2022届新高考物理二轮学案-专题三 第5讲 功和能.docx
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1、专题三能量与动量第5讲功和能核心考点1功和功率【高考真题引领】1(2021湖南卷) “复兴号”动车组用多节车厢提供动力,从而达到提速的目的。总质量为m的动车组在平直的轨道上行驶。该动车组有四节动力车厢,每节车厢发动机的额定功率均为P,若动车组所受的阻力与其速率成正比(F阻kv,k为常量),动车组能达到的最大速度为vm。下列说法正确的是()A动车组在匀加速启动过程中,牵引力恒定不变B若四节动力车厢输出功率均为额定值,则动车组从静止开始做匀加速运动C若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,则动车组匀速行驶的速度为vmD若四节动力车厢输出功率均为额定值,动车组从静止启动,经过时间t达到最大速度vm,
2、则这一过程中该动车组克服阻力做的功为mvm2Pt思维分析考查角度机车恒功率启动模型、牛顿第二定律、功能关系解题关键根据机车某时刻的速度,利用功率公式求出牵引力,利用功能关系求出克服阻力做的功尝试解答_解析:对动车由牛顿第二定律有FF阻ma,若动车组匀加速启动,即加速度a恒定,但F阻kv随速度增大而增大,则牵引力也随阻力增大而变大,故A错误;若四节动力车厢输出功率均为额定值,则总功率为4P,由牛顿第二定律有kvma,故可知加速启动的过程,牵引力减小,阻力增大,则加速度逐渐减小,故B错误;若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,则动车组匀速行驶时加速度为零,有kv,而以额定功率匀速时,有kvm,联
3、立解得vvm,故C正确;若四节动力车厢输出功率均为额定值,动车组从静止启动,经过时间t达到最大速度vm,由动能定理可知4PtWF阻mvm20,可得动车组克服阻力做的功为WF阻4Ptmvm2,故D错误; 答案:C【知识方法深化】1求功的几种方法(1)WFl cos (恒力)(2)WPt(恒力或变力,恒定功率)(3)WEk(动能定理)(4)WE(功能关系)(5)图像法:Fx图线所围面积2功率(1)平均功率:PFcos (2)瞬时功率:PFv cos (为F与v的夹角)(3)应用:机车起动,PFv3解决机车启动问题时的四点技巧(1)分清是匀加速启动还是恒定功率启动。(2)匀加速启动过程中,机车功率是
4、不断改变的,但该过程中的最大功率是额定功率,匀加速运动阶段的最大速度小于机车所能达到的最大速度,达到额定功率后做加速度减小的加速运动。(3)以额定功率启动的过程中,机车做加速度减小的加速运动,速度最大值等于,牵引力是变力,牵引力做的功WPt。(4) 无论哪种启动方式,最后达到最大速度时,均满足PFfvm,P为机车的额定功率。【精选典题练透】2(多选)(2021湖北四校联考)一质量为m的物体静止在水平地面上,在水平拉力的作用下开始运动,图甲是在06 s内其速度与时间关系图像,图乙是拉力的功率与时间关系图像,g取10 m/s2。下列判断正确的是()甲乙A拉力的大小为4 N,且保持不变B物体的质量为
5、2 kgC06 s内物体克服摩擦力做的功为24 JD06 s内拉力做的功为156 J解析:对物体受力分析,由图甲可知,在02 s内物体做匀加速运动,拉力大于滑动摩擦力,在26 s内物体做匀速运动,拉力等于滑动摩擦力,因此拉力大小不恒定,选项A错误;在26 s内根据功率公式PFv,有F4 N,故滑动摩擦力fF4 N,在图甲中,02 s内有a3 m/s2,由牛顿第二定律可知Ffma,又PFv,联立解得m2 kg,F10 N,选项B正确;由图甲可知在06 s内物体通过的位移为x30 m,故物体克服摩擦力做的功为Wffx120 J,选项C错误;由动能定理可知WWfmv2,故06 s内拉力做的功Wmv2
6、Wf262 J120 J156 J,选项D正确。答案:BD3(多选)(2021山东九校联盟模拟)某机车发动机的额定功率为P3.6106 W,该机车在水平轨道上行驶时所受的阻力为fkv(k为常数),已知机车的质量为M2.0105 kg,机车能达到的最大速度为vm40m/s,重力加速度g取10 m/s2,则下列说法正确的是()A机车的速度达到最大时所受的阻力大小为9104 NB常数k1.0103 kg/sC当机车以速度v20 m/s匀速行驶时,机车所受的阻力大小为1.6104 ND当机车以速度v20 m/s匀速行驶时,机车发动机的输出功率为9105 W解析:机车的速度达到最大时所受的阻力fF910
7、4 N,故A正确;据阻力fkv可得k kg/s2 250 kg/s,故B错误;机车以速度20 m/s匀速行驶时,则有f2kv22 25020 N4.5104N,机车以速度20 m/s匀速行驶时,机车发动机的输出功率P2F2v2f2v24.510420 W9105W,故C错误,D正确。答案:AD4(多选)(2021广东省惠州市第三次调研)如图所示,半径为R的半圆弧槽固定在水平地面上,槽口向上,槽口直径水平,一个质量为m的物块从P点由静止释放刚好从槽口A点无碰撞地进入槽中,并沿圆弧槽匀速率地滑行到最低点B点,不计物块的大小,P点到A点高度为h,重力加速度大小为g,则下列说法正确的是()A物块从P到
8、B过程克服摩擦力做的功为mg(Rh)B物块从A到B过程重力的平均功率为C物块在B点时对槽底的压力大小为D物块到B点时重力的瞬时功率为mg解析:物块从A到B过程做匀速圆周运动,根据动能定理有mgRWf0,因此克服摩擦力做功WfmgR,A项错误;根据机械能守恒,物块到A点时的速度大小由mghmv2得v,从A到B运动的时间t,因此从A到B过程中重力的平均功率为,B项正确;物块在B点时,根据牛顿第二定律FNmgm,求得FN,根据牛顿第三定律可知,FNFN,C项正确;物块到B点时,速度的方向与重力方向垂直,因此重力的瞬时功率为零,D项错误。答案:BC核心考点2动能定理【高考真题引领】1(2021河北卷)
9、一半径为R的圆柱体水平固定,横截面如图所示,长度为R、不可伸长的轻细绳,一端固定在圆柱体最高点P处,另一端系一个小球,小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时,绳刚好拉直,将小球从Q点由静止释放,当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时,小球的速度大小为(重力加速度为g,不计空气阻力)()A BC D2思维分析考查角度动能定理、机械能守恒定律解题关键明确细绳竖直时小球下落的高度是解题的关键尝试解答_解析:小球下落的高度为hRRRR,小球下落过程中,根据动能定理有mghmv2 ,综上有v,故选A。答案:A【知识方法深化】1应用动能定理解题应注意的三点(1)由于不涉及加速度及时间, 动能定理比动力学研究方法要
10、简捷。(2)动能定理表达式是一个标量式,在某个方向上应用动能定理是没有依据的。(3)物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的过程(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,则可使问题简化。2应用动能定理的四环节(1)明确研究对象和研究过程研究对象一般取单个物体,通常不取一个系统(整体)为研究对象。研究过程要根据已知量和所求量来定,可以对某个运动阶段应用动能定理,也可以对整个运动过程(全程)应用动能定理。(2)分析物体受力及各力做功的情况(特别是在多过程问题中,要分析清楚力在哪段位移哪段过程中做功)。(3)明确过程始末状态的动能Ek1和Ek
11、2。(4)利用动能定理方程式W1W2W3mv22mv12求解。【精选典题练透】2(2021山东省济宁市高三三诊)如图所示,在光滑水平桌面内,固定有光滑轨道ABC,其中半圆轨道BC与直轨道AB相切于B点,物体受到与AB平行的水平拉力F,从静止开始运动,拉力F的大小满足如图乙所示(以A为坐标原点,拉力F从A指向B为正方向)。若m1 kg,AB4 m,半圆轨道的半径R1.5 m,重力加速度g10 m/s2。则下列说法中正确的是()A拉力F从A到B做功为50JB物体从B到C过程中,所受的合外力为0C物体能够到达C点,且速度大小为2 m/sD物体能够到达C点,且速度大小为2 m/s解析:Fx图像与坐标轴
12、所围面积表示功,则拉力F从A到B做功为W240 J101 J30 J,故A错误;物体从B到C过程中,做圆周运动,合力不为0,故B错误;从A到B由动能定理有WmvB2,解得vB2m/s,由于光滑轨道ABC在水平面内,则物体从B到C做匀速圆周运动,物体能够到达C点,且速度大小为2 m/s,故C错误,D正确。故选D。答案:D3.(2021山东泰安二模)如图所示,竖直固定放置的斜面DE与一光滑的圆弧轨道ABC相切,C为切点,圆弧轨道的半径为R,斜面的倾角为。现有一质量为m的滑块从D点无初速下滑,滑块可在斜面和圆弧轨道之间做往复运动。已知圆弧轨道的圆心O与A、D在同一水平面上,滑块与斜面间的动摩擦因数为
13、,求:(1)滑块第一次滑至左侧圆弧上时距A点的最小高度差h;(2)滑块在斜面上能通过的最大路程s。解析:(1)滑块从D到达左侧最高点F经历DC、CB、BF三个过程,现以DF整个过程为研究过程,运用动能定理得:mghmg cos 0,解得h。(2)通过分析可知,滑块最终滑至C点的速度为0时对应在斜面上的总路程最大,由动能定理得:mgR cos mg cos s0,解得s。答案:(1)(2)4.(2021湖南株洲第四次质检)如图是一种常见的圆桌,桌面中间嵌一半径为r1.5 m、可绕中心轴转动的圆盘,桌面与圆盘面在同一水平面内且两者间缝隙可不考虑。已知桌面离地高度为h0.8 m,将一可视为质点的小碟
14、子放置在圆盘边缘,若缓慢增大圆盘转动的角速度,碟子将从圆盘上甩出并滑上桌面,再从桌面飞出,且落地点与桌面飞出点的水平距离为0.4 m。已知碟子质量m0.1 kg,碟子与圆盘间的最大静摩擦力Fmax0.6 N,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取g10 m/s2。求:(1)碟子从桌面飞出时的速度大小;(2)碟子在桌面上运动时,桌面摩擦力对它做的功;(3)若碟子与桌面间动摩擦因数为0.225,要使碟子不滑出桌面,则桌面半径至少是多少?解析:(1)碟子滑离圆桌后做平抛运动,则hgt2,xvt解得vx1 m/s。(2)由题意得,当碟子在圆盘上转动时,由静摩擦力提供向心力,当静摩擦力达到最大时,碟子即将滑落,
15、设碟子从圆盘上甩出时的速度大小为v0则Fmaxm解得v03 m/s由动能定理得Wfmv2mv02,代入数据得Wf0.4 J(3)当碟子滑到圆桌边缘时速度恰好减为零,对应的圆桌半径取最小值。设碟子在圆桌上滑动的位移为s由动能定理有mgs0mv02则圆桌的最小半径为R联立解得R2.5 m答案:(1)1 m/s(2)0.4 J(3)2.5 m核心考点3机械能守恒定律【高考真题引领】1(2018江苏卷)如图所示,钉子A、B相距5l,处于同一高度。细线的一端系有质量为M的小物块,另一端绕过A固定于B。质量为m的小球固定在细线上C点,B、C间的线长为3l。用手竖直向下拉住小球,使小球和物块都静止,此时BC
16、与水平方向的夹角为53。松手后,小球运动到与A、B相同高度时的速度恰好为零,然后向下运动。忽略一切摩擦,重力加速度为g,取sin 530.8,cos 530.6。求:(1)小球受到手的拉力大小F;(2)物块和小球的质量之比Mm;(3)小球向下运动到最低点时,物块M所受的拉力大小T。考查角度系统机械能守恒、共点力平衡和牛顿第二定律的综合应用解题关键(1)受力分析,根据平衡条件分析拉力F(2)根据机械能守恒和几何关系分析(3)根据牛顿第二定律分析第(3)问解析:(1)设小球受AC、BC的拉力分别为F1、F2F1sin 53F2cos 53,FmgF1cos 53 F2sin 53且F1Mg,解得F
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- 2022 新高 物理 二轮 专题
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