2021届高考物理二轮复习课件：构建知识体系的功与能进阶式复习（63张ppt）

构建知能体系的 功与能进阶式复习 高中物理 梳理核心概念 高中物理 理解核心规律： 动能定理 机械能守恒定律 力学中的功能关系 实 例 应用解决实际问题的思路与方法 进 而 功W 能E概念基础 物理意义 反映力对物体作用 的空间积累效果 描述某一个物理系统对其 他物理系统做功的能力 影响因素 力+运动 位置+速度+形变 量性 过程量 状态量 cosFxW  计算式 恒力功的计算式 单位 焦耳（J） 联系 功是不同形式能量发生转化的原因与量度 机械能（动能 +势能） 分子内能、电能、化学能、 原子能、内能等 2 2 1 mvE k  标量标量 特别关注： 1.重力的功、弹力的功、摩擦力的功、 一对相互作用力的功、变力的功、未知力的 功。 功和功率 多加关注 高中物理 mghE GP  例1.一个人乘电梯从1楼到20楼，在此过程中经历 了先加速，后匀速，再减速的运动过程，则电梯支 持力对人做功的情况是（ ） A.加速时做正功，匀速时不做功，减速时做负功 B.加速时做正功，匀速和减速时做负功 C.加速和匀速时做正功，减速时做负功 D.始终做正功 功的正负 √ vF mg cosFxW  例2.如图，一光滑大圆环固定在桌面上， 环面位于竖直平面内，在大圆环上套一个 小环。小环由大圆环的最高点从静止开始 下滑，分析小环下滑的过程中，大圆环对 它的作用力的做功情况为（ ） A.一直不做功 B.一直做正功 C.一直做负功 D.无法确定做功情况 √ 高中物理 v 例3.如图所示，A、B叠放着，A用绳系在固定的 墙上，用力F将B拉着右移，用T、fAB和fBA分别表示 绳子的拉力、A对B的摩擦力和B对A的摩擦力，则 下面正确的叙述是（ ） A.F 做正功，fAB 做负功，fBA 做正功，T 不做功 B.F 和fBA 做正功，fAB 和T 做负功 C.F 做正功，fAB 做负功，fBA 和T 不做功 D.F 做正功，其他力都不做功 功的正负 √ 负功 正功 fAB fBA Bv Av d θ 静止的斜面上滑动摩擦力对物体做的功 斜面底边长d，倾角θ．一个质量为m的物体沿斜面由顶端向底 端滑动，动摩擦因数为μ．求摩擦力对物体做的功和物体克服摩擦力 所做的功。 mg Ff FN 对m,有： f=μmgcosθ Wf= - μmgcosθL Wf= - μmgd W克= μmgd v 静摩擦力做功 负功 正功 如图，物体A、B以初速度 滑上粗糙的水平面，能保持相对静 止地减速运动，则在此过程中A对B的静摩擦力对B做 。 B对A的静摩擦力对A做 。 0v 0v fAB fBA 如图，光滑水平面上物体A、B在外力F作用下能保持相对静止 地匀加速运动，则在此过程中，A对B的静摩擦力对B做 ！ Fx 正功 静摩擦力做功 高中物理 一个力是否做功，以及做功的正负不是由力 的性质单独决定的，要由力和运动共同决定。 一对相互作用力的功 无关 不做功 做负功 做负功 做正功 + + FABFBA A B 例4.我国女子短道速滑队是世界短道速滑界的一支劲旅。如图， 某次训练中，“接棒”的运动员甲提前站在“交捧”的运动员乙前 面，并且开始向前滑行，待乙追上甲时，乙猛推甲一把，使甲获得 更大的速度向前冲出。试分析在乙推甲的过程中，乙对甲做功W1 和甲对乙做功W2 的正负，并说明它们的数值是否一定相等。  一对相互作用力的功 1F2F v W1正 W2负 数值不一定相等 （2）F合为恒力：先求出合力，然后求功 cosxFW 合 （为合力与位移方向的夹角） （1）普适：合力的功等于各分力所做功的代数和  321 WWWW 合力的功 （3）动能定理（可用于求变力、未知力） vF mg （x为物体相对于地面的位移大小） mghFhW  hmgFW )(  特别关注： 2.平均功率 瞬时功率 功和功率 多加关注 高中物理 )(普适 — t WP  （恒力） —— vFP  cosFvP )( 共线与 vFFvP  例5.如图所示，a、b两个完全相同 的小球，a由静止开始下落，b从同 一高度以一定的水平初速度抛出， 不计小球运动过程中的阻力，则两 小球（ ） A.落地时间相同 B.运动过程中重力做的功相等 C.落地时的速度相同 D.落地时重力的瞬时功率相等 a b 0v √ √ √ 高中物理 av av yv ymgvP  bvyv 0v 例6.“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩 天轮，是天津市的地标之一。摩天轮悬挂透明座舱， 乘客随座舱在竖直面内做顺时针的匀速圆周运动。请 说明图中摩天轮转动过程中，乘客重力的瞬时功率在 A→B→C段的变化规律。 A B C 增 大 mg v mg v mg v cosmgvP  加速度 a一定 速度vv=at 牵引力 不变 达到最 大速度vm 变加速直线运动 功率P Pf 以恒定的加速度a启动 设阻力f不变 v t vm 匀 加 变 加 匀 速 O m fF a 阻牵   v P F 额 牵  f P vm 额 汽车启动 例7.我国高铁技术处于世界领先水平，复兴号动车组是由动 车和拖车编组而成，提供动力的车厢叫动车，不提供动力的车 厢叫拖车。假设动车组各车厢质量均相等，动车的额定功率都 相同，动车组在水平直轨道上运行过程中阻力与车重成正比。 某短编组列车由8节车厢组成，其中第1、5节车厢为动车，其余 为拖车，若改为8节动车带8节拖车的长编组，则列车的最大速 度变为原来的 倍.2 解析：设每节动车的额定功率为 P0,每节车厢受到的阻力大小为f， 则：短编组 长编组 f Pv m 8 2 0 1  f Pv m 16 8 0 2  例8.一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始 计时，发动机的功率P 随时间t的变化如图所示。 假定汽车所受阻力的大小f 恒定不变。下列描 述该汽车的速度v随时间t变化的图线中，可能 正确的是 √ 解析：由P=Fv 可知速度增加，牵引力减小， 由牛顿第二定律得可知加速度必定减小，即切 线斜率变小，直到开始做匀速运动，当功率增 大后，再次做加速度减小的加速运动，直到匀 速。 例9.质量为m的汽车以恒定功率P沿直线 运动，经时间t,速度由v1增加到v2,发生的 位移为x，设汽车运动过程中所受阻力大 小恒为f，试写出在此运动过程中上述各量 之间满足的关系式。 汽车的运动中的功与能 Pt 2 1 2 2 2 1 2 1 mvmv fx 动能定理 重点攻坚 高中物理 1.合力的功是物体动能变化的原因。 KEmvmvW  2 1 2 2 2 1 2 1 总 2.合力的功是物体动能变化的量度。 3.标量，高中阶段，常以地面为参考系，用于分析宏观单体的 一切运动。 4.适用于单段运动，也适用于多段运动的全程，表达式不涉及 运动过程的细节。 表示了过程量与状态量的改变量的关系。 不涉及动能以外的其他能量。 1.适用条件：单体、对地，不涉及加速度。 2.使用要点：力、动、功、能 谁做功→正负功→多少功→写总功 力 动 功 能 例10.高铁列车在启动阶段的运动可看作初速 度为零的匀加速直线运动，在启动阶段列车的 动能（ ） A.与它所经历的时间成正比 B.与它的位移成正比 C.与它的速度成正比 D.与它的动量成正比 高中物理 √ 2 2 1 atx  例11.如图，某同学用绳子拉动木箱，使它从 静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度。 木箱获得的动能一定（ ） A.小于拉力所做的功 B.等于拉力所做的功 C.等于克服摩擦力所做的功 D.大于克服摩擦力所做的功 高中物理 √ 0 kfF EWW 0fW 例12.如图所示,相同物体分别自斜面AC和BC顶 端由静止开始下滑, 物体与两斜面的动摩擦因数 相同,物体滑至斜面底部C点时的动能分别为EA和 EB,下滑过程中克服摩擦力所做的功分别为WA和 WB，则（ ） A.EA＞EB,WA=WB B.EA=EB,WA＞WB C.EA＞EB,WA＞WB D.EA＜EB,WA＞WB A B C√ 高中物理 mgh =E d h Wf= - W克= mg FN f 例13.如图示，光滑水平桌面上开一个小孔，穿一根细绳，绳 一端系一个小球，另一端用力F 向下拉，维持小球在水平面上做 半径为r 的匀速圆周运动．现缓缓地增大拉力，使圆周半径逐渐 减小．当拉力变为8F 时，小球运动半径变为r/2，则在此过程中 拉力对小球所做的功是 . 解析： r mvF 2 1 r mvF 0.5 8 2 2 FrW 2 3  未知 变力 高中物理 kEW  mg FN FrmvmvEk 2 3 2 1 2 1 2 1 2 2  例14.央视节目《加油向未来》中主持人将一个 蒸笼环握在手中，并在蒸笼环底部放置一个 装有水的杯子，抡起手臂让蒸笼环连同水杯 在竖直平面内做圆周运动，水却没有洒出来. 如图所示，已知蒸笼环的直径为20cm，人手臂的长度为60cm， 杯子和水的质量均为m＝0.2kg.转动时可认为手臂伸直且圆心 在人的肩膀处，不考虑水杯的大小，g取10m/s2.若在最高点水 刚好不洒出，在最低点时水对杯底的压力为16N，求蒸笼环从 最高点运动到最低点的过程中，蒸笼环对杯子和水所做的功W. 图2 解析：在最低点时水对水杯底的压力为16 N，由牛顿 第三定律可知杯底对水的支持力FN＝16 N， 对杯子和水，从最高点到最低点的过程中， 解得：W＝3.2 J. 恰好在最高点，水不流出：从最高点到最低点的过程 中，对水： 例15.2012年11月，我国舰载机在航母上首降成功。设某一 舰载机质量为m=2.5×104kg，着舰速度为v0=50m/s，着舰过程 中航母静止不动。发动机的推力大小恒为F=1.2×105 N，阻力 保持f=5.0×104N不变。为了让飞机在有限长度的跑道上停下来， 甲板上设置了拦阻索让飞机减速，同时考虑到飞机尾钩挂索失 败需要复飞的情况，飞机着舰不关闭发动机。 106° 拦阻索 拦阻索 舰载机 滑轮 滑轮 若飞机着舰后就钩住拦阻索，在向前运动了位移 后，飞机的速度为40m/s，求飞机从着舰 到图示时刻，拦阻索对飞机做的功。 m151 x 106° 拦阻索 拦阻索 舰载机 滑轮 滑轮 FT T f 解析：由动能定理得 解得 2 0 2 11 2 1 2 1 mvmvWfxFx T  J1023.1 7TW 未知变力 变加速 例16.如图所示为一滑草场.某条滑道由上下两段高均为h，与水平面倾角分别为 45°和37°的滑道组成，滑草车与草地之间的动摩擦因数为μ.质量为m的滑草车从 坡顶由静止开始自由下滑，经过上、下两段滑道后，最后恰好静止于滑道的底端 (不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失，重力加速度为g，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8).则 （ ） 图4 解析：对载人滑草车从坡顶由静止到底端的全过程分析， 载人滑草车克服摩擦力做功为2mgh，选项C错误； 上 下 例16.如图所示为一滑草场.某条滑道由上下两段高均为h，与水平面倾角分别为 45°和37°的滑道组成，滑草车与草地之间的动摩擦因数为μ.质量为m的滑草车从 坡顶由静止开始自由下滑，经过上、下两段滑道后，最后恰好静止于滑道的底端 (不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失，重力加速度为g，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8).则 （ ） 图4 √ √ 例17.从地面竖直向上抛出一物体，物体在运动 过程中除受到重力外，还受到一大小不变、方向 始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度h在 3m以内时，物体上升、下落过程中动能Ek 随h的 变化如图所示.重力加速度取10 m/s2.该物体的质 量为（ ） A.2 kg B.1.5 kg C.1 kg D.0.5 kg 高中物理 mg f mg f 或者，由图像的物理意义可知，其斜率 合 总 F x W h Ek k     fmgk 1 fmgk 2 例18.小球P和Q用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上， P球的质量大于Q球的质量，悬挂P球的绳比悬挂Q球的 绳短．将两球拉起，使两绳均被水平拉直，如图所示， 将两球由静止释放，在各自轨迹的最低点，则（ ） A.P球的速度一定大于Q球的速度 B.P球的动能一定小于Q球的动能 C.P球所受绳的拉力一定大于Q球所受绳的拉力 D.P球的向心加速度一定小于Q球的向心加速度 高中物理 与线长无关 例18.小球P和Q用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上， P球的质量大于Q球的质量，悬挂P球的绳比悬挂Q球的 绳短．将两球拉起，使两绳均被水平拉直，如图所示， 将两球由静止释放，在各自轨迹的最低点，则（ ） A.P球的速度一定大于Q球的速度 B.P球的动能一定小于Q球的动能 C.P球所受绳的拉力一定大于Q球所受绳的拉力 D.P球的向心加速度一定小于Q球的向心加速度 高中物理 √ 机械能守恒 题型：选择题：5年1考 高考题型3 机械能守恒 重点攻坚 主要涉及 连接体问题、与实际生活相结合的问题 机械能守恒的判断 例：绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等问题，机械能往往不守恒。 (1)看功：只有重力和系统内弹力做功，其他力 不做功或总功为零。 (2)看能：若系统内只有动能、重力势能、弹性 势能的相互转化，没有其他形式能（如内能、电 势能）与机械能相互转化，且系统与外界也没有 能量的转移或转化，则系统机械能守恒。 系统机械能守恒的3种表达式 高中物理 不 含 功 2211 PkPk EEEE  例19.从离地高为H米的阳台上以速度v竖直向上抛出质量为m 的物体，它上升 h米后又返回下落，最后落在地面上，则下列 说法中正确的是（不计空气阻力，以地面为参考面）（ ） A.物体在最高点时机械能为mg(H+h) B.物体落地时的机械能为 mg(H+h)+mv2/2 C.物体落地时的机械能为mgH+mv2/2 D.物体在落回过程中，刚过阳台时的机械能为mgH+mv2/2√ √ √ H h mg(H+h)=mgH+mv2/2 1.明对象：系统 2.析对象：力、动、功、能 3.判断机械能是否守恒 4.列方程 （注意：所选择表达形式是否需要选取参考面。） 机械能守恒解题步骤 例20.小游戏“跳一跳”中，要求操作者通过控制棋子(质量为m， 可视为质点)脱离平台时的速度，使其能从同一水平面上的平台跳到 旁边的另一平台上.如图所示的抛物线为棋子在某次跳跃过程中的运 动轨迹，轨迹的最高点距平台上表面高度为h，不计空气阻力，重力 加速度为g，则 ( ) A.棋子从离开平台至运动到最高点的过程中，重力势能增加mgh B.棋子从离开平台至运动到最高点的过程中，机械能增加mgh 解析：棋子从离开平台至运动到最高点的过程中，重力势能增加mgh； 棋子从离开平台至运动到最高点的过程中，不计空气阻力，只有重力做功，机械 能守恒；取平台表面为零势能面，棋子在最高点的速度为v，则棋子在最高点的机 械能 也可以由动能定理表示为 设棋子落到另一平台时的瞬时速度大小为vt，棋子从最高点落到另一平台的过程 中， 2 2 1 2 1 mvEmgh k  例20.小游戏“跳一跳”中，要求操作者通过控制棋子(质量为m， 可视为质点)脱离平台时的速度，使其能从同一水平面上的平台跳到 旁边的另一平台上.如图所示的抛物线为棋子在某次跳跃过程中的运 动轨迹，轨迹的最高点距平台上表面高度为h，不计空气阻力，重力 加速度为g，则 ( ) A.棋子从离开平台至运动到最高点的过程中，重力势能增加mgh B.棋子从离开平台至运动到最高点的过程中，机械能增加mgh √ √ 力学中的功能关系 重点攻坚 处理此类问题的基 本思路是 1.分析物体的：力、 动、功、能。 2.选择规律列式求 解。 1.涉及的定理、 原理：动能定理、 功能原理、能量 守恒定律等。 2.涉及的运动： 抛体运动、圆周 运动、机车启动、 传送带和板块等。 动 能 变 化 量 弹性势能变化量 机 械 能 变 化 量 重力势能变化量 弹力对物体的功 （W弹=－△E弹） 除重力和弹力外的 其它力对物体的总功 （W其它=△E） 重力对物体的功 （WG=－△EP） 机械能转化为内能系统内一对滑动摩擦 力做功的总和的大小 （fx相=△E内） （W总=△Ek）外力对物体的总功 一 对 应 F mg v 例21.滑雪运动深受人民群众喜爱。某滑雪运动员 （可视为质点）由坡道进入竖直圆面内的圆弧形滑道AB， 从滑道的A点滑行到最低点B的过程中，由于摩擦力的存 在，运动员的速率不变，则运动员沿AB下滑过程中（ ） A.所受合外力始终为零 B.所受摩擦力大小不变 C.合外力做功一定为零 D.机械能始终保持不变√ mg FN f 减 小 例22.如图所示，在抗洪救灾中，一架直升机通过绳 索，用恒力F竖直向上拉起一个漂在水面上的木箱，使 其由水面开始加速上升到某一高度，若考虑空气阻力而 不考虑空气浮力，则在此过程中，以下说法不正确的有（ ） A.力F所做功减去克服阻力所做的功等于重力势能的增量 　 B.木箱克服重力所做的功等于重力势能的增量 　 C.力F、重力、阻力，三者合力所做的功等于木箱动能的增量 　 D.力F和阻力的合力所做的功等于木箱机械能的增量 √ KGfF EWWW  克 KGfF EWWW  PG EW  KPfF EEWW  mg f F 例23.如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定 值电阻R，重力不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良 好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀 强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F 作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的 代数和等于（ ） A.棒的机械能增加量 B.棒的动能增加量 C.棒的重力势能增加量 D.电阻R上放出的热量 √ mg F安 F 例24.如图所示，一质量为m、长度为l的均匀软细绳 PQ竖直悬挂．用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起 至M点，M点与绳的上端P相距 .重力加速度大小为g. 在此过程中，外力做的功为(　　) A. B. C. D. mgl 9 1 3 l mgl 6 1 mgl 3 1 mgl 2 1 解析：由题可知，缓慢提升绳子，在整个过程中，动能不变， 根据功能关系可知，拉力所做的功等于MQ段下半部分移动时 重力势能的增加量；画出运动示意图，下半部分质量 移动后重心升高的高度 ,故拉力所做的功 3 ' mm  3 lh  mghghmEW P 9 1'  例25.如下图所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧 上，在将弹簧压缩到最短的整个过程中，下列关于能量的 叙述中正确的是（ ） A.小球重力势能和动能之和总保持不变 B.小球重力势能和弹簧弹性势能之和总保持不变 C.小球动能和弹性势能之和一直在增加 D.重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变√ 含弹簧的动力学和能量问题 √ ）不变（ 弹PPGK EEE  例26.如图所示，A、B两球质量相等，A球用 不能伸长的轻绳系于O点，B球用轻弹簧系于O' 点，O与O'点在同一水平面上，分别将两球 拉到与悬点等高处，使绳和轻弹簧均水平， 弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球达到 各自悬点的正下方时，两球仍处在同一水平面上，则（ ） A.两球到达各自悬点的正下方时，两球动能相等 B.两球到达各自悬点的正下方时，A球动能较大 C.两球到达各自悬点的正下方时，B球动能较大 D.两球到达各自悬点的正下方时，A球的重力势能减少较多 √ 例27.如图所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的 小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另 一端连接在墙上，并且处于原长状态，现让圆环由静止开 始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的 长度变为2L（未超过弹性限度），则在圆环下滑到最大距 离的过程中（ ） A.圆环的机械能守恒 B.弹簧弹性势能变化了 C.圆环下滑到最大距离时，所受合力为零 D.圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变 （由受力分析可知，环实际上也是做先加速度减小的加 速后做加速度增大的减速，下滑最大距离时速度是零， 中间某个位置一定有合力是零速度最大的位置） mgL3√ 电磁感应中感应电 流所产生的电能 克服安培力 所 做 的 功 分子势能变化量分子力做功 电 势 能 变 化 量电场力做功 核力做的功 核能和其他形式能的转化 消耗的电能转化为内能纯电阻电路电流做的功 非纯电阻电路电流做的功 消耗的电能转化为内 能和机械能的总和