方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功,还可以不做功;静摩擦力做正功时,它的反作用力一定做负功;滑动摩擦力做负功时,它的反作用力可能做正功,可能做负功,还可能不做功;但滑动摩擦力做正功或不做功时,它的反作用力一定做负功2求解相对滑动物体的能量问题的方法(1)正确分析物体的运动过程,做好受力分析。(2)利用运动学公式,结合牛顿第二定律分析物体的速度关系及位移关系。(3)公式QFfs相对中s相对为两接触物体间的相对位移,若物体在传送带上做往复运动时,则s相对为总的相对路程。【举一反三】 某电视娱乐节目装置可简化为如图546所示模型。倾角37的斜面底端与水平传送带平滑接触,
7、传送带BC长L6 m,始终以v06 m/s的速度顺时针运动。将一个质量m1 kg的物块由距斜面底端高度h15.4 m的A点静止滑下,物块通过B点时速度的大小不变。物块与斜面、物块与传送带间动摩擦因数分别为10.5、20.2,传送带上表面距地面的高度H5 m,g取10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8。图546(1)求物块由A点运动到C点的时间;(2)若把物块从距斜面底端高度h22.4 m处静止释放,求物块落地点到C点的水平距离;(3)求物块距斜面底端高度满足什么条件时,将物块静止释放均落到地面上的同一点D。v02v22a2x,x5m6m所以物体先做匀加速直线运动后和皮带一起匀速
8、运动,离开C点做平抛运动sv0t0,Hgt02,解得s6 m(3)因物块每次均抛到同一点D,由平抛知识知:物块到达C点时速度必须有vCv0 当离传送带高度为h3时物块进入传送带后一直匀加速运动,则:mgh31mgcos 2mgLmv02,h31.8 m。当离传送带高度为h4时物块进入传送带后一直匀减速运动,则:mgh41mgcos 2mgLmv02,h49.0 m所以当离传送带高度在1.8 m9.0 m的范围内均能满足要求即1.8 mh9.0 m。答案:(1)4 s(2)6 m(3)1.8 mh9.0 m题型三 能量转化与守恒的应用例3、)如图547所示,固定斜面的倾角30,物体A与斜面之间的
9、动摩擦因数,轻弹簧下端固定在斜面底端,弹簧处于原长时上端位于C点。用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B,滑轮右侧绳子与斜面平行,A的质量为2m,B的质量为m,初始时物体A到C点的距离为L。现给A、B一初速度v0,使A开始沿斜面向下运动,B向上运动,物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点。已知重力加速度为g,不计空气阻力,整个过程中,轻绳始终处于伸直状态,求:图547(1)物体A向下运动刚到C点时的速度;(2)弹簧的最大压缩量;(3)弹簧的最大弹性势能。 (3)弹簧从压缩到最短到恰好能弹到C点的过程中,对系统根据功能关系有Epmgx2mgxsin Ffx所以EpFfx。【答案
10、】(1)(2)(3)【方法规律】涉及弹簧的能量问题的解题方法两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的过程,具有以下特点:(1)能量变化上,如果只有重力和系统内弹簧弹力做功,系统机械能守恒。(2)如果系统每个物体除弹簧弹力外所受合外力为零,则当弹簧伸长或压缩到最大程度时两物体速度相同。(3)当弹簧为自然状态时系统内某一端的物体具有最大速度。 【提分秘籍】1对能量守恒定律的两点理解(1)某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等;(2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等。2能量转化问题的解题思路(1)当涉及摩擦力做功,机械能
11、不守恒时,一般应用能的转化和守恒定律。(2)解题时,首先确定初末状态,然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少,哪种形式的能量增加,求出减少的能量总和E减与增加的能量总和E增,最后由E减E增列式求解。【举一反三】 如图5410所示,光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相切,半圆形导轨的半径为R。一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放,在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧,当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍,之后向上运动恰能到达最高点C。(不计空气阻力)试求:图5410(1)物体在A点时弹簧的弹性势能;(2)物体从B点运动至C点的过程中产生的内能。解析:(
12、1)设物体在B点的速度为vB,所受弹力为FNB,则有FNBmgm又FNB8 mg由能量守恒定律可知弹性势能EpmvB2mgR。答案:(1)mgR(2)mgR【高考风向标】1.【2015全国新课标17】如图所示,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点的过程中客服摩擦力所做的功。则A,质点恰好可以到达Q点B,质点不能到达Q点C,质点到达Q后,继续上升一段距离D,质点到达Q后,继续上升一段距离【答案】C【
13、解析】根据动能定理可得P点动能,经过N点时,半径方向的合力提供向心力,可得,所以N点动能为,从P点到N点根据动能定理可得,即摩擦力做功。质点运动过程,半径方向的合力提供向心力即,根据左右对称,在同一高度,由于摩擦力做功导致右半幅的速度小,轨道弹力变小,滑动摩擦力变小,所以摩擦力做功变小,那么从N到Q,根据动能定理,Q点动能,由于,所以Q点速度仍然没有减小到0,仍会继续向上运动一段距离,对照选项C对。2.【2015北京18】“蹦极”运动中,长弹性绳的一端固定,另一端绑在人身上,人从几十米高处跳下,将蹦极过程简化为人沿竖直方向的运动。从绳恰好伸直,到人第一次下降至最低点的过程中,下列分析正确的是(
14、)A绳对人的冲量始终向上,人的动量先增大后减小B绳对人的拉力始终做负功,人的动能一直减小C绳恰好伸直时,绳的弹性势能为零,人的动能最大D人在最低点时,绳对人的拉力等于人所受的重力【答案】A3.【2015江苏9】10如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC=h。圆环在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A;弹簧始终在弹性限度之内,重力加速度为g,则圆环( )A下滑过程中,加速度一直减小B下滑过程中,克服摩擦力做功为C在C处,弹簧的弹性势能为D上滑经过B的速度大于下滑
15、经过B的速度【答案】BD1.(2014山东高考)2013年我国相继完成“神十”与“天宫”对接、“嫦娥”携“玉兔”落月两大航天工程。某航天爱好者提出“玉兔”回家的设想:如图549,将携带“玉兔”的返回系统由月球表面发射到h高度的轨道上,与在该轨道绕月球做圆周运动的飞船对接,然后由飞船送“玉兔”返回地球。设“玉兔”质量为m,月球半径为R,月面的重力加速度为g月。以月面为零势能面,“玉兔”在h高度的引力势能可表示为Ep,其中G为引力常量,M为月球质量。若忽略月球的自转,从开始发射到对接完成需要对“玉兔”做的功为() 图549A(h2R) B(hR)C D解析:选D根据题意可知,要使“玉兔”和飞船在距
16、离月球表面高为h的轨道上对接,若不考虑月球的自转影响,从开始发射到完成对接需要对“玉兔”做的功应为克服月球的万有引力做的功与在该轨道做圆周运动的动能之和,所以WEpEk,Ep,再根据:,据此可求得需要的动能为:Ek,再联系:GMg月R2,由以上三式可求得,从开始发射到完成对接需要对“玉兔”做的功应为:W,所以该题正确选项为D。2(2014重庆卷)题7图为“嫦娥三号”探测器在月球上着陆最后阶段的示意图,首先在发动机作用下,探测器受到推力在距月球表面高度为h1处悬停(速度为0,h1远小于月球半径);接着推力改变,探测器开始竖直下降,到达距月面高度为h2处的速度为v;此后发动机关闭,探测器仅受重力下
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