2020高考物理二轮复习专题二动量与能量第1讲动量观点与能量观点在力学中的应用学案.pdf
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1、【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】1/18 2020高考物理二轮复习专题二动量与能量第1讲动量观点与能量观点在力学中的应用学案编 辑:_时 间:_教学资料范本【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】2/18 知识必备1.常见的功能关系(1)合力做功与动能的关系:W合Ek。(2)重力做功与重力势能的关系:WG Ep。(3)弹力做功与弹性势能的关系:W弹 Ep。(4)除重力以外其他力做功与机械能的关系:W其他E 机。(5)滑动摩擦力做功与内能的关系:Ff x相对E 内。2.机械能守恒定律(1)条件:只有重力、系统内弹力做功。(2)表达式:Ek1Ep1Ek2Ep2。3.动能定理(1
2、)内容:合外力做的功等于动能的变化。2 1mvmvW表达式:(2)4.动量定理及动量守恒定律(1)动量定理:Ftmv2 mv1(2)动量守恒定律:m1v1 m2v2 m1v1 m2v2(3)备考策略1.复习时应理清运动中功与能的转化与量度的关系,结合受力分析、运动过程分析,熟练地应用动量定理和动能定理解决问题。2.深刻理解功能关系,综合应用动量守恒定律和能量守恒定律,结合动力学方程解决多运动过程的问题。【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】3/18 3.必须领会的“1 种物理思想和 3 种方法”(1)守恒的思想。(2)守恒法、转化法、转移法。4.必须辨明的“3 个易错易混点”(1)动量
3、和动能是两个和速度有关的不同概念。(2)系统的动量和机械能不一定同时守恒。(3)不是所有的碰撞都满足机械能守恒。力学中的几个功能关系的应用【真题示例 1】(20 xx 全国卷,16)如图 1,一质量为 m、长度为 l 的均匀柔软细绳 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 l。重力加速度大小为g。在此过程中,外力做的功为()图 1A.mgl B.mgl C.mgl D.mgl解析由题意可知,PM 段细绳的机械能不变,MQ 段细绳的重心升高了,则重力势能增加Epmg mgl,由功能关系可知,在此过程中,外力做的功为 W mgl,故选项 A正确,B、C、D
4、错误。答案A【真题示例 2】(20 xx 全国卷,24)一质量为 8.00104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度1.60105 m 处以7.5103 m/s 的速度进入大气层,逐渐减慢至速度为100 m/s 时下落到地面。取地面为重力势能零点,在飞船下落过程中,重力加速度可视为常量,大小取为 9.8 m/s2(结果保留 2 位有效数字)。(1)分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能;【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】4/18(2)求飞船从离地面高度600 m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功,已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大
5、小的2.0%。解析(1)飞船着地前瞬间的机械能为Ek0mv 式中,m和 v0 分别是飞船的质量和着地前瞬间的速率。由式和题给数据得Ek0 4.0 108 J 设地面附近的重力加速度大小为g,飞船进入大气层时的机械能为Eh mv mgh 式中,vh 是飞船在高度1.6105 m处的速度大小。由式和题给数据得Eh 2.4 1012 J(2)飞船在高度 h600 m处的机械能为Ehm(vh)2mgh 由功能原理得W EhEk0式中,W 是飞船从高度 600 m处至着地瞬间的过程中克服阻力所做的功。由式和题给数据得W 9.7 108 J 答案(1)(1)4.0108 J2.41012 J(2)9.7
6、108 J真题感悟1.高考考查特点(1)本考点高考命题既有选择题也有计算题,集中在物体系统机械能守恒及物体间的做功特点、力与运动的关系,并结合平抛、圆周运动等典型运动及生活科技为背景综合考查。【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】5/18(2)熟悉掌握并灵活应用机械能的守恒条件、力学中的功能关系、常见典型运动形式的特点及规律是突破该考点的关键。2.常见误区及临考提醒(1)注意判断物体运动过程中的临界状态和隐含条件。(2)注意物理方法的灵活选用。如全国卷第16 题的等效法(重心)。(3)注意提高计算能力。如全国卷第24 题,试题情境难度不大,但增加了计算的难度。预测 1功、功率的理解与计
7、算预测 2机械能守恒定律的应用预测 3功能关系、能量转化守恒定律的综合应用1.(20 xx 潍坊模拟)质量为 m 2 kg 的物体沿水平面向右做直线运动,t0 时刻受到一个水平向左的恒力F,如图 2 甲所示,此后物体的vt图象如图乙所示,取水平向右为正方向,g 取 10 m/s2,则()图 2A.物体与水平面间的动摩擦因数为0.5B.10 s 末恒力 F的瞬时功率为 6 WC.10 s 末物体在计时起点左侧4 m处D.010 s 内恒力 F做功的平均功率为0.6 W解析由图线可知 04 s 内的加速度大小 a1m/s22 m/s2,可得 Fmg ma1;由图线可知41 0 s 内的加速度大小a
8、2m/s21 m/s2,可得 Fmg ma2;解得 F3 N,0.05,选项 A错误;10 s末恒力 F 的瞬时功率为 P10 Fv1036 W 18 W,选项 B错误;04 s 内的位移 x1 4 8 m16 m,410 s 内的位移 x266 m18 m,故 10 s 末物体在计时起点左侧2 m 处,选项 C错误;010 s内恒力 F做功的平均功率为P W0.6 W,选项 D正确。【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】6/18 答案D2.(多选)如图 3,直立弹射装置的轻质弹簧顶端原来在O点,O与管口 P的距离为 2x0,现将一个重力为mg的钢珠置于弹簧顶端,再把弹簧压缩至 M点,
9、压缩量为 x0,释放弹簧后钢珠被弹出,钢珠运动到P点时的动能为 4mgx0,不计一切阻力,下列说法正确的是()图 3A.弹射过程,弹簧和钢珠组成的系统机械能守恒B.弹簧恢复原长时,弹簧的弹性势能全部转化为钢珠的动能C.钢珠弹射所到达的最高点距管口P的距离为 7x0D.弹簧被压缩至 M点时的弹性势能为7mgx0解析弹射过程中,对弹簧和钢珠组成的系统而言,只受重力作用,故系统机械能守恒,A 正确;弹簧恢复原长时,钢珠的动能和势能都增加,选项 B 错误;钢珠运动到P 点时,钢珠的动能增加到4mgx0,且竖直方向上钢珠位置升高了3x0,即重力势能增加量Ep3mgx0,故弹簧被压缩至 M点时的弹性势能为
10、E4mgx0 3mgx0 7mgx0,D正确;钢珠到达管口 P点时动能为 4mgx0,当钢珠达到最大高度时,动能为0,动能转化为重力势能,则上升的最高点与管口的距离h 满足 mgh 4mgx0,故上升的最高点与管口的距离h4x0,C错误。答案AD3.(名师改编)如图 4 所示,质量 mB 3.5 kg 的物体 B通过下端固定在地面上的轻弹簧与地面连接,弹簧的劲度系数k100 N/m。轻绳一端与物体 B连接,另一端绕过两个光滑的轻质小定滑轮O1、O2后,与套在光滑直杆顶端 E处的质量 mA 1.6 kg 的小球 A 连接。已知直杆固定不动,杆长 L 为 0.8 m,且与水平面的夹角37。初始时使
11、小球A静止不动,与 A相连的一段绳子保持水平,此时绳子中的张力F为 45 N。已知【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】7/18 EO1 0.5 m,重力加速度 g 取 10 m/s2,绳子不可伸长。现将小球A从静止释放。图 4(1)求在释放小球 A之前弹簧的形变量;(2)若直线 CO1与杆垂直,求小球A从静止运动到 C点的过程中绳子拉力对小球 A所做的功;(3)求小球 A运动到直杆底端D点时的速度大小。解析(1)释放小球 A 前,B处于静止状态,由于绳子中的张力大于物体B的重力,故弹簧被拉伸,设弹簧形变量为x,有 kxFmBg,解得 x0.1 m。(2)对 A球从 E点运动到 C的过
12、程应用动能定理得W mAgh mAv 0其中 hxC O1cos 37,而 xC O1xE O1sin 37 0.3 m物体 B下降的高度 hxE O1xC O10.2 m由此可知,弹簧这时被压缩了0.1 m,此时弹簧弹性势能与初始时刻相等,A、B和弹簧组成的系统机械能守恒,有mAgh mBgh mAv mBv 由题意知,小球 A在 C点时运动方向与绳垂直,此时B物体速度 vB0由得 W 7 J。(3)由题意知,杆长L0.8 m,由几何知识可知EC CD,CDO1 CEO1 37,故 DO1 EO1当 A到达 D点时,弹簧弹性势能与初状态相等,物体B又回到原位置,将 A 在 D 点的速度沿平行
13、于绳和垂直于绳两方向进行分解,平行于绳方向的速度即 B的速度,由几何关系得vBvAcos 37 整个过程机械能守恒,可得【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】8/18 mAgLsin 37mAvA 2mBvB 2由得 vA2 m/s。答案(1)0.1 m(2)7 J(3)2 m/s归纳总结解决功能关系问题应注意的三个问题(1)分析清楚是什么力做功,并且清楚该力做正功,还是做负功;根据功能之间的对应关系,判定能的转化形式,确定能量之间的转化情况。(2)也可以根据能量之间的转化情况,确定是什么力做功,尤其是可以方便计算变力做功的多少。(3)功能关系反映了做功和能量转化之间的对应关系,功是能
14、量转化的量度和原因,在不同问题中的具体表现不同。动量定理和动能定理的应用【真题示例 1】(多选)(20 xx 全国卷,20)一质量为 2 kg 的物块在合外力 F的作用下从静止开始沿直线运动。F随时间 t 变化的图线如图 5所示,则()图 5A.t 1 s 时物块的速率为 1 m/sB.t 2 s 时物块的动量大小为4 kg m/sC.t 3 s 时物块的动量大小为5 kg m/sD.t 4 s 时物块的速度为零解析由动量定理可得Ftmv,解得 v。t 1 s 时物块的速率为v m/s1 m/s,故 A正确;t 2 s 时物块的动量大小p2F2t222 kgm/s4 kgm/s,t 3 s 时
15、物块的动量大小为p3(2211)kgm/s3 kgm/s,t 4 s 时物块的动量大小为p4(2212)【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】9/18 kgm/s2 kg m/s,所以 t 4 s 时物块的速度为 1 m/s,故 B正确,C、D错误。答案AB【真题示例 2】(20 xx 全国卷,24)为提高冰球运动员的加速能力,教练员在冰面上与起跑线相距s0 和 s1(s1s0)处分别设置一个挡板和一面小旗,如图6 所示。训练时,让运动员和冰球都位于起跑线上,教练员将冰球以速度 v0 击出,使冰球在冰面上沿垂直于起跑线的方向滑向挡板;冰球被击出的同时,运动员垂直于起跑线从静止出发滑向小
16、旗。训练要求当冰球到达挡板时,运动员至少到达小旗处。假定运动员在滑行过程中做匀加速运动,冰球到达挡板时的速度为v1。重力加速度为g。求:图 6(1)冰球与冰面之间的动摩擦因数;(2)满足训练要求的运动员的最小加速度。解析(1)设冰球的质量为 m,冰球与冰面之间的动摩擦因数为,由动能定理得mgs0 mv mv 解得 v,2gs0)(2)法 1 冰球到达挡板时,满足训练要求的运动员中,刚好到达小旗处的运动员的加速度最小。设这种情况下,冰球和运动员的加速度大小分别为 a1 和 a2,所用的时间为 t。由运动学公式得vv2a1s0v0v1a1t s1a2t2联立式得a2)【本资料精心搜集整理而来,欢迎
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