高考物理二轮复习专题二能量与动量第4讲功和能课件

(共58张PPT)
1.理解功和功率的概念，会对功和功率进行分析和计算。
2．掌握常见的功能关系，结合实际情境判定能的转化情况。
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问题。
目标
要求
考点1
功和功率问题
(2023·北京卷，11)如图所示，一物体在力F作用下沿水平桌面做匀加速直线运动。已知物体质量为m，加速度大小为a，物体和桌面之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，在物体移动距离x的过程中(　　)
A．摩擦力做功大小与F方向无关
B．合力做功大小与F方向有关
C．F为水平方向时，F做功为μmgx
D．F做功的最小值为max
D
解析：D　设力F与水平方向的夹角为θ，则摩擦力为Ff＝μ(mg－F sin θ)，摩擦力做功Wf＝－μ(mg－F sin θ)x，则摩擦力做功与F的方向有关，选项A错误；合力做功W＝F合x＝max，可知合力做功与力F方向无关，选项B错误；当力F为水平方向时，有F－μmg＝ma，力F做功为WF＝Fx＝(ma＋μmg)x，选项C错误；因合外力做功为max大小一定，而合外力做的功等于力F与摩擦力Ff做功的代数和，而当F sin θ＝mg时，摩擦力Ff＝0，则此时摩擦力做功为零，此时力F做功最小，最小值为max，选项D正确。
有一质量m＝1000 kg的混合动力轿车，在平直公路上以v＝24 m/s的速度匀速行驶，蓄电池不工作，汽油发动机的输出功率为P1＝48 kW。当司机看到前方较长一段距离内无其他车辆时，使轿车汽油发动机和电动机开始同时工作(以该时刻作为计时起点)，汽油发动机的输出功率保持不变仍为48 kW，电动机输出功率P2恒定，轿车汽油发动机和电动机同时工作之后的v-t图像如图所示。若轿车运动过程中所受阻力始终不变，则电动机输出功率P2为(　　)
A．68 kW　　　　　　　
B．30 kW
C．20 kW
D．10 kW
C
解析：C　设阻力为F阻，汽油发动机单独工作以v＝24 m/s的速度匀速行驶时，牵引力大小等于阻力，可知v1＝v＝24 m/s，由功率公式则有P1＝F阻v1，轿车汽油发动机和电动机同时工作之后，由v-t图像可知，最大速度为v2＝34 m/s，可知牵引力大小等于阻力，则有P1＋P2＝F阻v2，解得P2＝20 kW，故选C。
考点2
动能定理和机械能守恒定律的应用
(1)木塞离开瓶口的瞬间，齿轮的角速度ω；
(2)拔塞的全过程，拔塞钻对木塞做的功W；
(3)拔塞过程中，拔塞钻对木塞作用力的瞬时功率P随时间t变化的表达式。
考向2　应用动能定理解决多过程问题
　(2025·黑吉辽内蒙古卷，13)如图，一雪块从倾角θ＝37°的屋顶上的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，取sin 37°＝0.6，重力加速度大小g＝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。
应用动能定理解题的四点注意
?总结提升?
考向3　机械能守恒定律的应用
1．机械能守恒定律的表达式
2．连接体的机械能守恒问题
共速率
模型
分清两物体位移大小与高度变化关系
共角速
度模型
两物体角速度相同，线速度与半径成正比
关联速
度模型
此类问题注意速度的分解，找出两物体速度关系，当某物体位移最大时，速度可能为0
BCD
考点3
功能关系和能量守恒定律的应用
1．常见功能关系
能量 功能关系 表达式
势能 重力做功等于重力势能减少量 W＝Ep1－Ep2＝－ΔEp
弹力做功等于弹性势能减少量
静电力做功等于电势能减少量
分子力做功等于分子势能减少量
动能 合外力做功等于物体动能变化量
能量 功能关系 表达式
机械能 除重力和弹力之外的其他力做功等于机械能变化量 W其他＝E2－E1＝ΔE机
摩擦产生的内能 一对相互作用的摩擦力做功之和的绝对值等于产生的内能 Q＝Ff·s相对
s相对为相对位移电能 克服安培力做功等于电能增加量 W克安＝E2－E1＝ΔE
2．应用能量守恒定律的基本思路
(1)守恒：E初＝E末，初、末总能量不变。
(2)转移：EA减＝EB增，A物体减少的能量等于B物体增加的能量。
(3)转化：|ΔE减|＝|ΔE增|，减少的某些能量等于增加的某些能量。
CD
(1)求C点与B点的高度差h；
(2)求小球在A点时对半圆轨道的压力；
(3)若只改变小球的质量，使小球能够到达半圆轨道最高点，求小球质量的取值范围。
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(建议用时：70分钟　满分：62分)
(选择题1～6题每题4分，7～10、12题每题6分，共54分)
[保分练——重基础]
1．(2025·新课标卷，3)如图，撑杆跳高运动中，运动员经过助跑、撑杆起跳，最终越过横杆。若运动员起跳前助跑速度为10 m/s，则理论上运动员助跑获得的动能可使其重心提升的最大高度为(重力加速度取10 m/s2)(　　)
A．4 m　　　　　　　 B．5 m
C．6 m D．7 m
限时规范
训练(四)
B
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2．(多选)(2025·广东六校联考)如图甲所示，北宋曾公亮在《武经总要》中记载了一种古代运输装备，名为“绞车”，因其设计精妙，使用时灵活方便，这种绞车又被称为“中国式绞车”，“合大木为床，前建二叉手柱，上为绞车，下施四轮，皆极壮大，力可挽二千斤”。其原理如图乙所示，将一根圆轴削成同心而半径不同的两部分，其中a、b两点分别是大、小辘轳边缘上的两点，其上绕以绳索，绳下加一动滑轮，滑轮下挂上重物，人转动把手带动其轴旋转便可轻松将重物吊起，则在起吊过程中，下列说法正确的是(　　)
A．a点的角速度等于b点的角速度
B．a点的向心加速度小于b点的向心加速度
C．人对把手做的功等于重物机械能的增加量
D．滑轮对重物做的功等于重物机械能的增加量
AD
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解析：AD　a、b两点是同轴转动，角速度相同，a点转动半径大于b点的转动半径，根据向心加速度公式a＝ω2r可知a点的向心加速度大于b点的向心加速度，故A正确，B错误；由能量守恒定律可知，人对把手做的功除了转化为重物的机械能外，还有动滑轮的机械能、轮轴的动能及摩擦生热等，因此人对把手做的功大于重物机械能的增加量，故C错误；由功能关系可知滑轮对重物做的功等于重物机械能的增加量，故D正确。
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3．(多选)(2025·广东广州毕业班综合测试)如图(a)，砝码置于水平桌面的薄钢板上，用水平向右的恒定拉力迅速将钢板抽出，得到砝码和钢板的速度随时间变化图像如图(b)。已知砝码最终没有脱离桌面，各接触面间的动摩擦因数均相同，则(　　)
A．0～t1与t1～t2时间内，砝码的位移相同
B．0～t1与t1～t2时间内，砝码的加速度相同
C．0～t1时间内，摩擦力对砝码做的功等于砝码动能的变化量
D．0～t1时间内，拉力做的功等于砝码和钢板总动能的变化量
AC
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解析：AC　砝码在钢板上滑动和在桌面上滑动均受滑动摩擦力作用，由μmg＝ma得a＝μg，由v＝at可知，砝码加速、减速所用时间相同，v-t图像中图线与坐标轴所围面积表示位移，可知0～t1与t1～t2时间内砝码的位移相同，A正确；0～t1与t1～t2时间内，砝码的加速度大小相等，方向相反，B错误；由动能定理可知，0～t1时间内，摩擦力对砝码做的功等于砝码动能的变化量，C正确。由功能关系可知，0～t1时间内，拉力做的功等于砝码和钢板总动能的变化量与摩擦产生热量之和，D错误。
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5．(2025·广东佛山质量检测)2024年6月25日，嫦娥六号完成人类首次月球背面采样任务后，其返回器采用“半弹道跳跃式”返回方式回到地球。返回器沿ABCDEF路径运动，如图所示，假设此过程返回器只受引力和空气作用，下列关于返回器的说法正确的是(　　)
A．在B点的加速度竖直向下
B．在C点的速度小于A点的速度
C．在D点的速度为零
D．在E点的速度等于A点的速度
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解析：B　做曲线运动的物体的加速度指向轨迹内侧，在B点时，返回器的加速度向上，A错误；由于A、C、E在同一竖直高度处，返回器由A到C的过程重力做功为零，返回器由A到E的过程重力做功为零，由于空气阻力始终做负功，则由功能关系可知EkA>EkC>EkE，所以返回器在A、C、E三点的速度关系为vA>vC>vE，B正确，D错误；返回器在D点的速度方向沿轨迹的切线方向，速度不为零，C错误。
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6．直升机悬停在距离水平地面足够高的空中，无初速度投放装有物资的箱子，若箱子下落时受到的空气阻力与速度成正比，以地面为零势能面。箱子的机械能、重力势能、下落的距离、所受阻力的瞬时功率大小分别用E、Ep、x、P表示。下列图像可能正确的是(　　)
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[争分练——重技能]
7．(2025·广东汕头模拟)如图1为海盗桶玩具，当插进桶内的剑触发桶内开关时，小海盗就从木桶顶部突然跳出来。其原理可简化为图2所示，弹簧压缩后被锁扣K锁住，打开锁扣K，小球被弹射出去。上端在A位置时弹簧处于原长状态，忽略弹簧质量和空气阻力。从B到A的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．小球的机械能守恒
B．小球的速度一直在增大
C．小球的加速度先增大后减小
D．小球与弹簧组成的系统重力势能与弹性势能之和先减小后增大
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解析：D　从B到A的过程中，小球所受弹力对其做正功，小球的机械能增大，A错误；小球向上运动的过程，对小球受力分析可知，刚开始弹簧的弹力大于重力，故加速度向上，速度向上，随着形变量的减小，加速度不断减小，但小球的速度向上不断增大；弹簧的弹力大小等于重力大小时加速度为零，速度最大；最后弹簧的弹力小于重力，加速度向下，速度向上，随着形变量的减小，加速度不断增大，小球的速度在减小。所以此过程小球的速度先增大后减小，加速度先减小后增大，B、C错误。小球与弹簧组成的系统机械能守恒，即动能、重力势能和弹性势能之和保持不变，在此过程中，小球的速度先增大后减小，则小球的动能先增大后减小，所以重力势能与弹性势能之和先减小后增大，D正确。
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8．(2025·广东广州调研)网球运动员沿水平方向击出网球后(不计空气阻力)，网球在空中运动过程中的动能Ek和机械能E随时间t变化的图像可能正确的是(　　)
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10．(多选)(2025·广东佛山模拟)滑雪是大众喜欢的冰雪项目之一，有一滑雪爱好者沿斜坡ABC从顶端A由静止开始匀加速下滑(此过程人不做功)，经斜坡中点B时调整姿势采用犁式刹车方式开始匀减速，滑至坡底C时速度恰好为零，若滑雪者可视为质点，用v、s、t、a、E分别表示滑雪者下滑时的速度、位移、时间、加速度、机械能(以C为重力势能零势能点)，则下列图像正确的是(　　)
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解析：AD　滑雪者先匀加速后匀减速，加速度有变化，C错误；速度时间图像中，图线与时间轴所围面积表示位移，滑雪者匀加速位移与匀减速位移应相等，B错误；滑雪者匀加速过程中，位移时间图像为开口向上的抛物线，匀减速过程中，位移时间图像为开口向下的抛物线，A正确；机械能E＝E初－F阻s，可知E-s图像中，图线斜率表示滑雪者所受阻力，匀加速过程中，滑雪者所受阻力小于重力沿斜坡方向的分力，匀减速过程中，所受阻力大于重力沿斜坡方向的分力，D正确。
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11．(8分)(2025·广东广州调研)某型号“双引擎”节能环保汽车的工作原理是：当行驶速度v<15 m/s时仅靠电动机输出动力；当行驶速度v≥15 m/s时，汽车自动切换引擎，仅靠汽油机输出动力。该汽车在平直的公路上由静止启动，其牵引力F随时间t变化的关系如图所示。已知该汽车质量为1500 kg，行驶时所受阻力恒为1250 N。汽车在t0时刻自动切换引擎后，保持牵引力功率恒定。求：
(1)汽车切换引擎后的牵引力功率P；
(2)汽车由启动到切换引擎所用的时间t0。
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[满分练——重培优]
12．(多选)(2025·云南卷，10)如图所示，倾角为θ的固定斜面，其顶端固定一劲度系数为k的轻质弹簧，弹簧处于原长时下端位于O点。质量为m的滑块Q(视为质点)与斜面间的动摩擦因数μ＝tan θ。过程Ⅰ：Q以速度v0从斜面底端P点沿斜面向上运动恰好能滑至O点；过程Ⅱ：将Q连接在弹簧的下端并拉至P点由静止释放，Q通过M点(图中未画出)时速度最大，过O点后能继续上滑。弹簧始终在弹性限度内，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，忽略空气阻力，重力加速度为g。则(　　)
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M(含O、M点)之间时，若Q处于平衡状态，可得F弹＝mg sin θ＋Ff静，其中0≤F弹≤mg sin θ＋μmg cos θ，故－μmg cos θ≤Ff静≤μmg cos θ，满足静止条件，D正确。