2012届高考物理二轮复习精品课件（大纲版）专题6　能量观点解题.ppt

1、专题六能量观点解题专题六 能量观点解题主干知识整合专题六 主干知识整合一、动能定理合外力做的功等于物体_，表达式为W总Ek.1定理中涉及物体初、末状态的速度都是指对地速度，动能变化是指末动能减去初动能2求外力对物体做的总功，可以先分别计算各个力在各个阶段对物体所做的功，再求这些功的代数和，即W总W1W2Wn；也可以先求物体所受的各力的合力，再求合力所做的功注意第二种方法只适合于各力始终为恒力的情形动能的变化专题六 主干知识整合3动能定理建立的是外力做的总功和物体动能变化之间的一个双向关系：既可以由总功求物体动能的变化，又可以由动能的变化求功，这是求解变力做功的一个常用途径4.动能定理通常适用于

2、单个物体，如果涉及物体组或系统，可以先分别对系统内每一个物体应用动能定理，然后再联立求解二、机械能守恒定律在只有_(或系统内的弹力)_的情况下，_(或弹性势能)和_发生相互转化，系统总的机械能保持不变重力做功重力势能动能专题六 主干知识整合1适用条件：从做功的角度看，只有重力(或系统内的弹力)做功；从能量转化和转移的角度看，系统内只有重力势能(或弹性势能)和动能发生相互转化，且系统与外界无能量转移对“只有重力(或系统内弹力)做功”在具体问题的分析中要特别注意以下几种情况：(1)可以对系统的受力进行整体分析，如果有除重力以外的其他力对系统做了功，则系统的机械能不守恒；(2)当系统内的物体或系统与

3、外界发生碰撞时，如果题目没有说明“不计机械能的损失”或“碰撞属于完全弹性碰撞”，系统机械能不守恒；专题六 主干知识整合(3)如果系统内部发生“爆炸”，则系统机械能不守恒；(4)当系统内部有细绳产生瞬间拉紧的作用时，系统机械能不守恒2三种表述(1)系统初、末态机械能相等，即_；(2)系 统 动 能 增 量 等 于 势 能 增 量 的 负 值，即_；(3)系统一部分机械能的增量等于另一部分机械能增量的负值，即_3由机械能守恒定律推导，我们可以得到如下结论：除重力和弹簧弹力以外的力做的功等于物体机械能的变化(功能原理)，这是分析机械能变化问题的捷径EkEpEkEpEkEpE1E2专题六 主干知识整合

4、三、能量守恒定律能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种_转化为_，或者从一个_转移到_，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律1两种表述：(1)系统初、末态总能量相等，即_；(2)系统中某几种能量的增加等于其他能量的减少，即_.2能量守恒是自然界普遍存在的自然规律，而我们研究的问题往往是一个或几个研究对象(或几个物体构成的系统)，所以能量守恒定律在不同条件下有不同的表现，例如只有重力或弹簧弹力做功时就表现为机械能守恒定律另一种形式形式物体另一物体E初E末En增Em减专题六 主干知识整合同理，对一个研究对象，如果只有电场力对其做功，则研究对象的动能与电势能之和保持不变，

5、因为只有这两种能量相互转化其他情况以此类推四、力学中常用功能关系高中阶段经常涉及的功能关系主要有以下几方面：(1)合外力所做的功或外力所做功的代数和等于物体动能的变化动能定理；(2)除重力和弹簧弹力以外的力做的功等于物体机械能的变化功能原理；(3)重力或弹力对物体所做的功与重力势能或弹性势能的变化数值相等；专题六 主干知识整合(4)两物体间滑动摩擦力对物体系所做的功(即滑动摩擦力与物体间相对路程的乘积)与物体系增加的内能数值相等要点热点探究专题六 要点热点探究 探究点一 动能定理及其应用动能定理是分析运动问题最基础的能量观点，适合于根据功求运动(速度大小及其变化、动能大小及其变化)，或者根据动

6、能的变化求外力对其做功情况其中，外力对物体做功可以是恒力做功，也可以是变力做功，可以是机械功，也可以是电场力、磁场力做功，所以动能定理在整个高中物理运动问题中都具有广泛的应用如果物体在某个运动过程中包含有几个不同运动性质的运动阶段(如加速、减速阶段)，此时可以分段应用动能定理，也可以对全程应用动能定理，一般对全程列式更简单专题六 要点热点探究例1如图261所示，在竖直平面内一个带正电的小球质量为m，所带的电荷量为q，用一根长为L且不可伸长的绝缘轻细线系在一匀强电场中的O点匀强电场的方向水平向右，分布的区域足够大现将带正电小球从O点右方由水平位置A点无初速度释放，小球到达最低点B时速度恰好为零(

7、1)求匀速电场的电场强度E的大小(2)若小球从O点的左方由水平位置C点无初速度释放，则小球到达最低点B所用的时间t是多少？(已知：L，重力加速度为g)专题六 要点热点探究【点拨】(1)小球涉及第(1)问的始末速度如何？电场力应向什么方向？(2)小球自C点释放后做圆周运动还是直线运动？为什么？专题六 要点热点探究【解析】(1)对小球由A到B的过程，由动能定理得0mgLqEL 故E(2)小球由C点释放后，将做匀加速直线运动，到B点时的速度为vb，设小球做匀加速直线运动的加速度为a，则专题六 要点热点探究【点评】本题中第(1)问是动能定理的经典应用，在这里应用动能定理相比其他方法要简单得多，所以无论

8、是机械功还是涉及电场力做功都可以应用动能定理求解；解决好第(1)问，则第(2)问的分析关键是确定小球的运动性质复合场中的匀变速直线运动专题六 要点热点探究 探究点二 机械能守恒定律及其应用机械能守恒定律适用于以下情景：不计空气阻力条件下所有的抛体运动(包括平抛、斜抛、上抛、下抛等)；光滑斜面上物体的运动；线球模型在竖直面(或光滑斜面上)的摆动(或圆周运动)；沿竖直光滑圆形轨道内侧运动的物体；球杆球模型；球绳球模型；软绳、链条类问题专题六 要点热点探究例2如图262所示，一质量m1 kg的圆环套在一光滑固定杆上，杆的倾角60，质量M2 kg的物块用轻绳通过定滑轮与圆环相连，现将圆环拉到与O点等高

9、的A位置由静止释放，圆环向下运动能到达最低点B，已知OC垂直于杆，30，OA间的距离L2 m(g取10 m/s2，结果保留三位有效数字)(1)定性分析圆环从A运动到B的过程中，圆环的速度大小变化情况(2)求物块下落到最低点时圆环的机械能(取A点所在的水平面为参考面)(3)圆环由A点下滑距离s2 m时的速度大小专题六 要点热点探究【点拨】第(1)问可从能量转化的角度结合极限法考虑；(2)环A释放后，物块M向什么方向运动？物块M的速度何时为零？专题六 要点热点探究例2(1)先加速，后减速(2)5.36 J(3)4.81 m/s【解析】(1)先加速，后减速(速度最大位置在CB之间)(2)物块下落到最

10、低点时其速度为零，圆环恰好通过C位置，设此时圆环的机械能为E.对圆环与物块组成的系统，由机械能守恒，有：EMg(LLsin)5.36 J.(3)设当圆环下滑距离s2 m时的速度大小为v，物块M的速度大小为v1，由几何关系知，此时绳与AO的夹角为专题六 要点热点探究专题六 要点热点探究则v1vcos，即v1对圆环与物块组成的系统，由机械能守恒定律，得：mgssin联立解得：v4.81 m/s.专题六 要点热点探究【点评】本题为涉及连接体的机械能守恒问题，这类题的关键是两物体的速度关系：“沿绳方向上的速度相同”在分析中要特别注意二者各自的运动及其相互关系，特别注意环运动的位移大小与物块M运动的位移

11、大小并不相等，这是本题的易错点；其中第(2)问的分析中，分析出环到达C点时物块速度为零是解题的关键专题六 要点热点探究 探究点三 能量观点综合应用传送带问题在上一专题我们总结了涉及传送带的动力学规律，而对传送带问题的分析往往同时涉及能量分析，这主要表现为两个方面1求电动机因传送带传送物体而多做的功W我们可以用公式WEkEpQ来计算，其中Ek表示被传送物体动能的增量、Ep表示被传送物体重力势能的增量(如果受电场力要考虑物体电势能的变化)、Q表示因摩擦而产生的热量专题六 要点热点探究2求物体与传送带之间发生的相对位移(或相对路程)s途径一：动力学方法(见专题一)；途径二：能量方法，由Qfs相对路程

12、来求另外，要理解和记住关于传送带能量问题的一个重要推论：如果将物体无初速放在以速度v匀速传动的水平传送带上，则在整个加速过程中物体获得的动能Ek与此过程中因摩擦而产生的热量Q有如下关系：EkQ专题六 要点热点探究例3一传送带装置示意图如图263所示，其中传送带AB区域是水平的，BC区域的倾角37，B处有很小一段圆弧形过渡(圆弧形长度不计，图中未画出)，AB长度为L14 m，BC长度为L216.6 m现将一个质量m1.0 kg的工件(可视为质点)无初速轻放在传送带A端，工件与传送带间动摩擦因数为0.8，设传送带运行的速率v8.4 m/s始终保持不变，取g10 m/s2，sin370.6，cos

13、370.8.求：(1)工件到达C端时的速度大小；(2)工件从A端运动C端所经历的时间；(3)工件从A端运动C端的过程中，工件与传送带间克服摩擦总共产生多少热量？(传送带与轮子间无相对滑动，不计轮轴处的摩擦)专题六 要点热点探究【点拨】(1)工件由A点到C点共经历几个运动阶段？运动性质如何？(2)摩擦生热的决定因素有哪些？专题六 要点热点探究例3(1)8.4 m/s(2)3 s(3)36.48 J【解析】(1)设工件由A运动到B处时的速度为vB，历时t1，由2gL1得vB8 m/s由L1得t11 s设工件由B处沿BC经过位移s与传送带达到共同速度，历时t2，由动能定理得(mgcosmgsin)s

14、解得s8.2 m由s解得t21 s专题六 要点热点探究此后工件沿传送带匀速向上运动，历时t3，有L2svt3，解得t31 s即工件到达C端时速度与传送带相同，vC8.4 m/s(2)由(1)分析知，工件从A端运动到C端所经历的时间tt1t2t33 s(3)设工件在AB段运动，与传送带相对位移大小为s1由s1t1得s14.4 m工件与传送带间克服摩擦产生热量Q1mgs135.2 J工件在BC段运动，与传送带相对位移大小为s2由s2得s20.2 m工件与传送带间克服摩擦产生热量Q2mgcoss21.28 J工件与传送带间克服摩擦总共产生热量QQ1Q236.48 J专题六 要点热点探究【点评】涉及传

15、送带的问题要特别注意以下几点：第一，滑块在题目给定的空间范围内能否获得和传送带相同的速度，这一点往往需要判断，例如上面例3中需要进行两次这样的判断；第二，如果是倾斜传送带，要注意滑块与传送带间的动摩擦因数，判定滑块能否沿传送带与之一起匀速运动；第三，涉及摩擦生热，可从能量转化的角度考虑，也可以根据Q热fs相对路程来求专题六 要点热点探究 探究点四 能量观点综合应用弹簧问题涉及弹簧的综合问题在高考试题中也屡见不鲜，一般难度较大，甚至作为压轴题出现其特点是出题形式灵活、情景多样，需要考生在平时勤于总结、提炼规律在具体问题的分析中要特别注意弹簧的以下特征：1.弹簧所处始末状态是否有形变，有形变则有弹

16、性势能；2.弹簧可以作为施力者出现对研究对象做功，实现弹性势能与研究对象能量的转化；3.弹簧也可以和物体一起构成系统，应用能量守恒定律建立关系式专题六 要点热点探究例32011福建卷 图264为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图，其下半部AB是一长为2R的竖直细管，上半部BC是半径为R的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向，AB管内有一原长为R、下端固定的轻质弹簧投饵时，每次总将弹簧长度压缩到0.5R后锁定，在弹簧上端放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去设质量为m的鱼饵到达管口C时，对管壁的作用力恰好为零不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能已知重

17、力加速度为g.求：专题六 要点热点探究(1)质量为m的鱼饵到达管口C时的速度大小v1；(2)弹簧压缩到0.5R时的弹性势能Ep；(3)已知地面与水面相距1.5R，若使该投饵管绕AB管的中轴线OO在90角的范围内来回缓慢转动，每次弹射时只放置一粒鱼饵，鱼饵的质量在m到m之间变化，且均能落到水面持续投放足够长时间后，鱼饵能够落到水面的最大面积S是多少？专题六 要点热点探究专题六 要点热点探究【点拨】(1)鱼饵在管口C对管壁的压力为零含义如何？(2)本题中如何求解弹簧储存的弹性势能？在第(3)问中涉及的运动形式如何？鱼饵落到水面的落点面积是什么形状？专题六 要点热点探究例4(1)(2)3mgR(3)

18、R2【解析】(1)质量为m的鱼饵到达管口C时做圆周运动的向心力完全由重力提供，则mgm由式解得v1(2)弹簧的弹性势能全部转化为鱼饵的机械能，由机械能守恒定律有Epmg(1.5RR)由式解得 Ep3mgR专题六 要点热点探究(3)不考虑因缓慢转动装置对鱼饵速度大小的影响，质量为m的鱼饵离开管口后做平抛运动，设经过t时间落到水面上，离OO的水平距离为x1，由平抛运动规律有4.5Rgt2x1v1tR由式解得x14R当鱼饵的质量为时，设其到达管口C时速度大小为v2，由机械能守恒定律有Ep由式解得v2专题六 要点热点探究质量为m的鱼饵落到水面上时，设离OO的水平距离为x2，则x2v2tR由式解得x27

19、R鱼饵能够落到水面的最大面积S专题六 要点热点探究【点评】涉及弹簧的能量问题是高中物理的难点，分析此类问题应注意以下几点：(1)弹簧的弹性势能与弹簧规格和形变程度有关，对同一根弹簧而言，无论是处于伸长状态还是压缩状态，只要形变程度相同，则其储存的弹性势能相同；(2)对同一根弹簧而言，先后经历两次相同的形变过程，则两次过程中弹簧弹性势能的变化相同，如上面例4；(3)弹簧弹性势能公式(Epkx2)不是考试大纲中规定的内容，也就是说高考试题除非在题干中明确给出该公式，否则不能用该公式定量解决物理计算题，以往高考命题中涉及弹簧弹性势能的问题都是从“能量守恒”的角度设题专题六 要点热点探究如图265所示

20、，质量分别为m11 kg、m22 kg的A、B两物体用劲度系数为k100 N/m的轻质弹簧竖直连接起来在弹簧为原长的情况下，使A、B整体从静止开始自由下落，当重物A下降h时，重物B刚好与水平地面相碰，假定碰撞后的瞬间重物B不反弹，也不与地面粘连，整个过程中弹簧始终保持竖直状态，且弹簧形变始终不超过弹性限度已知弹簧的形变为x时，其弹性势能的表达式为Epkx2.若重物A在以后的反弹过程中恰能将重物B提离地面，取重力加速度g10 m/s2，求：(1)重物A自由下落的高度h；(2)从弹簧开始被压缩到重物B离开水平地面的过程中，水平地面对重物B的最大支持力专题六 要点热点探究例4变式题(1)0.4 m(

21、2)60 N【解析】(1)重物A、B自由下落的过程机械能守恒，设重物B着地前瞬间重物A的速度为v(m1m2)gh(m1m2)v2v在以后反弹过程中，重物A和弹簧构成的系统机械能守恒，设弹簧的伸长量为x1，有专题六 要点热点探究将重物B提离地面时kx1m2g解得：hh0.4 m(2)从弹簧开始被压缩到重物B离开水平地面的过程中，弹簧压缩量最大时，重物B对水平地面的压力最大，设弹簧的最大压缩量为x2解之得：x20.4 m或x20.2 m(舍去)Nkx2m2gN60 N专题六 教师备用习题教师备用习题1.质量为m的小球被系在轻绳一端，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，运动过程中小球受到空气阻力的作用

22、设从某时刻小球通过轨道的最低点，此后小球继续做圆周运动，经过半个圆周恰能通过最高点在此过程中小球克服空气阻力所做的功为.则小球开始通过轨道的最低点时绳子的张力为()AmgB5mgC7mgD6mg专题六 教师备用习题【备选理由】本题考查圆周运动中的能量问题，涉及竖直面内线球模型最高点的临界状态分析、最低点的动力学分析、小球从最低点到最高点过程中的能量分析，尤其要特别注意本题要求考虑空气阻力做功【解析】C小球恰能通过最高点，有mg小球由最低点向最高点运动的过程中，由动能定理可得：mg2R且在最低点Tmg 解得T7mg，选项C正确专题六 教师备用习题2如图所示，内壁光滑的圆形凹槽半径为R，固定在竖直

23、平面内，一根长度为R的轻杆，一端固定有质量为m的小球甲，另一端固定有质量为2m的小球乙，将两小球放入凹槽内，开始小球甲位于与圆形凹槽圆心O同一水平线上，由静止释放后()A在滑动过程中甲、乙两球的速度相同B下滑过程中甲球减少的重力势能总是等于乙球增加的重力势能C下滑过程中甲球减少的机械能总是等于乙球增加的机械能D乙球可沿凹槽向右滑到槽的圆心等高处专题六 教师备用习题【解析】C甲、乙两球的速度方向不同，选项A错误；甲减少的重力势能等于乙增加的重力势能和甲、乙两球增加的动能之和，选项B错误；对甲、乙构成的系统，机械能守恒，所以选项C正确；因甲球质量小于乙球质量，据系统机械能守恒可知乙球不能达到与轨道圆心等高处，选项D错误专题六 教师备用习题【备选理由】本题中用杆连接的两个小球构成的系统机械能守恒，其中忽略两个小球运动速度方向会错选A；如果忽略两球质量不等这一条件，会错选D；如果不能准确全面隔离两球进行功能分析，会错选B.所以本题是培养学生科学严谨的思维习惯的一例典题