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福建省高考物理二輪專題總復習 專題4 第2課時功與能的關系課件

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福建省高考物理二輪專題總復習 專題4 第2課時功與能的關系課件

第第2課時課時 功能關系和牛頓運動定律的綜合應用功能關系和牛頓運動定律的綜合應用專題四 機 械 能 一、功與能的關系 “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;而能是一種狀態(tài)量,它與一個時刻相對應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,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、功能關系在力學中的應用二、功能關系在力學中的應用 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 解題的關鍵是在進行準確的受力分析和過程分析的基礎上,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,要想求拉力的大小,可以轉(zhuǎn)化為向心力的大??;選手落入水中的深度可以應用動能定理求得,最大值的求解可以用數(shù)學的函數(shù)關系進行求解解析: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l= 時,x有最大值,解得l=1.5m因此,兩人的看法均不正確當繩長越接近1.5m時,落點距岸邊越遠12()(1 cos)l Hl2H 拋運動兩種運動模型,審題的關鍵是對不同過程的進行準確分析,找到相應的知識點,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,例如全過程應用動能定理靈活地運用數(shù)學知識解決極值問題三、功能關系在電場中的應用三、功能關系在電場中的應用 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,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= 設當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C的質(zhì)量為M時:Mgh=QBEh+E彈 當C的質(zhì)量為2M時,設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

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