福建省2012屆高考物理二輪專(zhuān)題總復(fù)習(xí)課件：專(zhuān)題4第1課時(shí)動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律.ppt

專(zhuān)題四 機(jī)械能,第1課時(shí) 動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律,此類(lèi)題目如果是選擇題，屬于選擇題中的中檔難度以上的題，綜合性較強(qiáng)；如果是計(jì)算題，一般過(guò)程復(fù)雜，難度較大，能力要求較高 功能概念的考查是以功、功率、動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、內(nèi)能和電勢(shì)能等概念為核心，以受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析為基礎(chǔ)，結(jié)合圖象問(wèn)題和機(jī)車(chē)啟動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行考查,一、功能概念的理解與計(jì)算,例1：圖411為修建高層建筑常用的塔式起重機(jī)在起重機(jī)將質(zhì)量m=5103kg的重物豎直吊起的過(guò)程中，重物由靜止開(kāi)始向上做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，加速度a=0.2m/s2，當(dāng)起重機(jī)輸出功率達(dá)到其允許的最大值時(shí)，保持該功率直到重物做vm=1.02m/s的勻速運(yùn)動(dòng)取g=10m/s2，不計(jì)額外功 求： (1)起重機(jī)允許輸出的最大功率 (2)重物做勻加速運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí) 間和起重機(jī)在第2秒末的輸出功率,【解析】本題以實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題為背景，要求學(xué)生能正確提取信息，正確理解實(shí)際功率和額定功率的關(guān)系，分清起重機(jī)吊起重物過(guò)程中的幾個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)形式及其受力情況，結(jié)合牛頓第二定律進(jìn)行求解,解：(1)設(shè)起重機(jī)允許輸出的最大功率為P0，重物達(dá) 到最大速度時(shí)，拉力F0等于重力 P0=F0vm F0=mg 代入數(shù)據(jù)，有：P0=5.1104W ,(2)勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，起重機(jī)達(dá)到允許輸出的最大功率，設(shè)此時(shí)重物受到的拉力為F，速度為v1，勻加速運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷時(shí)間為t1，有： P0=Fv1 F-mg=ma v1=at1 由，代入數(shù)據(jù)，得：t1=5s t=2s時(shí)，重物處于勻加速運(yùn)動(dòng)階段，設(shè)此時(shí)速度為v2，輸出功率為P，則 v2=at P=Fv2 由，代入數(shù)據(jù)，得：P=2.04104W.,解這類(lèi)機(jī)車(chē)啟動(dòng)的問(wèn)題時(shí)，也可以利用v-t圖象幫助分析，在求“重物做勻加速運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間”時(shí)，常見(jiàn)的錯(cuò)誤是將vm當(dāng)成勻加速運(yùn)動(dòng)的末速度；在求“起重機(jī)在第2秒末的輸出功率”時(shí)，人們?nèi)菀讓⒅亓蛭矬w受到的合力作為牽引力計(jì)算出現(xiàn)以上問(wèn)題的根源一是對(duì)功率的概念理解不清，二是不能動(dòng)態(tài)分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，混淆機(jī)車(chē)的兩種啟動(dòng)方式，生搬硬套公式,如圖412所示，在外力作用下某質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的v-t圖象為正弦曲線(xiàn)從圖中可以判斷( ) A在0t1時(shí)間內(nèi)， 外力做負(fù)功 B在0t1時(shí)間內(nèi)， 外力的功率逐漸增大 C在t2時(shí)刻，外力的功率最大 D在t1t3時(shí)間內(nèi)，外力做的總功為零,D,【解析】由圖象知0t1時(shí)間內(nèi)，物體做加速運(yùn)動(dòng)，外力和速度同方向，外力做正功，A錯(cuò)v-t圖象的斜率表示加速度的大小，則在0t1時(shí)間內(nèi)的加速度越來(lái)越小，t=0時(shí)刻，v=0外力最大，但外力的功P=Fv最??；t=t1時(shí)刻v最大外力卻最小，因此在0t1時(shí)間內(nèi)，外力的功率應(yīng)是先增大后減小，B錯(cuò)同理，t2時(shí)刻外力功率最小，C錯(cuò)v-t圖線(xiàn)與坐標(biāo)軸所圍成的面積表示位移大小，因此t1t3時(shí)間內(nèi)物體發(fā)生的總位移為零，外力做的總功為零，D對(duì),二、動(dòng)能定理的應(yīng)用,2、(2010福建省質(zhì)檢)滑板運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)陸地上的“沖浪運(yùn)動(dòng)”，具有很強(qiáng)的觀賞性如圖413所示，abcdef為同一豎直平面內(nèi)的滑行軌道，其中bc段水平，ab、de和ef段均為傾角=37的斜直軌道，軌道間均用小圓弧平滑相連(小圓弧的長(zhǎng)度可忽略)已知H1=5m，L=15m，H2=1.25m，H3=12.75m，設(shè)滑板與軌道之間的,摩擦力為它們間壓力的k倍(k=0.25)，運(yùn)動(dòng)員連同滑板的總質(zhì)量m=60kg.運(yùn)動(dòng)員從a點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑從c點(diǎn)水平飛出，在de上著陸后，經(jīng)短暫的緩沖動(dòng)作后保留沿斜面方向的分速度下滑，接著在def軌道上來(lái)回滑行，除緩沖外運(yùn)動(dòng)員連同滑板可視為質(zhì)點(diǎn)，忽略空氣阻力，取g=10m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8.求：,(1)運(yùn)動(dòng)員從c點(diǎn)水平飛出時(shí)的速度大小vc； (2)運(yùn)動(dòng)員在de上著陸時(shí)，沿斜面方向的分速度大小v0； (3)設(shè)運(yùn)動(dòng)員第一次和第四次滑上ef軌道時(shí)上升的最大高度分別為h1和h4，則h4h1等于多少？,圖413,【解析】本題以滑板運(yùn)動(dòng)為背景，由淺入深地設(shè)計(jì)了三個(gè)問(wèn)題第一問(wèn)解題關(guān)鍵是正確分析受力，區(qū)分斜面和平面摩擦力的不同，用動(dòng)力學(xué)知識(shí)或動(dòng)能定理列式求解第二問(wèn)的關(guān)鍵是建立平拋運(yùn)動(dòng)模型，正確分解與合成速度第三問(wèn)的關(guān)鍵是確定運(yùn)動(dòng)員在斜面上運(yùn)動(dòng)的始末狀態(tài)，用功能關(guān)系列式并推理，尋找運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,解：(1)設(shè)運(yùn)動(dòng)員從a點(diǎn)到c點(diǎn)的過(guò)程中克服阻力做功Wf，根據(jù)動(dòng)能定理: 由、式并代入數(shù)據(jù)， 解得: ,(2)運(yùn)動(dòng)員從c點(diǎn)水平飛出到落到de軌道上的過(guò)程中做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)從c點(diǎn)到著陸點(diǎn)經(jīng)過(guò)的時(shí)間為t 水平位移 豎直位移 由幾何關(guān)系 水平方向分速度 豎直方向分速度 聯(lián)立、式并代入數(shù)據(jù)， 解得v0=10m/s ,(3)設(shè)運(yùn)動(dòng)員第一次沿ed斜面向上滑的最大高度為h1， 根據(jù)功能關(guān)系： 解得： 同理可得，運(yùn)動(dòng)員第二次沿ef斜面向上滑的 最大高度： 以此類(lèi)推，運(yùn)動(dòng)員第四次沿ef斜面向上滑的 最大高度： 解得 ： ,多過(guò)程的問(wèn)題要把各個(gè)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)與力都分析清楚，然后合理選擇研究過(guò)程一般情況下，盡量使用全過(guò)程動(dòng)能定理或功能關(guān)系，這樣可以減少中間量的產(chǎn)生，從而使計(jì)算更為簡(jiǎn)潔第3問(wèn)考查學(xué)生的推理能力 。,冰壺比賽是在水平冰面上進(jìn)行的體育項(xiàng)目，比賽場(chǎng)地示意如圖414.比賽時(shí)，運(yùn)動(dòng)員從起滑架處推著冰壺出發(fā)，在投擲線(xiàn)AB處放手讓冰壺以一定的速度滑出，使冰壺的停止位置盡量靠近圓心O.為使冰壺滑行得更遠(yuǎn)，運(yùn)動(dòng)員可以用毛刷擦冰壺運(yùn)行前方的冰面，使冰壺與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)減小設(shè)冰壺與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為1=0.008，用毛刷擦冰面,后動(dòng)摩擦因數(shù)減少至2=0.004.在某次比賽中，運(yùn)動(dòng)員使冰壺C在投擲線(xiàn)中點(diǎn)處以2m/s的速度沿虛線(xiàn)滑出為使冰壺C能夠沿虛線(xiàn)恰好到達(dá)圓心O點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員用毛刷擦冰面的長(zhǎng)度應(yīng)為多少？(g取10m/s2),圖414,【解析】設(shè)冰壺在未被毛刷擦過(guò)的冰面上滑行的距離為s1，所受摩擦力的大小為f1；在被毛刷擦過(guò)的冰面上滑行的距離為s2，所受摩擦力的大小為f2，則有： s1+s2=s 式中s為投擲線(xiàn)到圓心O的距離 f1=1mg f2=2mg ,設(shè)冰壺的初速度為v0，由功能關(guān)系， 聯(lián)立以上各式，解得： 代入數(shù)據(jù)得：s2=10m ,三、機(jī)械能守恒定律的判斷及應(yīng)用,高考對(duì)機(jī)械能守恒定律的考查主要是在守恒條件的判斷和系統(tǒng)機(jī)械能守恒這兩個(gè)方面系統(tǒng)機(jī)械能守恒的問(wèn)題經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)彈性勢(shì)能的分析或計(jì)算，由于必考題目中已回避了與動(dòng)量有關(guān)的考點(diǎn)，因此題目的難度有所下降 解決這類(lèi)問(wèn)題先要判斷機(jī)械能是否守恒方法主要有以下兩種(1)用做功判斷：分析物體或系統(tǒng)的受力情況(包括內(nèi)力和外力)，明確各力做功的情況，若對(duì)物體或系統(tǒng)只有重力或彈力做功，或雖受其他力，但其他力不做功或做功的代數(shù)和為零，則機(jī)械能守恒(2)用能量轉(zhuǎn)化來(lái)判斷：若系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無(wú)機(jī)械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，則系統(tǒng)機(jī)械能守恒其次是表達(dá)式的選用機(jī)械能守恒的表達(dá)式常用的有：E1=E2，Ek=21Ep，EA=EB等，選用哪一種表達(dá)式較合適，要視具體情況而定,例題3：如圖415所示，質(zhì)量為m1的物體A經(jīng)一輕質(zhì)彈簧與下方地面上的質(zhì)量為m2的物體B相連，彈簧的勁度系數(shù)為k，A、B都處于靜止?fàn)顟B(tài)一條不可伸長(zhǎng)的輕繩繞過(guò)輕滑輪，一端連物體A， 另一端連一輕掛鉤，不計(jì)滑輪的摩擦， 開(kāi)始時(shí)各段繩都處于伸直狀態(tài)，A上方 的一段繩沿豎直方向重力加速度為g.,圖415,(1)求彈簧的壓縮量； (2)現(xiàn)用一恒力F沿豎直方向向下拉掛鉤，求物塊B剛要離開(kāi)地面時(shí)物塊A的加速度a； (3)第(2)問(wèn)中，若物塊B剛要離開(kāi)地面時(shí)，物塊A的速度為v.求從開(kāi)始施加拉力到物塊B剛要離開(kāi)地面過(guò)程中，彈簧彈力對(duì)物塊A所做的功； (4)若在掛鉤上掛一質(zhì)量為m3的物體C并從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，已知它恰好能使B離開(kāi)地面但不繼續(xù)上升，求此過(guò)程中彈簧彈力對(duì)物塊A所做的功。,【解析】彈簧的彈力做功時(shí)，由于彈力是變力，一般不用求功公式求解，如果選取恰當(dāng)?shù)难芯窟^(guò)程，知道始末狀態(tài)的動(dòng)能，則首選動(dòng)能定理進(jìn)行解題另外，彈性勢(shì)能的表達(dá)式高中階段不要求，因此，在機(jī)械能守恒的問(wèn)題中，最好用Ek=-Ep這個(gè)思路解題,解：(1)A處于平衡狀態(tài)，彈簧的彈力等于A物體的重力，即: F1=m1g 設(shè)彈簧壓縮量為: x1 根據(jù)胡克定律: F1=kx1 得: x1= (2)B剛要離開(kāi)地面時(shí)，B受彈簧彈力F2和重力作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，即:F2=m2g A受重力、繩的拉力F和彈簧彈力F2作用，根據(jù)牛頓,第二定律 F-F2-m1g=m1a 解得 (3)設(shè)B剛要離開(kāi)地面時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量為x2 則kx2=m2g 此過(guò)程中以A為研究對(duì)象，根據(jù)動(dòng)能定理有 WF+WG+W彈= mv2 -0 重力和拉力做功分別為 WG=-m1g(x1+x2)，WF=F(x1+x2) 聯(lián)立可得 W彈= mv2 +(m1g-F),(4)分析題意可知，B不再上升，表明此時(shí)A和C的速度為零，C已降到最低點(diǎn)以A、C和彈簧為研究對(duì)象，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，彈簧的彈性勢(shì)能增加量為: E=m3g(x1+x2)-m1g(x1+x2) 得: E=(m3g-m1g) 彈簧彈力對(duì)A所做的功: W=-E=(m1g-m3g),本題還是從受力分析入手，明確題目幾個(gè)情景中物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律列式求解在第(3)小題中求重力和彈力做功的表達(dá)式時(shí)，易犯的錯(cuò)誤是位移大小經(jīng)常會(huì)漏掉考慮彈簧的伸長(zhǎng)量，或彈簧伸長(zhǎng)量x2的求法出錯(cuò)第(4)問(wèn)有的學(xué)生不能建立“恰好能使B離開(kāi)地面但不繼續(xù)上升”的情景，無(wú)法得出此時(shí)C物體的速度為零，從而得出錯(cuò)解,如圖416所示，一傾角為30的光滑斜面底端有一與斜面垂直的固定擋板M，物塊A、B之間用一與斜面平行的輕質(zhì)彈簧連結(jié)，現(xiàn)用力緩慢沿斜面向下推動(dòng)物塊B，當(dāng)彈簧具有5J彈性勢(shì)能時(shí)撤去推力釋放物塊B；已知A、B質(zhì)量分別為mA=5kg、mB=2kg，彈簧的彈性勢(shì)能表達(dá)式為Ep= k