2022届高考物理二轮复习 重难点06 功和能

这是一份2022届高考物理二轮复习 重难点06 功和能，共13页。
重难点06  功和能考点一  功能关系功能量的变化合外力做正功动能增加重力做正功重力势能减少弹簧弹力做正功弹性势能减少电场力做正功电势能减少其他力（除重力、弹力外）做正功机械能增加功能关系的应用1．在应用功能关系解决具体问题的过程中，若只涉及动能的变化用动能定理分析．2．只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析．3．只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析．4．只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析．1、功能关系问题的解答技巧对各种功能关系熟记于心，力学范围内，应牢固掌握以下三条功能关系：（1）重力的功等于重力势能的变化，弹力的功等于弹性势能的变化；（2）合外力的功等于动能的变化；（3）除重力、弹力外，其他力的功等于机械能的变化。运用功能关系解题时，应弄清楚重力做什么功，合外力做什么功，除重力、弹力外的力做什么功，从而判断重力势能或弹性势能、动能、机械能的变化。考点二  摩擦力做功摩擦力做功的特点及传送带中的能量问题1．静摩擦力做功的特点（1）静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。（2）相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零．（3）静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能．2．滑动摩擦力做功的特点（1）滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．（2）相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果：①机械能全部转化为内能；②有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外一部分转化为内能．（3）摩擦生热的计算：Q＝Ffs相对．其中s相对为相互摩擦的两个物体间的相对路程．深化拓展　从功的角度看，一对滑动摩擦力对系统做的功等于系统内能的增加量；从能量的角度看，其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量．3．传送带模型的能量问题（1）模型条件①传送带匀速或加速运动．②物体以初速度v0滑上传送带或轻轻放于传送带上，物体与传送带间有摩擦力．③物体与传送带之间有相对滑动．（2）模型特点①若物体轻轻放在匀速运动的传送带上，物体一定要和传送带之间产生相对滑动，物体一定受到沿传送带前进方向的摩擦力．②若物体静止在传送带上，与传送带一起由静止开始加速，如果动摩擦因数较大，则物体随传送带一起加速；如果动摩擦因数较小，则物体将跟不上传送带的运动，相对传送带向后滑动．③若物体与水平传送带一起匀速运动，则物体与传送带之间没有摩擦力；若传送带是倾斜的，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力作用．（3）功能关系①功能关系分析：WF＝ΔEk＋ΔEp＋Q②对传送带的功WF和产生的内能Q的理解：传送带的功：WF＝Fx传产生的内能Q＝Ff x相对（建议用时：30分钟）一、单选题1．如图甲所示，视为质点的小球用不可伸长的轻绳连接，绕定点O在竖直面内做圆周运动，小球经过最高点的速度大小为v，此时绳子的拉力大小为FT。拉力FT与速度的平方的关系如图乙所示，重力加速度大小为g，不计空气阻力。则小球从最高点运动到最低点的过程中动能的变化量为（　　）A． B． C． D．【答案】  A【解析】小球在最高点时有FT+ mg=即由题图乙可知mg=b解得，小球从最高点运动到最低点的过程中重力所做的功等于其动能的变化量，即故选A。2．如图所示，轻弹簧一端系在墙上的 O 点，自由伸长到 B 点。现将小物体靠着弹簧（不拴接）并将弹簧压缩到 A 点，然后由静止释放，小物体在粗糙水平面上运动到 C 点静止，则（　　）A．小物体从 A 到 B 过程速度一直增加B．小物体从 A 到 B 过程加速度一直减小C．小物体从 B 到 C 过程中动能变化量大小小于克服摩擦力做功D．小物体从 A 到 C 过程中弹簧的弹性势能变化量大小等于小物体克服摩擦力做功【答案】  D【解析】AB．A、B间某处，A受到的弹力等于摩擦力，合力为0，速度最大。而B点只受摩擦力，合力不为零。因此小物体从 A 到 B 过程加速度先减小再增大，速度先增大后减小。故AB错误；C．小物体从 B 到 C 过程中，由动能定理得故C错误；D．小物体从 A 到 C 过程中，由动能定理得故D正确。故选D。3．如图所示，滑块2套在光滑的竖直杆上并通过细绳绕过光滑定滑轮连接物块1，物块1又与一轻质弹簧连接在一起，轻质弹簧另一端固定在地面上。开始时用手托住滑块2，使绳子刚好伸直处于水平位置但无张力，此时弹簧的压缩量为。现将滑块2从A处由静止释放，经过处的速度最大，到达处的速度为零，此时物块1还没有到达滑轮位置。已知滑轮与杆的水平距离为，间距离为，不计滑轮质量、大小及摩擦。下列说法中正确的是（　　）A．滑块2下滑过程中，机械能先增大后减小B．滑块2经过处时的加速度等于零C．物块1和滑块2的质量之比为D．若滑块2质量增加一倍，其它条件不变，仍让滑块2由处从静止滑到处，滑块2到达处时，物块1和滑块2的速度之比为【答案】  B【解析】A．滑块2下滑过程中，克服绳子拉力做功，机械能减少。A错误；B．滑块2经过处的速度最大，则滑块2在处合力为零，即加速度为零。B正确；C．弹簧及两物体组成的系统，机械能守恒，当滑块2到达处时，物块1上升的距离为说明此时弹簧拉伸量为。根据系统机械能守恒得解得C错误；D．根据关联速度有解得D错误。故选B。二、多选题4．我国高铁技术处于世界领先水平，和谐号动车组是由动车和拖车编组而成，提供动力的车厢叫动车，不提供动力的车厢叫拖车。假设动车组各车厢质量均相等，动车的额定功率都相同，动车组在水平直轨道上运行过程中阻力与车重成正比。某列动车组由8节车厢组成，其中第1、5节车厢为动车，其余为拖车，则该动车组（　　）A．启动时乘客受到车厢作用力的方向与车运动的方向相反B．做匀加速运动时，第5、6节与第6、7节车厢间的作用力之比为3：2C．与改为4节动车带4节拖车的动车组最大速度之比为1：2D．与改为4节动车带4节拖车的动车组最大速度之比为1：4【答案】  BC【解析】A．启动时乘客的加速度的方向与车厢运动的方向是相同的，所以乘客受到车厢作用力的方向与车运动的方向相同。故A错误；B．做加速运动时，有两节动力车厢，对整个的车进行受力分析得把6、7、8车厢看成一个整体，第5、6节车厢间的作用力为，由牛顿第二定律把7、8车厢看成一个整体，第6、7节车厢间的作用力为，由牛顿第二定律联立可得故B正确；CD．当只有两节动力车时，最大速率为，由瞬时功率表达式改为4节动车带4节拖车的动车组时最大速率为，由瞬时功率表达式联立可得故C正确，D错误。故选BC。5．如图所示，固定的光滑长斜面的倾角θ=37°，下端有一固定挡板。两小物块A、B放在斜面上，质量均为m，用与斜面平行的轻弹簧连接。一跨过轻小定滑轮的轻绳左端与B相连，右端与水平地面上的电动玩具小车相连。系统静止时，滑轮左侧轻绳与斜面平行，右侧轻绳竖直，长度为L且绳中无弹力。当小车缓慢向右运动距离时A恰好不离开挡板。已知重力加速度为g，sin37°=0.6，cos37°=0.8.在小车从图示位置发生位移过程中，下列说法正确的是（　　）A．弹簧的劲度系数为B．绳的拉力对B做功为C．若小车以速度向右匀速运动，位移大小为时，B的速率为D．若小车以速度向右匀速运动，位移大小为时，绳的拉力对B做的功为【答案】  BD【解析】A．初态，弹簧压缩量A恰好不离开挡板时，弹簧伸长量解得选项A错误；B．根据x1=x2，弹性势能不变，则小车在位移内拉力对B做的功解得选项B正确；C．小车位移大小为时，滑轮右侧轻绳与竖直方向的夹角为37°，小车速度沿轻绳方向和与轻绳垂直方向分解，则B的速率选项C错误；D．小车在位移大小内，拉力对B做的功设为W2，根据功能原理有选项D正确。故选BD。三、解答题6．如图所示，让摆球从图中的C位置由静止开始摆下，摆到最低点D处，摆线刚好被拉断，小球在粗糙的水平面上由D点向右做匀减速运动，到达A孔进入半径R=0.3m的竖直放置的光滑圆弧轨道，当摆球进入圆轨道立即关闭A孔。已知摆线长L=2m，θ=60°，小球质量为m=0.5kg，D点与小孔A的水平距离s=2m，g取10m/s2。（1）求摆线能承受的最大拉力为多大?（2）要使摆球能进入圆轨道并且不脱离轨道，求粗糙水平面动摩擦因数μ的范围。【答案】  （1）10N；（2）或【解析】（1）当摆球由C运动到D的过程，由机械能守恒定律可得在D点，由牛顿第二定律可得联立解得Fm=2mg=10N（2）小球不脱离圆轨道分两种情况①要保证小球能到达A孔，设小球到达A孔的速度恰好为零，由动能定理可得可得μ1=0.5若进入A孔的速度较小，那么将会在圆心以下做等幅摆动，不脱离轨道。其临界情况为到达圆心等高处速度为零，由机械能守恒可得由动能定理可得可得μ2=0.35②若小球能过圆轨道的最高点且不会脱离轨道，则球在圆周的最高点，由牛顿第二定律可得由动能定理可得解得μ3=0.125综上所述，动摩擦因数μ的范围为或7．如图所示，内径很小的细管竖直固定，段为内径粗糙的水平直线细管，P点处有一弹性挡板、段为内径光滑的半径为R的圆弧，两段细管于M点处滑顺连接。一细绳左侧连接一质量为的滑块A，另一端穿过P板经细管连接一大小略小于内径的质量为m的滑块B。在外力影响下，两滑块初始均静止，除段外，其余各处阻力不计，段滑动摩擦因数取0.5。（1）同时释放两物块，试求滑块B运动至M点时，滑块A的速度大小？（2）系统释放后，滑块B经M点后水平撞击挡板P能够原速率弹回，刚好返回M点。试判断整个过程中，滑块B的在水平段运动路程是段长度的几倍？（3）若滑块A的质量可以调节改变，但应大于滑块B。要使滑块B运动至M点时对细管的压力不大于自身重力的倍，试求滑块A与B满足要求的质量比值范围？【答案】  （1）；（2）8倍；（3）（）【解析】（1）滑块B上升至M点过程中，A与B系统机械能守恒A与B运动方向均沿沿绳方向，因而滑块A的速度（2）方法一滑块B向左运动时加速度滑块B向右运动时加速度表示第N次反弹速率，表示第N次反弹运动路程，因为有解得即为等比数列，水平总路程方法二以第一次返回M点时，至系统最终停止作为研究阶段起点，由能量守恒列式解得综上得：水平总路程（3）M点处，若滑块B对上轨道压力恰为滑块B受力联立解得M点处，若滑块B对下轨道压力恰为滑块B受力联立解得综上，满足要求的质量比值范围（）8．如图所示，一质量的小车静置于光滑水平地面上，左侧用固定在地面上的销钉挡住。小车上表面由光滑圆弧轨道BC和水平粗糙轨道CD组成，BC与CD相切于C，BC所对圆心角，CD长。质量的小物块从某一高度处的A点以的速度水平抛出，恰好沿切线方向自B点进入圆弧轨道，滑到D点时刚好与小车达到共同速度。取，，，忽略空气阻力。（1）求小物块从C滑到D所用时间；（2）若在小物块抛出时拔掉销钉，求小车向左运动到最大位移时物块离小车左端的水平距离。【答案】  （1）1s；（2）3.73m【解析】（1）物块在小车上CD段滑动过程中，物块与小车组成的系统动量守恒，设物块在C点时的速度大小为，由动量守恒定律得解得由能量守恒定律得解得研究物块，由动量定理得联立解得（2）设A点与CD所在水平面之间的高度差为H，如图有销钉时，物块的机械能守恒，有解得由平抛运动得解得由几何关系得解得B、C间的水平距离若拔掉销钉，物块与小车组成的系统水平方向动量守恒，有小车向左运动达最大位移时，速度为0，此时物块速度为4m/s，设此时物块离小车左端的水平距离为s，由能量守恒定律得：联立方程，解得