2013年高三物理二轮复习精品教学案 （专题四）功能关系

2013年高三物理二轮复习精品教学案 （专题四）功能关系内容摘要：

1、【专题四】 功能关系【考情分析】功、能、能量守恒是近几年高考理科综合物理命题的重点、热点和焦点，也是广大考生普遍感到棘手的难点之一能量守恒贯穿于整个高中物理学习的始终，是联系各部分知识的主线它不仅为解决力学问题开辟了一条重要途径，同时也为我们分析问题和解决问题提供了重要依据守恒思想是物理学中极为重要的思想方法，是物理学研究的极高境界，是开启物理学大门的金钥匙，同样也是对考生进行方法教育和能力培养的重要方面因此，功、能、能量守恒可谓高考物理的重中之重，常作为压轴题出现在物理试卷中纵观近几年高考理科综合试题，功、能、能量守恒考查的特点是：灵活性强，难度较大，能力要求高，内容极丰富，多次出现综合计算 2、；题型全，不论是从内容上看还是从方法上看都极易满足理科综合试题的要求，经常与牛顿运动定律、圆周运动、电磁学和近代物理知识综合运用，在高考中所占份量相当大从考题逐渐趋于稳定的特点来看，我们认为：2009 年对功、能、能量守恒的考查重点仍放在分析问题和解决问题的能力上因此在第二轮复习中，还是应在熟练掌握基本概念和规律的同时，注重分析综合能力的培养，训练从能量守恒的角度分析问题的思维方法【知识归纳】1做功的两个重要因素是：有力作用在物体上且使物体在力的方向上有位移，功的求解可利用 求，但 F 为恒力；也可以利用 F l 图象来求；变力的功一般应用动能定理间接求解 2功率是指单位时间内做的功，求解公式 3、有：平均功率 ，当 =0时，即 F 与 v 方向 相同时，P =Fv3常见的几种力做功的特点（1）重力、弹簧弹力，电场力、分子力做功与路径无关（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）可能做正功，也可以做负功，还可以不做功相互作用是一对静摩擦力做功的代数和等于零，在静摩擦力做功的过程中，只有机，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不为零，且总为负值，在一对滑动摩擦力做功的过程中，不仅有相互摩擦物体间机械能的转移，还有机械能转化为内能，转化为内能的量等于系统机械能的减少，等于滑动摩擦力与路程的乘积 摩擦生热，是指滑动摩擦生热，静摩擦不会生热4几个重 4、要的功能关系（1）重力的功等于重力势能的变化，即 GW（2）弹力的功等于弹性势能的变化，即 弹（3）合力的功等于动能的变化，即 F合 k（4）重力之外（除弹簧弹力）的其它力的功等于机械能的变化 其 它（5）一对滑动摩擦力的功等于内能的变化 （6）分子力的功等于分子势能的变化【考点例析】一、几个重要的功能关系【例 1】从地面竖直上抛一个质量为 m 的小球，小球上升的最大高度为 H设上升过程中空气阻力 f 恒定则对于小球的整个上升过程，下列说法中正确的是（ ）A小球动能减少了 球机械能减少了 小球重力势能增加了 球的加速度大于重力加速度 球动能减少量等于合外力的总功（mg+f ）H，A 项错误；小 5、球机械能减少量等于阻力的功 项正确；小球重力势能增加等于克服重力做的功 项正确；小球加速度等于 ，D 项正确。 案：展探究上例中小球从抛出到落回原抛出点的过程中：（1）空气阻力 做功多少。 1（2）小球的动能减少多少。 （3）小球的机械能减少多少。 规律总结功是能量转化的量度，有以下几个功能关系需要理解并牢记：（1）重力做功与路径无关，重力的功等于重力势能的变化（2）滑动摩擦力（或空气阻力）做功与路径有关，并且等于转化成的内能（3）合力的功等于动能的变化（4）重力（或弹力）以外的其它力的功等于机械能的变化二、功率及机车启动问题【例 2】某兴趣小组对一辆自制遥控小车的性能进行研究，他们让这辆小车在水平的 6、直轨道上由静止开始运动，并将小车运动的全过程记录下来，通过处理转化为 图象，图所示（除 时间段内的图象为曲线外，其余时间段图象均为直线） 已知小车运s10动的过程中， 时间段内小车的功率保持不变，在 14s 末停止遥控而让小车自由滑24行小车的质量为 1认为在整个过程中小车所受到的阻力大小不变求：（1）小车所受到的阻力大小及 时间内电动机提供的牵引力022）小车匀速行驶阶段的功率（3）小车在 运动过程中位移的大小0s1解析：（1）由图象可得，在 1418s 内：2233m/小车受到阻力大小： 2s 内： 221/s.5/ 解，电动机提供的牵引力大小2）在 1014s 内小车做匀速运动： 1F故 7、小车功率： （3）速度图象与时间轴的“面积”的数值等于物体位移大小：2s 内， 12210s 内，根据动能定理有： 22解得： 小车在加速过程中的位移为 案：（1）2）3）题指导1在汽车匀加速启动时，匀加速运动刚结束时有两大特点：（1）牵引力仍是仍加速运动时的牵引力，即 仍满足1（2） 2注意匀加速运动的末速度并不是整个运动过程的最大速度三、动能定理的应用【例 3】如图甲所示为游乐场中过山车的实物图片，图乙是过山车的模型图。 在模型图中，半径分别为 两个光滑圆形轨道，固定在倾角为 的倾37斜直轨道平面上的 Q、Z 两点，且两圆形轨道的最高点 A、B 均与 P 点平齐，圆形轨道与斜轨道之间圆滑连接 8、。 现使小车（视作质点）从 P 点以一定的初速度沿斜面向下运动。 已知斜轨道与小车间的动摩擦因数为 10 m/，。 g,241：（1）若小车恰好能通过第一个圆形轨道的最高点 A 处，则其在 P 点的初速度应为多大。 （2）若小车在 P 点的初速度为 10m/s，则小车能否安全通过两个圆形轨道。 ：（1）小车经过 A 点时的临界速度为 ， Q 点与 P 点高度差为 ， 距离为 则 ，1h,1L设小车在 P 点的初速度为 ，P 点到 A 点的过程，由动能定理012)0111解得 ./6201v（2）设 Z 点与 P 点高度差为 间距离为 在 B 点速度为 时，小车在 P 点的初速度为 ，P 点到 B 点的 9、过程，由动能定理得：02v,1)解得 ./640所以小车能安全通过两个圆形轨道。 案：（1） （2）能./m规律总结从以上两种解法的比较中可以看出：应用动能定理要比动力学方法方便、简洁只要应用动力学方法可以求解的匀变速直线运动问题，一般应用动能定理都可以求解尽管动能定理是应用动力学方法推导出来的，但它解决问题的范围更广泛【方法技巧】1恒定加速度启动问题解决问题的关键是明确所研究的问题是处在哪个阶段上以及匀加速过程的最大速度和全程的最大速度 的区别和求解方法1（1）求 ：由 ，可求： = 1v（2）求 = 1m： 能定理的应用（1）动能定理的适用对象：涉及单个物体（或可看成单个物体的物体系）的受力 10、和位移问题，或求解变力做功的问题（2）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代数和明确物体在过程始末状态的动能 12出动能定理的方程 ，及其他必要的解题方程，进行求解2合3机构能守恒定律的应用（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）以外的其它力做功代数和是否为零用能量转化来判断，看是否有机械能转化为其它形式的能对一些绳子突然绷紧、碰撞等问题，机械能一般不守恒，除非题目中有特别说明及暗示（2）机械能守恒定律解题的基本思路：选取研究对象物体系根据研究对象所经历的物理过程，进行受力、做功分析，判断机械能是 11、否守恒恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的初末太时的机能能根据机械能守恒定律列方程，进行求解【专题训练】1如图所示，木板可绕固定的水平轴 O 转动，木板从水平位置 慢转到 置的过程中，木板上重为 5N 的物块始终相对于木板静止，在这一过程中，物块的重力势能减少了 4J。 用 N 表示物块受到的支持力，用 f 表示物块受到的摩擦力，以下判断正确的是（）A物块被降低了 N 对物块不做功Cf 对物块不做功DN 和 f 对物块所做功的代数和为 02质量为 50某人沿一竖直悬绳匀速向上爬，在爬高 3 m 的过程中，手与绳子之间均无相对滑动，重力加速度 g 取 10m/下列说法正确的是 A绳子对人的静摩 12、擦力做功等于人的重力势能的增加B绳子对人的静摩擦力做功等于人的机械能的增加C绳子对人的静摩擦力做功为 1500 克服自身重力做功使其重力势能增加 1500 图所示，水平面上的轻弹簧一端与物体相连，另一端固定在墙上 P 点，已知物体的质量为 m=体与水平面间的摩擦不计，弹簧的劲度系数 k=200N/拉物体，使弹簧从处于自然状态的 O 点由静止开始向左移动 10时弹簧具有弹性势能 体处于静止状态。 若取 g=10m/撤去外力 F 后 A物体运动过程中的加速度最大可达 10m/体运动过程中，动能最大时可达 1 J C物体运动过程中机械能守恒D物体到达最右端时动能为 0，系统机械能也为 04如图所示，一 13、轻绳的一端系在固定粗糙斜面上的 O 点，另一端系一小球给小球一足够大的初速度，使小球在斜面上做圆周运动，在此过程中（ ）A小球的机械能守恒B重力对小球不做功C绳的张力对小球不做功D在任何一段时间内，小球克服摩擦力所做的功总是等于小球动能的减少5一物体沿直线运动的 图象如图所示，已知在第 1 秒内合外力对物体做的功为，则 （ ）A从第 1 秒末到第 3 秒末合外力做功为 4第 3 秒末到第 5 秒末合外力做功为 第 5 秒末到第 7 秒末合外力做功为 第 3 秒末到第 4 秒末合外力做功为 43如图所示，质量 m=小球（可视为质点）从距地面高 m 处自由下落，到达地面恰能沿凹陷于地面的形状左右对称的槽壁运动，凹槽内 D 是两段动摩擦因数相同且竖直高度差为 粗糙斜。