高考物理二轮复习专题二能量与动量第6讲功与能课件（62页PPT）

(共62张PPT)
[复习目标]
1.会对功和功率进行分析和计算,会求解力的平均功率和瞬时功率。
2.掌握常见的功能关系。
3.理解动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律,会在具体问题中灵活选择合适的规律解决能量观点问题。
1.功的计算
恒力做功 用功的定义式W=Flcos α求功
变力做功
2.功率的求法
[例1]　(2025·广东广州模拟)如图所示,水平路面上有一辆质量为M的汽车,车厢中有一质量为m的人正用恒力F向前推车厢,在车以加速度a向前加速行驶距离L的过程中,下列说法错误的是(　　)
A.人对车的推力F做的功为FL
B.车对人做的功为maL
C.车对人的摩擦力做的功为(F+ma)L
D.车对人的作用力大小为ma
D
[例2]　(2025·江苏苏州三模)我国劳动人民发明了汉石磨盘,人们通常用驴来拉磨把谷物磨成面粉。其简易图如图所示,若驴对磨杆的拉力F沿圆周切线方向作用在磨杆末端,大小为400 N,磨盘半径r=0.5 m,磨杆长L=0.5 m,驴以恒定的速率拉动磨盘转动,在1分钟的时间内转动了6圈。圆周率π近似取3,下列说法正确的是(　　)
A.磨盘边缘的线速度大小为3 m/s
B.磨杆末端的向心加速度大小为3.6 m/s2
C.驴拉磨转动一周拉力所做的功为1 200 J
D.驴拉磨转动一周拉力的平均功率为240 W
D
A
1.应用动能定理解题的步骤图解
2.应用动能定理的四点提醒
(1)动能定理往往用于单个物体的运动过程,由于不涉及加速度及时间,比动力学方法要简捷。
(2)动能定理表达式是一个标量式,在某个方向上应用动能定理是没有依据的。
(3)物体在某个运动过程中包含几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程),对全过程应用动能定理,往往能使问题简化。
(4)多过程往复运动问题一般应用动能定理求解。
[例4]　(2025·黑吉辽蒙卷)如图,一雪块从倾角θ=37°屋顶上的O点由静止开始下滑,滑到A点后离开屋顶。O、A间距离x=2.5 m,A点距地面的高度h=1.95 m,雪块与屋顶的动摩擦因数μ=0.125。不计空气阻力,雪块质量不变,sin 37°=0.6,重力加速度大小g取10 m/s2。求:
(1)雪块从A点离开屋顶时的速度大小v0;
(2)雪块落地时的速度大小v1,及其速度方向与水平方向的夹角α。
应用机械能守恒定律解题的思维程序
考向1　单个物体的机械能守恒问题
[例5]　(2025·安徽卷)如图,M、N为固定在竖直平面内同一高度的两根细钉,间距L=0.5 m。一根长为3L的轻绳一端系在M上,另一端竖直悬挂质量m=0.1 kg的小球,小球与水平地面接触但无压力。t=0时,小球以水平向右的初速度v0=10 m/s开始在竖直平面内做圆周运动。小球牵引着绳子绕过N、M,运动到M正下方与M相距L的位置时,绳子刚好被拉断,小球开始做平抛运动。小球可视为质点,绳子不可伸长,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2。
考向2　系统的机械能守恒问题
[例6]　如图所示,质量均为m的A、B两个小球通过绕在定滑轮上的轻绳相连,A球套在光滑的固定竖直杆上。把A球从与定滑轮等高的P1处由静止释放,运动到P处时,轻绳与竖直杆之间的夹角为53°,此时A球的速度是v,B球没有与定滑轮相碰。已知重力加速度为g,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,则下列说法正确的是(　　)
C
机械能守恒的三类连接体模型的图例及简析
轻绳模型 (1)分清两物体是速度大小相等,还是沿绳方向的分速度大小相等
(2)用好两物体的位移大小关系或竖直方向高度变化的关系
轻杆模型 (1)平动时两物体速度相等,转动时两物体角速度相等,两物体沿杆方向的分速度大小相等
(2)杆对物体的作用力并不总是沿杆的方向,杆能对物体做功,单个物体机械能不一定守恒
(3)对于杆和球组成的系统,忽略空气阻力和各种摩擦且没有其他外力对系统做功,则系统机械能守恒
轻弹簧模型 (1)含弹簧的系统在只有弹簧弹力和重力做功时,物体和弹簧组成的系统机械能守恒,而单个物体机械能不一定守恒
(2)同一根弹簧弹性势能的大小取决于弹簧形变量的大小,在弹簧弹性限度内,形变量相等,弹性势能相等
(3)由两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统,当弹簧形变量最大时,弹簧两端连接的物体具有相同的速度;弹簧处于自然长度时,弹簧弹性势能最小(为零)
1.几种常见的功能关系
2.应用能量守恒定律解题的注意事项
(1)应用能量守恒定律的两条基本思路
①某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等,即ΔE减=ΔE增。
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,即ΔEA减=ΔEB增。
(2)当涉及摩擦力做功时,一般机械能不守恒,应用能量守恒定律,特别注意摩擦产生的热量Q=Ffs相对,s相对为相对滑动的两物体间的相对路程。
[例7]　(2025·北京东城二模)如图所示,某同学站在罚球线上,手持篮球保持静止,在裁判员示意后将球斜向上抛出,篮球刚好落入篮筐。篮球从静止到刚好落入篮筐的过程中,已知空气阻力做功为Wf,重力做功为WG,投篮时该同学对篮球做功为W。篮球可视为质点,则在此过程中(　　)
A.篮球重力势能的变化量为W-WG+Wf
B.篮球机械能的变化量为WG-Wf
C.篮球动能的变化量为W+WG-Wf
D.篮球在离开手的瞬间机械能最大
D
解析　篮球重力势能的增加量等于克服重力做的功,即ΔEp=-WG,故A错误;根据功能关系可知,篮球机械能的变化量ΔE机=W+Wf,故B错误;根据动能定理可知,篮球动能的变化量等于合外力做的功,即W+WG+Wf=ΔEk,故C错误;由于篮球在运动过程中,空气阻力做负功,则篮球在离开手时刻的机械能最大,故D正确。
[例8]　(2025·河北衡水模拟)如图所示,一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、竖直圆轨道(在最低点E分别与水平轨道EO和EA相连)、高度h可调的斜轨道AB组成。游戏时滑块从O点弹出,经过圆轨道并滑上斜轨道。全程不脱离轨道且恰好停在B端则视为游戏成功。已知圆轨道半径r=0.1 m,OE长L1=0.2 m,AC长L2=0.4 m,圆轨道和AE光滑,滑块与AB、OE之间的动摩擦因数μ=0.5。滑块质量m=2 g且可视为质点,弹射时从静止释放且弹簧的弹性势能完全转化为滑块的动能。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,忽略空气阻力,各部分平滑连接。求:
[基础巩固练]
1.(2025·云南卷)如图所示,中老铁路国际旅客列车从云南某车站由静止出发,沿水平直轨道逐渐加速到144 km/h,在此过程中列车对座椅上的一高中生所做的功最接近(　　)
B
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2.(2025·河南卷)野外高空作业时,使用无人机给工人运送零件。如图,某次运送过程中的一段时间内,无人机向左水平飞行,零件用轻绳悬挂于无人机下方,并相对于无人机静止,轻绳与竖直方向成一定角度。忽略零件所受空气阻力,则在该段时间内(　　)
A.无人机做匀速运动
B.零件所受合外力为零
C.零件的惯性逐渐变大
D.零件的重力势能保持不变
D
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解析　根据题意可知,零件向左水平运动,零件受到重力和轻绳的拉力作用,轻绳拉力斜向左上,所以零件所受合外力水平向左,B错误;无人机与零件相对静止,所以无人机与零件的加速度相同,A错误;惯性只与物体的质量有关,零件的质量不变,所以零件的惯性不变,C错误;零件的高度不变,所以零件的重力势能保持不变,D正确。
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7.(2025·山东烟台期末)如图所示,直角杆AOB位于竖直平面内,OA水平,OB竖直且光滑,用不可伸长的轻细绳相连的两小球a和b分别套在OA和OB杆上,b球的质量为1 kg,在作用于a球的水平拉力F的作用下,a、b均处于静止状态,此时a球到O点的距离l1=0.3 m,b球到O点的距离h=0.4 m。改变力F的大小,使a球向右加速运动,已知a球向右运动0.1 m时速度大小为6 m/s。g取10 m/s2,则在此过程中绳对b球的拉力所做的功为(　　)
A.33 J B.32 J
C.19 J D.10 J
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8.(2025·福建厦门二模)福建舰是我国完全自主设计建造的弹射型航空母舰。在始终静止的福建舰上进行的电磁驱动弹射测试中,配重小车自甲板前端水平射出,落至海面上。简化模型如图所示,两辆质量相同的配重小车1和小车2先后进行弹射测试,轨迹分别为曲线1和曲线2,M、N为两次弹射的落水点。忽略空气阻力,配重小车可视为质点。则配重小车1和小车2(　　)
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D
A.落水瞬间速度大小vM=vN
B.在空中运动过程中速度变化量Δv1<Δv2
C.在空中运动过程中重力的平均功率P1D.落水瞬间重力的瞬时功率PM=PN
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10.(多选)(2025·辽宁本溪二模)如图甲所示,半圆弧轨道固定在水平面AB上,圆心为O,直径BC与AB垂直。质量m=1 kg的滑块从水平面上以一定的初速度向右滑动,最终滑上半圆弧轨道并从最高点C飞出,滑块在半圆弧轨道上运动过程中的速度平方v2与上升高度h的关系图线如图乙所示,已知重力加速度g取10 m/s2,则(　　)
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BD
A.半圆弧轨道的半径R=1.8 m
B.滑块经过C点时对轨道的压力大小约为17.8 N
C.滑块从B到C过程中机械能守恒
D.滑块从C点抛出后落地点到B点距离为3 m
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11.(2025·福建卷)如图甲,水平地面上有并排放置的A、B两个物块,两物块质量均为 0.2 kg,A与地面间动摩擦因数为μ=0.25,B与地面间无摩擦,两物块在外力F的作用下向右前进,F随位移x的变化图像如图乙所示,P为圆弧轨道最低点,M为圆弧轨道最高点,圆弧轨道与水平地面平滑连接,初始时水平地面上A、B与P点间的长度大于4 m。求:
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(1)0~1 m内F做的功;
(2)x=1 m时,A与B之间的弹力大小;
(3)要保证B能到达M点,圆弧半径满足的条件。
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答案　(1)1.5 J　(2)0.5 N　(3)r≤0.2 m
解析　(1)F-x图像与坐标轴所围的面积表示F所做的功的大小,由题图乙可知,0~1 m内F所做的功W=1.5×1 J=1.5 J。
(2)由题图乙可知,x=1 m时外力F开始变化,可知A、B有相同的加速度,A与地面间的摩擦力Ff=μmg
对A、B整体,由牛顿第二定律得
F-Ff=2ma
由于B与地面间无摩擦,对B由牛顿第二定律得FAB=ma
联立解得A、B间的弹力大小
FAB=0.5 N。
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[拓展培优练]
12.(2025·甘肃白银模拟)某同学用质量m=20 g、可视为质点的小石片打“水”漂的轨迹示意图如图所示,小石片从距液面高h0处的P点以初速度v0=8 m/s水平飞出后,从A点与液面成α=37°角射入某种液体中,然后从B点与液面成β=45°角射出液面做斜上抛运动,到达最高点D时距离液面的高度h1=0.2 m。已知小石片从A点运动到B点的过程中,水平方向的运动可视为匀变速直线运动,A、B两点间的距离L=1 m,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,不计空气阻力。求:
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(1)小石片从P点运动到D点的过程中,该液体对小石片做的功W;
(2)小石片从抛出到第二次进入液面运动的时间t。
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