2022年高考物理专题动能定理与能量守恒.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载专题(四)动能定理与能量守恒一、大纲解读内 容 要求功、功率 动能,做功与动能转变的关系 重力势能 .做功与重力势能转变的关系 弹性势能 机械能守恒定律 能量守恒定律 II 本专题涉及的考点有:功和功率、动能和动能定理、重力做功和重力势能、弹性势能、机械能守恒定律,都是历年高考的必考内容,考查的学问点掩盖面全,频率高,题型全;动能定理、 机械能守恒定律是力学中的重点和难点,用能量观点解题是解决动力学问题的三大途径之一;大纲对本部分考点要求为类有五个,功能关系始终都是高考的“ 重中之重”,是高考的热点和难点,涉及这部分内容的考题
2、不但题型全、分值重, 而且仍常有高考压轴题;考题的内容常常与牛顿运动定律、曲线运动、动量守恒定律、 电磁学等方面学问综合,物理过程复杂, 综合分析的才能要求较高,这部分学问能亲密联系生活实际、联系现代科学技术,因此,每年高考的压轴题,高难度的综合题常常涉及本专题学问;它的特点: 一般过程复杂、难度大、才能要求高;仍常考查考生将物理问题经过分析、推理转化为数学问题,然后运用数学学问解决物理问题的才能;所以复习时要重视对基本概念、规律的懂得把握,加强建立物理模型、 运用数学学问解决物理问题的才能;在高考中要考查同学对于生活、生产中的实际问题要建立相关物理模型,敏捷运用牛顿定律、动能定理、 动量定理
3、及能量转化的方法提高解决实际问题的才能;二、重点剖析1、懂得功的六个基本问题( 1)做功与否的判定问题:关键看功的两个必要因素,第一是力;其次是力的方向上的位移;而所谓的“ 力的方向上的位移” 可作如下懂得:当位移平行于力,就位移就是力的方向上的位的位移;当位移垂直于力,就位移垂直于力,就位移就不是力的方向上的位移;当位移与力既不垂直又不平行于力,就可对位移进行正交分解,其平行于力的方向上的分位移仍被称为力的方向上的位移;(2)关于功的运算问题: W=FS cos 这种方法只适用于恒力做功;用动能定理 W=Ek 或功能关系求功;当 F 为变力时,高中阶段往往考虑用这种方法求功;这种方法的依据是
4、:做功的过程就是能量转化的过程,功是能的转化的量度;假如知道某一过程中能量转化的数值,那么也就知道了该过程中对应的功的数值;(3)关于求功率问题: P W所求出的功率是时间 t 内的平均功率; 功率的运算式:tP Fv cos,其中 是力与速度间的夹角;一般用于求某一时刻的瞬时功率;( 4)一对作用力和反作用力做功的关系问题:一对作用力和反作用力在同一段时间内名师归纳总结 做的总功可能为正、可能为负、 也可能为零; 一对互为作用反作用的摩擦力做的总功可能第 1 页,共 20 页为零(静摩擦力) 、可能为负(滑动摩擦力),但不行能为正;(5)明白常见力做功的特点: 重力做功和路径无关,只与物体始
5、末位置的高度差h 有关:W=mgh,当末位置低于初位置时,W0,即重力做正功;反之重力做负功;滑动摩擦力做- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载功与路径有关; 当某物体在一固定平面上运动时,滑动摩擦力做功的肯定值等于摩擦力与路程的乘积; 在两个接触面上因相对滑动而产生的热量QF滑S 相对,其中F 滑为滑动摩擦力,S 相对为接触的两个物体的相对路程;( 6)做功意义的懂得问题:做功意味着能量的转移与转化,做多少功,相应就有多少能量发生转移或转化;2. 懂得动能和动能定理(1) 动能Ek1 mV 22是物体运动的状态量,而动能的变化 EK是与
6、物理过程有关的过程量;2 动能定理的表述: 合外力做的功等于物体动能的变化;(这里的合外力指物体受到的全部外力的合力,包括重力);表达式为W 合1mv 221mv 12E K只要把22动能定理也可以表述为:外力对物体做的总功等于物体动能的变化;实际应用时,后一种表述比较好操作;不必求合力, 特殊是在全过程的各个阶段受力有变化的情形下,各个力在各个阶段所做的功都依据代数和加起来,就可以得到总功;不管是否恒力做功,也不管是否做直线运动,该定理都成立;对变力做功,应用动能定理要更便利、更迅捷;动能为标量,但EK1mv 221mv 12仍有正负,分别表动能的增减;223. 懂得势能和机械能守恒定律(1
7、)机械能守恒定律的两种表述在只有重力做功的情 形下,物体的动能和重力势能发生相互转化,但机械能的总量保持不变;假如没有摩擦和介质阻力, 物体只发生动能和重力势能的相互转化时,机械能的总量保持不变;(2) 对机械能守恒定律的懂得机械能守恒定律的讨论对象肯定是系统,至少包括地球在内;通常我们说“ 小球的机械能守恒”其实肯定也就包括地球在内,由于重力势能就是小球和地球所共有的;另外小球的动能中所用的 v,也是相对于地面的速度;当讨论对象(除地球以外)只有一个物体时,往往依据是否“ 只有重力做功” 来判定机械能是否守恒;当讨论对象(除地球以外)由多个物体组成时,往往依据是否“ 没有摩擦和介质阻力” 来
8、判定机械能是否守恒;“ 只有重力做功” 不等于“ 只受重力作用”只要这些力不做功;(3)系统机械能守恒的表达式有以下三种:系统初态的机械能等于系统末态的机械能;在该过程中,物体可以受其它力的作用,名师归纳总结 即:E初E末或mgh1mv2mgh1m v2或EpEkEpEk第 2 页,共 20 页22- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载EPEK或EPEk0系统重力势能的削减量等于系统动能的增加量,即:如系统内只有或A、B 两物体,就A 物体削减的机械能等于B 物体增加的机械能,即:EAEBEAEB04懂得功能关系和能量守恒定律( 1)做功的
9、过程是能量转化的过程,功是能的转化的量度;功是一个过程量,它和一段位移(一段时间)相对应;而能是一个状态量,它与一个时刻相对应;两者的单位是相同的(J),但不能说功就是能,也不能说“ 功变成了能”;(2)要讨论功和能的关系,突出“ 功是能量转化的量度” 这一基本概念;物体动能的增量由外力做的总功来量度,即:W外 E K;物体重力势能的增量由重力做的功来量度,即:W G E P;物体机械能的增量由重力以外的其他力做的功来量度,即:W /E,当 W / 0 时,说明只有重力做功,所以系统的机械能守恒;一对互为作用力反作用力的摩擦力做的总功,用来量度该过程系统由于摩擦而减小的机械能,也就是系统增加的
10、内能;Q F 滑S 相对,其中 F 滑 为滑动摩擦力,S 相对 为接触物的相对路程;三、考点透视考点 1:平均功率和瞬时功率例 1、物体 m 从倾角为 的固定的光滑斜面由静止开头下滑,斜面高为h,当物体滑至,斜面底端时,重力做功的功率为()v2 ghA.mg 2ghB.1mgsina2ghC.mg2ghsinaD.mg2ghsina2解析:由于光滑斜面,物体m 下滑过程中机械能守恒,滑至底端是的瞬时速度依据瞬时功率PFvcos;图 1 由图 1 可知,F ,v的夹角900a就滑究竟端时重力的功率是Pmgsina2gh,故C选项正确;答案: C点拨: 运算功率时, 必需弄清是平均功率仍是瞬时功率
11、,如是瞬时功率肯定要留意力和速度之间的夹角;瞬时功率 P Fv cos(为 F , v 的夹角)当 F , v 有夹角时,应留意从图中标明,防止错误;考点 2:机车起动的问题名师归纳总结 a例 2 质量m4.0103kg的汽车,发动机的额定功率为p40KW,汽车从静止以第 3 页,共 20 页0 .5 m/s2的加速度行驶, 所受阻力F f.20103N,就汽车匀加速行驶的最长时间为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载v ,多少?汽车可能达到的最大速度为多少?解析: 汽车从静止开头,以恒定加速度a 做匀加速直线运动汽车匀加速行驶时,设汽车
12、发动的牵引力为F,汽车匀加速运动过程的末速度为汽车匀加速运动的时间为t 依据牛顿其次定律:FFfma由于发动机的功率:p Fv 依据运动学公式:v at 由式得:t p20 sa F f ma 当汽车加速度为零时,汽车有最大速度 v m,就:v m p 20 m / sF f点拨: 汽车的速度达到最大时,肯定是机车的加速度为零,弄清了这一点,利用平稳条件就很简单求出机车的最大速度;汽车匀加速度运动能维护多长时间,肯定是机车功率达到额定功率的时间, 弄清了这一点, 利用牛顿其次定律和运动学公式就很简单求出机车匀加速度运动能维护的时间;考点 3:动能定理的应用例 3 如图 2 所示,斜面足够长,
13、其倾角为 ,质量为 m的滑块, 距挡板 P 为0s ,以初速度v0沿斜面上滑, 滑块与斜面间的动摩擦因数为 ,滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力,如滑块每次与挡板相碰均无机械能缺失,求滑块在斜面上经过的总路程为多少?图 2 解析: 滑块在滑动过程中,要克服摩擦力做功,其机械能不断削减;又由于滑块所受摩擦力小于滑块沿斜面方向的重力分力,所以最终会停在斜面底端;在整个过程中, 受重力、 摩擦力和斜面支持力作用,其中支持力不做功;设其经过和总路程为 L,对全过程,由动能定理得:mgS 0 sin a mg cos aL 0 1mv 0 22mgS 0 sin a 1 mv 0 2得:L 2m
14、g cos a点拨:物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程) ,此时可以分段考虑,也可以对全过程考虑,但如能对整个过程利用动能定理列式就使问题简化;考点 4: 会用QF滑S 相对解物理问题例 4 如图 4-2 所示,小车的质量为 M,后端放一质量为动摩擦系数为,它们一起以速度 v 沿光滑地面对右运动,m 的铁块,铁块与小车之间的 小车与右侧的墙壁发生碰撞且无能量缺失, 设小车足够长, 就小车被弹回向左运动多远与铁块停止相对滑动?铁块在小车上 相对于小车滑动多远的距离?名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页精选学习资料 - - - - -
15、 - - - - 学习必备 欢迎下载图 4-2 解析:小车反弹后与物体组成一个系统满意动量守恒,规定小车反弹后的方向作向左为正方向,设共同速度为 v ,就:Mv mv M m v x解得:vx M m vM m以车为对象,摩擦力始终做负功,设小车对地的位移为 S 车,就:mgS 车 1 Mv x 2 1 Mv 22 22 2即:S 2 M v2;g M m 系统损耗机械能为:E Q fS 相mgS 1 M m v 2 1 M m v 2x2 22S 相2 Mv; M m g点拨: 两个物体相互摩擦而产生的热量 Q(或说系统内能的增加量)等于物体之间滑动摩擦力 f 与这两个物体间相对滑动的路程的
16、乘积,即 Q F 滑S 相对 .利用这结论可以简便地解答高考试题中的“ 摩擦生热” 问题;四、热点分析热点 1:动能定理例 1、 半径 R 20 cm 的竖直放置的圆轨道与水平直轨道相连接;如图 6 所示;质量为m 50 g 的小球 A 以肯定的初速度由直轨道向左运动,并沿圆轨道的内壁冲上去,假如 A经过 N 点时的速度 v 1 4 m / s A 经过轨道最高点 M 时对轨道的压力为 0 . 5 N,取2g 10 m / s求:小球 A 从 N 到 M 这一段过程中克服阻力做的功 W图 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - -
17、- - - 解析:解析:小球运动到学习必备vm欢迎下载N,M 点时,速度为,轨道对球的作用力为由向心力公式可得:Nmgmv2 mWf12 mv m12 mv NR即:vm2m/s从 N 到 M 点由动能定理:mg2R22即:Wf1mv 2N1mv m 2mg2R0 1. J22答案:W f0.1J反思: 应用动能定懂得题时,要选取一个过程,确定两个状态,即初状态和末状态,以及与过程对应的全部外力做功的代数和.由于动能定理中所涉及的功和动能是标量,无需考虑方向 .因此,无论物体是沿直线仍是曲线运动,无论是单一运动过程仍是复杂的运动过程,都可以求解 . 热点 2:机械能守恒定律例 2、如图 7 所
18、示,在长为 L 的轻杆中点 A 和端点 B 各固定一质量均为 m 的小球,杆可绕无摩擦的轴 O 转动,使杆从水平位置无初速释放摆下;求当杆转到竖直位置时,轻杆对 A、B 两球分别做了多少功 . 图 7 此题简介: 此题考查同学对机械能守恒的条件的懂得,并且机械能守恒是针对 A、B 两球组成的系统,单独对 A或 B 球来说机械能不守恒 . 单独对 A 或 B 球只能运用动能定懂得决;解析: 设当杆转到竖直位置时,A 球和 B 球的速度分别为 v 和 v ;假如把轻杆、地球、两个小球构成的系统作为讨论对象,那么由于杆和小球的相互作用力做功总和等于零,故系统机械能守恒;名师归纳总结 如取 B 的最低
19、点为零重力势能参考平面,可得:2 mgL1mv2 A1mv21mgL第 6 页,共 20 页B222又因 A 球对 B球在各个时刻对应的角速度相同,故vB2 vA由式得:vA3gL,vB12gL. 55依据动能定理,可解出杆对A、B 做的功;- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 对于 A 有:WA1 2mgL1学习必备欢迎下载02.0.2mgL1mv20,即:WA2A对于 B 有:WBmgLmv20,即:WBmgL. 2B答案:WA 0 . 2 mgL、WB 0 . 2 mgL反思: 绳的弹力是肯定沿绳的方向的,而杆的弹力不肯定沿杆的方向;所以当物体的速度
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- 2022 年高 物理 专题 动能 定理 能量 守恒
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