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1、第第2課時課時 功能關(guān)系和牛頓運動定律的綜合應(yīng)用功能關(guān)系和牛頓運動定律的綜合應(yīng)用專題四 機 械 能 一、功與能的關(guān)系 “功是能量轉(zhuǎn)化的量度”有兩層含義： (1)做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程， (2)做功的多少決定了能轉(zhuǎn)化的數(shù)量，即：功是能量轉(zhuǎn)化的量度 功是一種過程量，它和一段位移(一段時間)相對應(yīng)；而能是一種狀態(tài)量，它與一個時刻相對應(yīng)兩者的單位是相同的(都是J)，但不能說功就是能，也不能說“功變成了能”。 例例1：光滑地面上放一長木板，質(zhì)量為M，木板上表面粗糙且左端放一木塊m，如圖所示，現(xiàn)用水平向右的恒力F拉木塊，使它在木板上滑動且相對地面位移為s(木塊沒有滑下長木板)在此過程中，下列判斷錯誤
2、的是()A若只增大m，則拉力F做功不變B若只增大m，則長木板末動能增大C若只增大M，則小木塊末動能不變D若只增大F，則長木板末動能不變【解析解析】拉力F做功W=Fscos ，若只增大不會影響拉力F做功，A正確對m受力分析，小木塊受到拉力F和滑動摩擦力的作用，動能改變量Ek=Fs-mgs，與M無關(guān)，C正確 對M分析，由于木塊的加速度a= -g，只增大F或減小m將增大木塊的加速度，從而減少木塊的加速時間t，長木板受到的摩擦力f=mg，因此長木板的末速度v=at= t也隨之減小，即只增大m，則長木板末動能增大，B正確只增大F，則長木板末動能減小， D錯誤mgMFmq 這是一道連接體的問題，但因為分別
3、問木塊和木板的末動能，所以要分別對兩物體進行受力分析，同時要注意到木塊對地位移不變的條件不等于長木板對地位移不變，必須進行判斷二、功能關(guān)系在力學(xué)中的應(yīng)用二、功能關(guān)系在力學(xué)中的應(yīng)用 主要體現(xiàn)在用系統(tǒng)的觀點對連接體問題進行功和能問題的分析，或者對多過程的運動進行整體的分析，特別是在曲線運動中經(jīng)常要使用動能定理或機械能守恒定律解題 解題的關(guān)鍵是在進行準確的受力分析和過程分析的基礎(chǔ)上，確定始末狀態(tài)，列出正確的方程例例2： (2010江蘇物理)在游樂節(jié)目中，選手需要借助懸掛在高處的繩飛越到水面的浮臺上，小明和小陽觀看后對此進行了討論如圖所示，他們將選手簡化為質(zhì)量m=60kg的質(zhì)點，選手抓住繩由靜止開始擺
4、動，此時繩與豎直方向夾角 =53，繩的懸掛點O距水面的高度為H=3m.不考慮空氣阻力和繩的質(zhì)量，浮臺露出水面的高度不計，水足夠深取重力加速度g=10m/s2，sin53=0.8，cos53=0.6.a(1)求選手擺到最低點時對繩拉力的大小F；(2)若繩長l=2m，選手擺到最高點時松手落入水中設(shè)水對選手的平均浮力f1=800N，平均阻力f2=700N，求選手落入水中的深度d；(3)若選手擺到最低點時松手，小明認為繩越長，在浮臺上的落點距岸邊越遠；小陽認為繩越短，落點距岸邊越遠，請通過推算說明你的觀點 【解析解析】本題考查機械能守恒定律、圓周運動向心力的來源、動能定理、平拋運動等知識，要想求拉力的
5、大小，可以轉(zhuǎn)化為向心力的大小；選手落入水中的深度可以應(yīng)用動能定理求得，最大值的求解可以用數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系進行求解解析：解析：(1)由機械能守恒定律可得： mgl(1-cos )= mv2 圓周運動知識：F-mg=m 解得F=(3-2cos )mg人對繩的拉力F=F則F=1080N (2)對選手從最高點到水中最低點由動能定理得：mg(H-lcos +d)-(f1+f2)d=0解得：d= =1.2m122vl12(cos)mg Hlffmgaaa(3)選手從最低點開始做平拋運動，設(shè)水平位移為x，則由平拋運動的規(guī)律可得： x=vtH-l= gt2結(jié)合式解得： x=2 當(dāng)l= 時，x有最大值，解得l=1
6、.5m因此，兩人的看法均不正確當(dāng)繩長越接近1.5m時，落點距岸邊越遠12()(1 cos)l Hl2H 拋運動兩種運動模型，審題的關(guān)鍵是對不同過程的進行準確分析，找到相應(yīng)的知識點，對癥下藥；巧妙地本題包含了豎直平面內(nèi)的圓周運動和平選取運動過程可以使問題得到簡化，例如全過程應(yīng)用動能定理靈活地運用數(shù)學(xué)知識解決極值問題三、功能關(guān)系在電場中的應(yīng)用三、功能關(guān)系在電場中的應(yīng)用 描述電場的特征有兩個物理量：電場強度E(力的特征)和電勢F(能的特征)，因此分析電場的問題必然牽涉牛頓運動定律和功能關(guān)系 例例3：如圖所示，擋板P固定在足夠高的水平桌面上，小物塊A和B大小可忽略，它們分別帶有+QA和+QB的電荷量，
7、質(zhì)量分別為mA和mB.兩物塊由絕緣的輕彈簧相連，一不可伸長的輕繩跨過滑輪，一端與B連接，另一端連接一輕質(zhì)小鉤，整個裝置處于方向水平向左的勻強電場中，電場強度為E.開始時A、B靜止，已知彈簧的勁度為k，不計一切摩擦及A、B間的庫侖力，A、B所帶電荷量保持不變，B一直在水平面上運動且不會碰到滑輪試求：(1)開始A、B靜止時，擋板P對物塊A的作用力大??；(2)若在小鉤上掛一質(zhì)量為M的物塊C并由靜止釋放，當(dāng)物塊C下落到最大距離時物塊A對擋板P的壓力剛好為零，試求物塊C下落的最大距離；(3)若C的質(zhì)量改為2M，則當(dāng)A剛離開擋板P時，B的速度為多大？【解析解析】(1)對系統(tǒng)AB進行受力分析可得：N=E(QA+QB) (2)設(shè)開始時彈簧形變量為x1，對物塊B由平衡條件：kx1=EQB，可得x1= 設(shè)當(dāng)A剛離開擋板時彈簧的形變量為x2，由kx2=EQA，可得x2= 故C下降的最大距離為：h=x1+x2 由式可解得h= (QB+QA) BEQkAEQkEk (3)由能量守恒定律可知：C下落h的過程中，C重力勢能的減少量等于B的電勢能的增量和彈簧彈性勢能的增量以及系統(tǒng)動能的增量之和 當(dāng)C的質(zhì)量為M時：Mgh=QBEh+E彈 當(dāng)C的質(zhì)量為2M時，設(shè)A剛離開擋板時B的速度為v.2Mgh=QBEh+E彈+ (2M+mB)v2 由式可解得A剛離開P時B的速度為：v=1222ABBMgE QQkMm
福建省高考物理二輪專題總復(fù)習(xí) 專題4 第2課時功與能的關(guān)系課件
