专题四功和能
高考物理二轮复习冲刺课件：专题4功和能
摩擦力为Ff＝μmgcos30°＝
3 4 mg<mgsin
30°＝12mg，故滑块最终
只能停止在挡板P处．
在滑块的整个运动过程中，滑动摩擦力大小不变，方向发 生变化，因此是变力，不能用功的公式W＝Fx计算，但滑动摩 擦力在上滑或下滑的过程中是恒力，可以用公式求，所以计算 滑动摩擦力做的总功时，应用路程，而不是用位移．即有Wf＝ Ff·s对整个运动过程用动能定理求解得：WG－Wf＝ΔEk，即 mgs0sinθ－μmgcosθ·s＝0－12mv02，代入数据解得：s＝27.3m.
A. 3t0时刻的瞬时功率为5Fm20t0 B. 3t0时刻的瞬时功率为15mF02t0 C. 在t＝0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为234Fm20t0 D. 在t＝0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为256Fm20t0
[解析] 根据F－t图线，在0～2t0内的加速度a1＝Fm0 2t0时的速度v2＝a1·2t0＝2mF0t0 0～2t0内位移x1＝v22·2t0＝2mF0t02，故F0做的功W1＝F0x1＝2mF20 t20 在2t0～3t0内的加速度a2＝3mF0 3t0时的速度v3＝v2＋a2t0＝5mF0t0
冲关必试
1．(2011·上海高考)如图，一长为L的轻杆一端固定在光滑
铰链上，另一端固定一质量为m的小球．一水平向右的拉力作
用于杆的中点，使杆以角速度ω匀速转动，当杆与水平方向成
60°时，拉力的功率为( )
A.mgLω
3 B. 2 mgLω
1 C. 2mgLω
3 D. 6 mgLω
[解析] 当杆转至与水平方向成60°时，如图，根据杠杆平
第1秒内与第2秒内质点动能增加量的比值
ΔE1 ΔE2
2014年高考物理二轮复习专题4：功和能关系ppt课件
高考热点
1．做功的两个重要因素是：有力作用在物体上，且使物体 在力的方向上 发生了位移．功的求解可利用W＝Flcos α求，但F必须为 动能定理 ．也可以利用F－l图象来求； 恒力间接求解． 变力的功一般应用
2．功率的计算公式 W 平均功率 P＝ t ＝Fvcos α ； 瞬时功率 P＝Fvcos α ， 当α ＝0， 即 F 与 v 方向 相同 时， P＝Fv. 3．动能定理
A．重力做功 2 mgR C．合外力做功 mgR B．机械能减少 mgR 图5－3 1 D．克服摩擦力做功 mgR 2
解析
小球到达 B 点时， 恰好对轨道没有压力， 只受重力作 mv 2 用，根据 mg＝ 得，小球在 B 点的速度 v＝ gR.小球从 P R 到 B 的过程中，重力做功 W＝mgR，故选项 A 错误；减少 1 2 1 的机械能ΔE 减＝mgR－ mv ＝ mgR，故选项 B 错误； 合外 2 2 1 2 1 力做功 W 合＝ mv ＝ mgR，故选项 C 错误；根据动能定理 2 2 1 2 1 2 1 得，mgR－Wf＝ mv －0，所以 Wf＝mgR－ mv ＝ mgR， 2 2 2 故选项 D 正确．
3．计算功率的基本思路 (1)首先判断待求的功率是瞬时功率还是平均功率． (2)①平均功率的计算方法 W a．利用 P＝ . t b．利用 P＝Fvcos θ . ②瞬时功率的计算方法 P＝Fvcos θ ，v 是 t 时刻的瞬时速度．
高频考点12:功能关系与曲线运动的综合(选择题)
【例2】 (2012·安徽卷，16)如图5－3 所示，在竖直平面内有一半径为R 的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖 直，一个质量为m的小球自A的正 上方P点由静止开始自由下落，小 球沿轨道到达最高点B时恰好对轨 道没有压力．已知AP＝2R，重力 加速度为g，则小球从P到B的运动 过程中 ( )．
4 功和能
功能原理
A内非 0
封闭系统：不受外界作用的系统。 封闭系统内有非保守力做功时，机械能不守恒，能 量的形式可能变化，也可能在物体之间转移。
例7：在平面两相同的球做完全弹性碰撞，其中一球开始时 处于静止状态，另一球速度 v。 求证：碰撞后两球速度总互相垂直 解：设碰撞后两球速度 由动量守恒 两边平方
A
Aext Aint EkB EkA
质点组的动能定理： 外力功与内力功的总和，等于 质点系动能的增量。 内力可以改变系统的总动能（电荷的作用、爆炸）
但内力不能改变系统的总动量！ （守恒条件）
例4：有一面为1/4凹圆柱面（半径R）的物体（质量M）放置 在光滑水平面，一小球（质量m），从静止开始沿圆面从顶端 无摩擦下落（如图），小球从水平方向飞离大物体时速度 v ， 求：1）重力所做的功；2）内力所做的功。 解：重力只对小球做功 m M R A重力 mgs cos mgh A重力 mgR 水平方向无外力，系统水平方向动量守 恒。
A A B dv m dr m vdv A dt A 1 2 1 2 mvB mvA 2 2
B
dv Ft m dt
动能定理: 合外力对质点做的功等于质点动能的增量。
2.质点系的动能定理 B B1 B1 1 1 2 F1 dr1 f1 dr1 m1v 1B m1v 21 A F2 A1 f2 A1 2 2 F1 f1 m2 B2 B2 1 1 2 m1 F2 dr2 f 2 dr2 m2v 2 B m2v 2 2 A A2 A2 2 2
l2
(A) kxdx
l1 l 2 l0
l2
(B )
2019高考物理二轮复习专题四功和能.ppt
3.应用动能定理解题的思路和一般步骤 (1)确定研究对象和物理过程； (2)分析研究对象的受力情况(包括重力)，并分别 求出各力做功的代数和，但要注意求功时，位移 必须是相对地面的； (3)确定过程始、末状态的动能； (4)利用动能定理列方程求解，要注意方程的左边 是功，右边是动能的变化量.
三、运用机械能守恒定律应注意的问题和解 题的一般步骤 1.应注意的问题 (1)要注意研究对象的选取 研究对象的选取是解题的首要环节，有的问 题选单个物体(实为一个物体与地球组成的 系统)为研究对象，机械能不守恒，但选此 物体与其他几个物体组成的系统为研究对象， 机械能却是守恒的，如图4－3所示，单选A 机械能减少，但A、B二者组成的系统机械 能守恒.
一、机车的启动问题 1.恒定功率启动：机车先做加速度逐渐减小的加速运动， 后做匀速直线运动.速度图象如图4－1所示，当F＝F阻时， vm＝ ＝
2.恒定加速度启动：速度
加速的最大速度v1.若再加速，应保持功率不变做变加速
运动，直至达到最大速度vm后匀速运动.
明确考点
1.功和功率 2.动能和动能定理 3.重力做功与重力势能 4.功能关系、机械能守恒定律及其应用
把握考情
1.高考对本专题知识常以选择题和综合计算题两种题型考石 查，与基本概念有关的内容常以选择题的形式考查，与动 能定理和机械能守恒定律有关的内容常以综合计算题的形 式考查，难度中等偏上，且分值较高.
积，即为变力的功. 3.当变力的功率一定时，可用W＝Pt求功，如机车牵引力
的功.
4.将变力的功转化为恒力的功
(1)当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反
时，可将变力的作用过程分割成若干个恒力的小过程，
将每个小过程的功求出，再求总功(此即微元法)，如滑
m4功和能
A外 A内非 E B E A
当质点系只有保守内力做功，外力和非保守内力做功为零时， 机械能守恒。 即：
A外 A内非保 0
E机 E B E A 常量
质点的动能：
1 2 E k mv 2
质点动能定理的微分形式；表明 合力对质点做功的功率等于质点 动能的时间变化率。
d P ( Ek ) dt
在 t1 到 t2 这段时间内，质点沿路径L从 A 到B
A L F dr L
B A B
F v dt
B A
d 1 1 1 2 2 L ( mv )dt mv 2 mv12 dt 2 2 2 A
A到B做功
B
ri
A
B
Fi
功等于质点受的力 和它的位移的标积
B Ai Fi ri L F dr i i A
AAB
AAB
L F dr
A
质点沿路径L从A到 B力F对它做的功
恒力的功
F
B
F
F
AAB
B
L F dr
更普遍地，孤立系统能量守恒。 在只有保守内力做 功的情况下，质点 系的机械能保持不 变。这一结论叫机 械能守恒。 械能守恒
五、能量守恒定律与三种宇宙速度
相对地心参考系
可绕地球运行 所需的最小 初速度称为
第一宇宙速度 第二宇宙速度 第三宇宙速度
使人造星体
完全脱离地球 脱离太阳
第一宇宙速度
把卫星和地球看做一个系统，则其机械能守恒。(地心系）
2020高考物理二轮复习主题四 功和能
主题四功和能规律方法提炼1.应用动能定理的三点提醒(1)方法的选择：动能定理往往用于单个物体的运动过程，由于不涉及加速度及时间，比动力学方法要简捷。
(2)规律的应用：动能定理表达式是一个标量式，不能在某个方向上应用动能定理。
(3)过程的选择：物体在某个运动过程中包含几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程)，此时可以分段应用动能定理，也可以对全过程应用动能定理，但如果对整个过程应用动能定理，往往能使问题简化。
2.机械能守恒的判断及应用技巧(1)机械能守恒的判断①利用机械能守恒的定义判断；②利用做功判断；③利用能量转化判断；④对于绳突然绷紧和物体间非弹性碰撞问题，机械能往往不守恒。
(2)应用技巧对于连接体的机械能守恒问题常常应用重力势能的减少量等于动能的增加量来分析和求解。
3.与能量有关的力学综合题的解决方法(1)常见的与能量有关的力学综合题有单一物体多过程和多个物体多过程两大类型。
(2)联系前后两个过程的关键物理量是速度，前一个过程的末速度是后一个过程的初速度。
(3)当涉及功、能和位移时，一般选用动能定理、机械能守恒定律或能量守恒定律，题目中出现相对位移时，应优先选择能量守恒定律。
1.如图1所示，质量为m的足球静止在地面1位置，被踢出后落到地面3位置。
在空中达到的最高点2的高度为h，速度为v。
已知重力加速度为g。
下列说法正确的是()图1A.运动员对足球做的功为mgh＋12m v2B.足球落到3位置时的动能为mghC.足球刚离开1位置时动能大于mgh＋12m v2D.足球在2位置时的机械能等于其在3位置时的动能解析由于足球运动过程中受空气阻力作用，所以机械能逐渐减少，选项C正确。
答案 C2.(2019·福建三明一中模拟)小明骑电动自行车沿平直公路行驶，因电瓶“没电”，故改用脚蹬车匀速前行。
设小明与车的总质量为100 kg，骑行过程中所受阻力恒为车和人总重力的0.02倍，g取10 m/s2。
专题四功与能专题
五功和能【知识点回顾】功是力的空间积累效果。
有力做功，一定有能的转化或转移；功是能的转化或转移的量度。
弄清一个物理过程中能量的变化情况，才能更深刻地理解这个过程，从而做出正确的判断。
学习“功和能”，重点掌握以下知识点：1．理解功的概念，掌握功的计算方法。
做功总伴随能的转化或转移，功是能量转化或转移的量度。
计算恒力的功时用W=Fscosα，其中α是力F与位移S的夹角。
在计算或定性判断做功情况时，一定要明确是哪个力的功。
2．会判断正功、负功或不做功。
判断方法有：（1）用力和位移的夹角α判断当0≤α＜90°，力做正功当α=90°时，力做功为零当90°＜α≤180°，力做负功（2）用力和速度的夹角θ判断定当0≤θ＜90°，力做正功当θ=90°时，力不做功当90°＜θ≤180°时，力做负功（3）用动能变化判断当某物体的动能增大时，外力做正功当某物体的动能不变时，外力不做功当某物体的动能减小时，外力做负功3．了解常见力做功的特点重力做功和路径无关，只与物体始末位置的高度差h有关：W=mgh，当末位置高于初位置时，W＞0，即重力做正功；反之则重力做负功。
滑动摩擦力做功与路径有关。
当某物体在一固定平面上运动时，滑动摩擦力做功的绝对值等于摩擦力与路程的乘积。
在弹性范围内，弹簧做功与始末状态弹簧的形变量有关系。
4．理解力和功率的关系。
某力做功的瞬时功率P与该瞬时力的大小F，速度υ及它们的夹角α有关：P=Fυcosα。
应用此式时注意两点：一是明确F指的哪个力；二是明确α是力与速度的夹角。
当我们用P=Fυ分析汽车或汽船（此时cosα=1）的运动时，要注意条件。
如果汽车启动时可以看作匀加速直线运动，阻力可看作大小不变的力，则汽车的牵引力F的大小不变，由P=Fυ可知发动机的功率是逐渐增大的。
但是当功率达到额定功率时不再增大，由P=Fυ可知牵引力F将逐渐减小，即汽车启动时做匀加速运动的时间是有限度的。
2010年高考专题冲刺训练课件专题四 功和能高考教练配套
状态，因此当撤去外力F到系统停止运动的过程中，系统克服阻力
做功应包含系统的弹性势能，因此可以得知BD正确. [答案] BD 返回目录
跟踪练习
6.如图所示，把矩形线框从匀强磁场中匀速拉出，第一次用速
度v1，第二次用速度v2，而且v2＝2v1.若两次拉力所做的功分别为W1
和W2，两次做功的功率分别为P1和P2，两次线圈产生的热量分别为 Q1和Q2，则下列正确的是（ A.W1＝W2，P1＝P2，Q1＝Q2 B.W1＞W2，P1＞P2，Q1＞Q2 C.W1＝W2，2P1＝P2，2Q1＝Q2 D.W2＝2W1，P2＝4P1，Q2＝2Q1 ）
所以D正确.但有时也不守恒，如在粗糙水平面上拉着一个物体加速
运动，此时就不守恒. [答案] CD 2.静止在粗糙水平面上的物块A受方向始终水平向右、大小先后 为F1、F2、F3的拉力作用做直线运动，t＝4 s时停下，其v—t图象如 图所示，已知物块A与水平面间的动摩擦因数处处相同，下列判断 正确的是（ ）
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典例赏析
已知太阳辐射的总功率P0＝4×1026 W，太阳到地球的距离r＝ 1.5×1011 m，太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗， 该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%. ［解析］ （1）驱动电机的输入功率P电＝IU＝1.5×104 W. （2）在匀速行驶时P机＝0.9P电＝Fv＝fv， 所以f＝0.9P电/v 汽车所受阻力与车重之比f/mg＝0.045.
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跟踪练习
A.全过程中拉力做的功等于物块克服摩擦力做的功 B.全过程拉力做的功等于零 C.一定有F1＋F3＝2F2 D.可能有F1＋F3＞2F2
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跟踪练习
[解析] 根据动能定理知A正确，B错误.第1 s内，F1－μmg＝ma， 1 s末到3 s末，F2－μmg＝0，第4 s内，μmg－F3＝ma，所以F1＋F3＝ 2F2. [答案] AC
物理二轮 第一部分 专题四 学案 功和能
末汽车的速度 v＝at＝ 3
m/s，选项 C 可估算出；
根据题图甲、乙可知，汽车的长度等于 4 s 时汽车的位移，即 l 1 2 80 3 ＝ at ＝ m，选项 A 可估算出； 2 3
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专题四 学案6
因为 4 s 末汽车的瞬时速度可求出，汽车所受的合外力 F＝ma 也可求出， 所以汽车在 4 s 末的瞬时功率为 P＝Fv 也可估算出，
答案 (1) 2ms0 qE＋mgsin θ
mgsin θ＋qE 1 2 (2) mvm －(mgsin θ＋qE)· ( s0 ＋ ) 2 k
(3)见解析图
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题后反思 应用动能定理的三点注意
专题四 学案6
(1)如果在某个运动过程中包含有几个不同运动性质的阶段 (如加速、减速阶段)，可以分段应用动能定理，也可以对全
16 16 18
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专题四 学案6
命题情况 考查点
本 学 案 栏 目 开 关
安徽 12 13 22 16 24
广东 12 13
北京 12 22 23 13 20 22
天津 12 8 13
功和功率的计算 动能定理 能量守恒定律
19 17 36
10 10
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专题四 学案6
图3
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专题四 学案6
(1)求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间 t1； (2)若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为 vm， 求滑块从静止释放到速度大小为 vm 过程中弹簧的弹力所做的 功 W；
本 学 案 栏 目 开 关
(3)从滑块由静止释放瞬间开始计时， 请在乙图中画出滑块在沿 斜面向下运动的整个过程中速度与时间关系 v－t 图象． 图中横 坐标轴上的 t1、t2 及 t3 分别表示滑块第一次与弹簧上端接触、 第一次速度达到最大值及第一次速度减为零的时刻，纵坐标轴 上的 v1 为滑块在 t1 时刻的速度大小，vm 是题中所指的物理 量．(本小题不要求写出计算过程) 审题突破 ①滑块的运动过程经历三个阶段：匀加速运动、加
2020年高考物理二轮提分攻略专题04 功和能.doc
2020年物理二轮专题过关宝典专题四：功和能【知识回扣】 一、功和功率 1.功的计算恒力做的功：直接用W ＝Fl cos α计算。
变力做的功：①应用动能定理求解；②应用W ＝Pt 求解，此法适用于变力的功率P 不变； 2.功率的计算平均功率的计算方法：①利用P＝tW ；②利用P ＝F·v cos α，其中v 为物体运动的平均速度。
瞬时功率的计算方法：利用公式P ＝Fvcos α，其中v 为t 时刻的瞬时速度； 3. 机车的两种启动模型的分析 （1）模型综述物体在牵引力（受功率和速度制约）作用下，从静止开始克服一定的阻力，加速度不变或变化，最终加速度等于零，速度达到最大值。
（2）模型特征a. 以恒定功率启动的方式： ①动态过程：②这一过程的速度—时间图象如图所示：b. 以恒定加速度启动的方式： ①动态过程：②这一过程的速度—时间图象如图所示：深化拓展：无论哪种启动方式，机车最终的最大速度都应满足：v m ＝fF P，且以这个速度做匀速直线运动。
二、动能定理1. 动能定理：合外力做功等于物体在这个过程中动能的变化量。
W ＝E k2－E k1＝12mv 22－12mv 21. 2．适用范围(1)动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动。
(2)既适用于恒力做功，也适用于变力做功。
三、机械能守恒定律1.判断机械能是否守恒的两个角度（1）从做功的角度：若只有重力(或弹力)做功或虽有其他外力做功但其他力做功的代数和为零，则该物体（或该系统）的机械能守恒。
2.从能的角度：若系统内只有动能和势能的相互转化，没有其他形式的能与机械能转化，且系统与外部也没有能力的转化与转移，则系统机械能守恒。
2.机械能守恒的三种表示形式(1)守恒观点：E k1＋E p1＝E k2＋E p2(要选零势能参考平面) (2)转化观点：ΔE k ＝－ΔE p (不用选零势能参考平面) (3)转移观点：ΔE A 增＝ΔE B 减(不用选零势能参考平面) 四、力学中的功能关系合外力做功等于物体动能的改变 W 合＝E k2－E k1＝ΔE k 重力做功衡量重力势能的减少量 W G ＝E p1－E p2＝－ΔE p 弹簧弹力做功衡量弹性势能的减少量W 弹＝E p1－E p2＝－ΔE p 除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功，等于物体机械能的改变W 其他＝E 2－E 1＝ΔE一对滑动摩擦力做功的代数和等于因摩擦而产生的内能 Q ＝fx 相对，x 相对为物体间相对滑动的距离【热门考点透析】考点一 功和功率1.轻质弹簧右端固定在墙上,左端与一质量m=0.5 kg 的物块相连,如图甲所示,弹簧处于原长状态,物块静止且与水平面间的动摩擦因数μ=0.2。
4功和能bPPT课件
在质心系中两质子达到最近距离时，全部动
能转化为静电势能。（在实验室系如何？）
12(m2p)(3v0)2
e2 k
rmin
4ke2
rmin
9m
pv
2 0
4.12 两体问题
两物体在相互作用下的运动问题称两体问题，
如： 粒子被原子核散射，行星绕太阳运动等。
dE k dE kC dE p (1)
dW内非 dW内 非 （内力成对出现）
d W 外 d W 内 非 d E k d E p d E k d E k C d E p
(1)
· S
Fi
mi
ri ri′
rc
S′
vc
C
dW 外
F i d r i
F id r i F id r C
地球 — 物体系统的能量问题时， 可以不考虑
地球动能的道理。
例4.13 已知：质子间相互作用电势能为 k e 2 ，
r
mp mp k为常量。两个质子从相距很远处
●
e
r
●
e
分别以速率v0 和 2v0 相向运动。
求：二者能达到的最近距离 rmin
解：两质子间只有保守内力作用， 动能和静电
势能之和守恒（忽略万有引力） 。
答：最后这四个球中停下来的是 （ 球2），运动的球中 速率最小值为（v 0 5 ）。
4.11 质心系中的功能关系
一. 柯尼希定理（K‥onig theorem）
S（ （m质i ， 心v系i） ）：
v C 0 m iv i 0
Ek 12mivi2
S（ （v惯i ， 性系vC）） ：
Ek 12 mivi2， EkC12(mi)vC2
2020高考物理二轮课件：4 功和能
第12页
考点 动能定理 解|题|必|备
1．应用动能定理解题应抓好“一个过程、两个状态、一个纽带” (1)一个过程：明确物体在运动过程中的受力情况和位置变化，清楚各力做 功情况。 (2)两个状态：明确上述过程的始、末状态的速度或动能，如题组冲关 5 题中小球在 A、B 两点的速度。 (3) 一 个 纽 带 ： 对 于 多 阶 段 问 题 关 注 相 邻 两 个 阶 段 的 衔 接 点 的 速 度 ( 或 动 能)，它是联系前后两个过程的重要纽带。如题组冲关 6 题中 B 点的速度。
第24页
解析 两球由静止释放到运动到轨迹最低点的过程中只有重力做功，机械能 守恒，取轨迹的最低点为零势能点，则由机械能守恒定律得 mgL＝21mv2，v＝
2gL，因 LP<LQ，则 vP<vQ，又 mP>mQ，则两球的动能无法比较，A、B 两项错 误；在最低点绳的拉力为 F，则 F－mg＝mvL2，则 F＝3mg，因 mP>mQ，则 FP>FQ， C 项正确；向心加速度 a＝F－mmg＝2g，D 项错误。
第20页
(2)设运动员到达 C 点时的速度为 vC，在由 B 到达 C 的过程中，由动能定理 有
mgh＋W＝12mv2C－21mv2B，④ 设运动员在 C 点所受的支持力为 N，由牛顿第二定律有 N－mg＝mvR2C，⑤ 由运动员能够承受的最大压力为其所受重力的 6 倍，联立④⑤式，代入数据 解得 R＝12.5 m。⑥
答案 C
第16页
5.如图所示的竖直轨道，其圆形部分半径分别是 R 和R2，质量为 m 的 小球通过这段轨道时，在 A 点时刚好对轨道无压力，在 B 点时对轨道的压 力为 mg。则小球由 A 点运动到 B 点的过程中摩擦力对小球做的功为( )
2014高考物理二轮复习课件 专题四 功和能
率的计算,而后式侧重于瞬时功率的计算.
针对训练 1-1
(2013 河北石家庄二模) )
如图所示是质量为 1 kg 的滑块在水平面上做直线运动的 v t 图像.下列判断正确的是( A.在 t=1s 时,合力的瞬时功率 为零 B.在 4～6s 时间内,滑块的平均 速度为 2.5m/s C.在 3～7s 时间内,合力做功的 平均功率为 2W D.在 5～6s 时间内,滑块受到的合力为 2N
解析:设斜面与水平面的夹角为θ,则物体下滑时受到的滑动摩擦力 f=
2
(1)滑块运动到 C 点时速度 vC 的大小; (2)B、C 两点的高度差 h 及水平距离 x; (3)水平外力作用在滑块上的时间 t. 思路探究:(1)滑块到达 D 点时,由传感器的示数能否求出到 D 点的速度?又如何求出滑块运动到 C 点时速度大小? 答案:滑块到达 D 点时,由支持力与重力的合力提供向心力求 出到达 D 点的速度,再由机械能守恒定律可求出滑块运动到 C 点时的速度大小.
4 2 gh . 3 v1 tan
(2)A、B 间竖直高度 H=R(1+cosθ) 设小球到达 B 点时的速度为 v,则从抛出点到 B 过程中有
1 1 2 2 m v0 +mg(H+h)= mv 2 2
v2 在 B 点,有 N-mg=m R
解得 N=5.6mg 由牛顿第三定律知,小球在 B 点对轨道的压力大小 5.6mg.
如图所示,半径为 R 的光滑半圆轨道 ABC 与倾角为θ =37°的粗糙斜面轨 道 DC 相切于 C,圆轨道的直径 AC 与斜 面垂直.质量为 m 的小球从 A 点左上方 距 A 高为 h 的斜面上方 P 点以某一速度水平抛出,刚好与半圆 轨道的 A 点相切进入半圆轨道内侧,之后经半圆轨道沿斜面刚 好滑到与抛出点等高的 D 处.已知当地的重力加速度为 g,取
2023届高考物理一轮复习讲义：专题四 功和能
专题四 功和能重点1. 机械能守恒的条件及其表达方式。
2．以正确的步骤运用机械能守恒定律。
3．动能定理及其导出过程。
4．动能定理的应用。
难点1．如何判断机械能是否守恒，及如何运用机械能守恒定律解决实际问题。
2．建立物理模型、状态分析和寻找物理量之间的关系。
3．多过程和变力做功情况下动能定理的应用。
易错点1． 如何判断机械能是否守恒，及如何运用机械能守恒定律解决实际问题。
2．多过程和变力做功情况下动能定理的应用。
高频考点 1.动能定理的应用。
2. 运用机械能守恒定律解决实际问题。
考情分析：能量问题是历年来高考的重点和热点，考查比较全面而且有较强的综合性。
其中动能定理和功能关系更是重中之重，明确功是能量转化的途径和量度；而机械能守恒定律是另一个重点，要求学生能用守恒观点去解决问题，压轴题也会与此部分知识有关。
本专题内容常与牛顿定律、圆周运动、电磁学知识综合，高考对本部分知识的考查核心会在分析综合能力上。
考点预测：功和功率、动能和动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律是力学的重点，也是高考考查的重点，常以选择题、计算题的形式出现，考题常与生产生活实际联系紧密，题目的综合性较强．预计在高考中，仍将对该部分知识进行考查，复习中要特别注意功和功率的计算，动能定理、机械能守恒定律的应用以及与平抛运动、圆周运动知识的综合应用。
【解读】功和功率是物理学中两个重要的基本概念，是学习动能定理、机械能守恒定律、功能原理的基础，也往往是用能量观点分析问题的切入点。
复习时重点把握好功德概念、正功和负功；变力的功；功率的概念；平均功率和瞬时功率，发动机的额定功率和实际功率问题；与生产生活相关的功率问题。
解决此问题必须准确理解功和功率的意义，建立相关的物理模型，对能力要求较高。
动能定理是一条适用范围很广的物理规律，一般在处理不含时间的动力学问题时应优先考虑动能定理，特别涉及到求变力做功的问题，动能定理几乎是唯一的选择。
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专题四：功和能【知识梳理】一、功 1、功的定义： 一个物体受到力的作用，如果在力的方向上发生一段位移，我们就说这个力对物体做了功。
功是能量改变的量度。
2、公式：αcos FS W =功的正负：功是标量但有正负，当090≤<︒α时，力对物体做正功；90180︒<≤︒α时，力对物体做负功（物体克服某力做功，取正值）。
当︒=90α时，力对物体不功； 3、计算功的常用方法(1)用公式 W ＝Fs cos α计算功．该方法只能求恒力的功．该公式可写成 W ＝F ·(s ·cos α)＝(F ·cos α)·s ，即功等于力与力方向上位移的乘积或等于位移与位移方向上力的乘积．(2)用公式 W ＝Pt 来计算．该式一般用于求功率恒定但力变化的情况，例如恒定功率启动的汽车． (3)利用功能原理求功．该方法在考试中最常用，注意功是能量转化的量度，某个力做功对应某一能量转化，例如合外力的功对应物体动能的变化，重力做功对应重力势能的变化，电场力做功对应电势能的变化．(4)等值法求功．当求某个力的功比较困难(一般是变力)，且该力做功与某一力做功相同(一般是恒力)，可以用等值替代来求．例1、某物体同时受到三个力作用而做匀减速直线运动，其中 F 1 与加速度 a 的方向相同，F 2 与速度 v 的方向相同，F 3 与 速度 v 的方向相反，则A ．F 1对物体做正功B ．F 2对物体做正功C ．F 3对物体做正功D ．合外力对物体做负功【解析】因物体做匀减速运动，a 的方向与 v 的方向相反，故F 1对物体做负功，A 错；F 2与速度 v 方向相同，做正功，B 正确；F 3 与 v 方向相反，做负功，C 错误；做匀减速直线运动时，合外力的方向与运动方向相反，做负功，故 D 正确．例2、如图8－3所示，用恒力F 通过光滑的定滑轮，将静止于水平面上的物体从位置A 拉到位置B ，物体可视为质点，定滑轮距水平面高为h ，物体在位置A 、B 时，细绳与水平面的夹角分别为α和β，求绳的拉力F 对物体做的功．【解析】从题设的条件看，作用于物体上的绳的拉力T ，大小与外力F 相等，但物体从A 运动至B 的过程中，拉力T 的方向与水平面的夹角由α变为β，显然拉力T 为变力．此时恒力功定义式W=F ·S·cos α就不适用了．如何化求变力功转而求恒力功就成为解题的关键．由于绳拉物体的变力T 对物体所做的功与恒力F 拉绳做的功相等，根据力对空间积累效应的等效替代便可求出绳的拉力对物体做的功．解：设物体在位置A 时，滑轮左侧绳长为l 1，当物体被绳拉至位置B 时，绳长变为l 2，因此物体由A 到B ，绳长的变化量又因T=F ，则绳的拉力T 对物体做的功例3、质量为m 的物体放在光滑的水平面上，绳经滑轮与水平方向成α角，大小为F 的力作用下，如图所示，求使物体前进位移为S 的过程中对物体做的功。
（力F 的方向保持不变）。
【解析】本题要求物体前进S 的过程中力对物体做的功实际有两个力，一个是拉力F ，另一个是水平绳的拉力大小也为F ，应当分别求各力的功，再求代数和。
解：水平绳上拉力F 对物体做功 W 1=FS 斜向上拉力F 对物体做功为W FS 2=cos α所以对物体做的总功为W FS FS FS =+=+cos (cos )αα1【巩固练习】1、质量为 m 的小球，用长为l 的轻绳悬挂于O 点。
小球在水平拉力F 作用下，从平衡位置P 点很缓慢地移动到Q 点，如图所示，则拉力F 所做的功为（） A. mglcos θ B. mgl(1－cos θ) C. Flcos θD. Fl θ2、如图所示，质量为m 的物体在与水平方向成θ的恒力F 作用下以加速度a 做匀加速度直线运动，已知物体和地面间的动摩擦因数为μ，物体在地面上运动距离为x 的过程中力F 做功为 A ．μmgx B ．()θμxμg a m tan 1-+C ．()θμx μg a m tan 1+- D ．θμμmgx tan 1+3、两上质量不同的物体与水平面之间的动摩擦因数相同，它们以相同的初动能开始沿水平面滑动，以下说法中正确的是（ ） A ．质量小的物体滑行的距离较长 B ．质量大的物体滑行的距离较长C ．在整个滑动过程中，质量大的物体克服摩擦阻力做功较多D ．在整个滑动过程中，两物体克服摩擦阻力做功相同 4、如图所示，两个互相垂直的力F 1与F 2作用在同一物体上，使物体通过一段位移过程中，力F 1对物体做功4J ，力F 2对物体做功3J ，则力F 1与F 2的合力对物体做功为（ ）A. 7JB. 1JC. 5JD. 3.5J 5、如下图所示重物P 放在一长木板OA 上，将长木板绕O 端转过一个小角度的过程中，重物P 相对于木板始终保持静止关于木板对重物P 的摩擦力和支持力做功的情况是：（ ） A. 摩擦力对重物不做功 B. 摩擦力对重物做负功 C. 支持力对重物不做功 D. 支持力对重物做正功 二、功率1、定义：功和完成这些功所用的时间的比值叫功率。
公式：定义式：P W t= 导出式：P=Fv2、注意：①P W t=是t 时间内的平均功率，对P=Fv ，当v 为平均速度时P 为平均功率，当v 为即时速度时，P 为瞬时功率，使用P=Fv 时，F 与v 应在同一直线上，对于机车其中F 是牵引力（它不是阻力或合外力）。
当P 恒定时Fv 恒定。
②发动机的功率：额定功率P 0，发动机正常工作时的最大功率；实际功率P ，发动机在实际工作时的输出功率（也叫牵引力的功率）P F v 牵牵=，当F 牵不变时，实际功率P 与速度v 成正比，当P 牵不变时，F 牵与速度成反比；在牵引力与机械所受的阻力相等时，其速度最大，在任何情况都满足P 牵≤P 0。
12O A【巩固练习】6、以20m/s的水平速度从离地45m高处抛出一质量为1kg 的物体，不计空气阻力，则第２s内重力做功多少？第２s末重力的瞬时功率多大？7、质量为2×103 kg的汽车，发动机输出功率为30×103 W．在水平公路上能达到的最大速度为15 m/s，当汽车的速度为10 m/s时，其加速度为______m/s2．8、质量是2000kg、额定功率为80kW的汽车，在平直公路上行驶中的最大速度为20m/s.若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2m/s2，运动中的阻力不变.求：(1)汽车所受阻力的大小. (2)3s末汽车的瞬时功率(3)汽车做匀加速运动的时间(4)汽车在匀加速运动中牵引力所做的功.9、汽车发动机的额定功率为100 kW，汽车的质量为5 t，汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，g取10 m/s2.(1)汽车保持额定功率不变从静止启动，求：①汽车所能达到的最大速度是多大？②当汽车的加速度为1 m/s2时，速度是多大？③当汽车的速度为10m/s时，加速度是多大？(2)若汽车从静止开始，保持以1 m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程的最大速度是多少？这一过程能维持多长时间？三、功能关系 一）、动能定理 1、动能的概念(1)物体由于运动而具有的能叫动能，动能的大小E k = mv 2，动能是标量，与速度的方向无关.(2)动能是状态量，也是相对量，应为公式中的v 为瞬时速度，且与参照系的选择有关.2、动能定理(1)动能定理的内容及表达式合外力对物体所做的功等于物体动能的变化. 即12K K K E E E W -=∆= (2)物理意义动能定理给出了力对物体所做的总功与物体动能变化之间的关系，即外力对物体做的总功，对应着物体动能的变化，变化的多少由做功的多来量度. 3、求功的三种方法(1)根据功的公式W = Fscos α(只能求恒力的功). (2)根据功率求功W ＝Pt (P 应是恒定功率或平均功率). (3)根据动能定理求功：21222121mv mv W -=(W 为合外力总功).二）、机械能守恒定律1、内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变.2、表达式E 1=E 2或E k1+E P1=E K2+E P23、条件：只有重力或者弹簧的弹力做功三）、功能关系1、物体动能的增量由外力做的总功来量度：W 外=ΔE k ，这就是动能定理.2、物体重力势能的增量由重力做的功来量度：W G = -ΔE P ，这就是势能定理.3、物体机械能的增量由重力以外的其他力做的功来量度：W 其=ΔE 机，（W 其表示除重力以外的其它力做的功），这就是机械能定理.4、当W 其=0时，说明只有重力做功，所以系统的机械能守恒.例4、如图8-15-1所示，斜面倾角为α，长为L ，AB 段光滑，BC 段粗糙，且BC=2AB 。
质量为m 的木块从斜面顶端无初速下滑，到达C 端时速度刚好减小到零。
则物体和斜面BC 段间的动摩擦因数μ为： A ．αtan B ．cot α C ．αtan 23 D ．αtan 32【解析】对木块，在下滑全过程中除了受重力之外还有摩擦力作用，所以用动能定理，摩擦力做的功为－μ32 cos mgL α，重力做的功为mgLsin α，支持力不做功。
初、末动能均为零。
αμαμαtan 23:0cos 32sin ==-解得mgL mgL答案：C图8-15-121例5、如图5-4-2使一小球沿半径为R 的圆形轨道从最低点B 上升，那么需给它最小速度为多大时，才能使它达到轨道的最高点A ？【解析】运动过程只受重力作用运用机械能守恒定律以小球为研究对象.小球在轨道最高点时，受重力和轨道给的弹力. 小球在圆形轨道最高点A 时满足方程Rv mN mg A A 2=+ (1)根据机械能守恒，小球在圆形轨道最低点B 时的速度满足方程2221221BAmvR mg mv=+ (2)解(1)，(2)方程组得AB N m R gR v +=5当N A =0时,v B 为最小,v B =gR5.所以在B 点应使小球至少具有v B =gR5的速度,才能使小球到达圆形轨道的最高点A.【巩固练习】10、一个25kg 的小孩从高度为3.0m 的滑梯顶端由静止开始滑下，滑到底端时的速度为2.0m ／s 。
取g ＝10m ／s 2，关于力对小孩做的功，以下结果正确的是（ ） A ．合外力做功50J B ．阻力做功500J C ．重力做功500J D ．支持力做功50J11、两辆汽车在同一平直路面上行驶，它们的质量之比m 1∶m 2＝1∶2，速度之比v 1∶v 2＝2∶ 1.当两车急刹车后，甲车滑行的最大距离为l 1，乙车滑行的最大距离为l 2，设两车与路面 间的动摩擦因数相等，不计空气阻力，则 ( ) A ．l 1∶l 2＝1∶2 B ．l 1∶l 2＝1∶1 C ．l 1∶l 2＝2∶1 D ．l 1∶l 2＝4∶112、如图5－2－19所示，质量为M 、长度为l 的小车静止在光滑的水平面上．质量为m 的小物块(可视为质点)放在小车的最左端，现用一水平恒力F 作用在小物块上，使小物块从静止开始做匀加速直线运动物块和小车之间的摩擦力为F f ，小物块滑到小车的最右端时，小车运动的距离为x .在这个过程中，以下结论正确的是 ( )A ．小物块到达小车最右端时具有的动能为(F －F f )(l ＋x )B ．小物块到达小车最右端时，小车具有的动能为F f xC ．小物块克服摩擦力所做的功为F f (l ＋x )D ．小物块和小车增加的机械能为Fx13、质量为m 的物体，由静止开始下落，由于空气阻力，下落的加速度为g 54，在物体下落h的过程中，下列说法正确的是（ ）A ．物体动能增加了mgh 54B ．物体的机械能减少了mgh 54C ．物体克服阻力所做的功为mgh 51D ．物体的重力势能减少了mgh图5-4-2由动能定理分析连接体问题14、如图所示,m A =4kg,m B =1kg,A 与桌面间的动摩擦因数μ=0.2,B 与地面间的距离s=0.8m,A 、B 间绳子足够长，A 、B 原来静止，求：（1）B 落到地面时的速度为多大；（2）B 落地后,A 在桌面上能继续滑行多远才能静止下来。