2022-2023年教科版(2019)新教材高中物理必修2 第4章机械能及其守恒定律阶段提升课课件

阶段提升课【核心素养——物理观念】考点1功的分析和计算1.常见力做功的特点:做功的力做功特点重力与路径无关,与物体的重力和初、末位置的高度差有关,WG=mgΔh弹簧的弹力力的方向不变,F随位移x线性变化时,F=,W=Fxcosα做功的力做功特点静摩擦力可以做正功、做负功、不做功滑动摩擦力可以做正功、做负功、不做功一对静摩擦力总功为零一对滑动摩擦力总功为负功,W总=-Ffs相对机车牵引力P不变时,W=Pt;F不变时,W=Fs2.求功的关键词转化:【典例示范】【典例1】如图所示,质量为m的物体在水平恒力F的推动下,从山坡底部A处由静止开始运动至高为h的坡顶B处,获得的速度为v,A、B间的水平距离为s,下列说法正确的是 (

)A.物体克服重力所做的功为mghB.合外力对物体做的功为mgh+mv2C.推力对物体做的功为Fs-mghD.物体克服阻力做的功为mv2+mgh-Fs【解析】选A.设物体克服阻力做的功为W,由动能定理得Fs-mgh-W=mv2-0,得W=Fs-mgh-mv2,故选项D错误;因为F是水平恒力,s是水平位移,推力对物体做的功可由W=Fs计算,故选项C错误;由动能定理知合外力对物体做的功为mv2,选项B错误;物体克服重力所做的功为mgh,选项A正确.【加固训练】(多选)如图所示,质量为m的小车在与竖直方向成α角的恒定拉力F作用下,沿水平地面向左运动一段距离l.在此过程中,小车受到的阻力大小恒为Ff,则 (

)A.拉力对小车做功为FlcosαB.支持力对小车做功为FlsinαC.阻力对小车做功-FflD.重力对小车做功为0【解析】选C、D.拉力对小车做功为WF=Flsinα,选项A错误;支持力与运动方向垂直,则支持力对小车做功为0,选项B错误;阻力对小车做功Wf=-Ffl,选项C正确;重力与运动方向垂直,则重力对小车做功为0,选项D正确;故选C、D.考点2功率的分析和计算1.计算功率时,要明确是求瞬时功率,还是平均功率,若求瞬时功率应明确是哪一时刻或位置的瞬时功率,若求平均功率应明确是哪段时间内的平均功率;应注意区分公式P=和公式P=Fvcosθ的适用范围,P=用于计算平均功率,P=Fvcosθ用于计算瞬时功率.2.机车的起动问题属于功率综合问题的具体应用,它一般包括两种情况:一是机车以恒定的功率起动;二是机车以恒定的加速度起动.解决机车起动问题时,首先要分清是哪一类起动,然后注意所研究的问题处于哪个阶段,同时注意匀加速过程的最大速度v1和全程的最大速度vmax的区别和求解方法.3.有关功率的关键词转化:【典例示范】【典例2】(多选)一辆质量为m的汽车在平直的公路上以速度v0开始加速行驶,经过一段时间t,前进了距离x,此时恰好达到其最大速度vmax,设此过程中汽车发动机始终以额定功率P工作,汽车所受的阻力恒为F,则在这段时间内发动机所做的功为 (

)A.Fvmaxt

B.PtC. D.

【解析】选A、B、C.根据P=,可求得W=Pt而P=Fvmax,所以W=Fvmaxt根据动能定理W-Fx=所以W=故正确答案为A、B、C.【加固训练】三个质量相同的小球a、b、c位于同一高度,让a自由下落,b、c以相同的速率分别竖直上抛和竖直下抛,不计空气阻力,若小球从开始运动到落到水平地面上的运动过程,重力做功分别为Wa、Wb、Wc,落地时重力的瞬时功率分别为Pa、Pb、Pc,则 (

)A.Wa=Wb<Wc,Pa=Pb<PcB.Wa=Wb=Wc,Pa<Pb=PcC.Wa=Wb<Wc,Pa=Pb=PcD.Wa<Wb<Wc,Pa<Pb<Pc【解析】选B.三个质量相同的小球在同一高度分别做自由落体、竖直上抛和竖直下抛,初末位置相同,则下降的高度相同,根据W=mgh知,重力做功相同,即Wa=Wb=Wc;根据动能定理知,b、c两球落地的速度大小相等,大于a球的速率,根据P=mgv知,Pa<Pb=Pc,故B正确,A、C、D错误.故选B.【素养核心——科学思维】考点利用功能关系分析综合问题1.功是过程量,它和一段位移(一段时间)相对应;而能是状态量,它和一个时刻相对应.两者的单位是相同的(都是J),但不能说“功就是能”,也不能说“功变成了能”,只能说功是能量转化的量度.2.不同的力对物体做功会引起不同能量的转化或转移,应根据题中已知和所求,选择合适的功能关系来分析问题.3.重力势能、弹性势能的改变量与对应的力做的功数值相等,但符号相反.4.功能关系的各种类型的关系:5.功能关系关键词转化:【典例示范】【典例】如图所示,水平传送带上A、B两端点间距L=4m,半径R=1m的光滑半圆形轨道固定于竖直平面内,下端与传送带B相切.传送带以v0=4m/s的速度沿图示方向匀速运动,质量m=1kg的小滑块由静止放到传送带的A端,经一段时间运动到B端,滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,g取10m/s2.(1)求滑块到达B端的速度.(2)求滑块由A运动到B的过程中,滑块与传送带间摩擦产生的热量.(3)仅改变传送带的速度,其他条件不变,计算说明滑块能否通过圆轨道最高点C,如果不能,可以采取什么措施?【解析】(1)滑块在传送带上先向右做加速运动,设当速度为v=v0时已运动的距离为x,根据动能定理,有:μmgx=-0解得:x=1.6m<L所以滑块到达B端时的速度为4m/s.(2)设滑块与传送带发生相对运动的时间为t,则:v0=μgt滑块与传送带之间产生的热量:Q=μmg(v0t-x)解得:Q=8J.(3)设滑块通过最高点C的最小速度为vC经过C点,根据向心力公式,有:mg=从B到C过程,根据动能定理,有:-mg·2R=解得:vB=

m/s从A到B过程,若滑块一直加速,根据动能定理,有:μmgL=-0解得:vm=m/s由于速度vm<vB,所以仅改变传送带的速度,滑块不能通过圆轨道最高点.在传送带转动速度足够大的情况下,vm与传送带的长度有关,所以可以采取的措施有:增大传送带的长度.答案:(1)4m/s

(2)8J

(3)见解析【加固训练】如图所示,质量为m的滑块放在光滑的水平台上,水平台右端B与水平传送带相接,传送带的运行速度为v0,长为L.今将滑块缓慢向左压缩固定在水平台上的轻弹簧,到达某处时突然释放,滑块被释放后的初速度与传送带的运行速度不同.当滑块滑到传送带右端C时,恰好与传送带速度相同,滑块与传送带间的动摩擦因数为μ.(1)试分析滑块在传送带上的运动情况.(2)若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度,求释放滑块时,弹簧具有的弹性势能.(3)若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度,试求滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量.【解析】(1)若滑块冲上传送带时的速度小于传送带的速度,则滑块在传送带上由于受到向右的滑动摩擦力而做匀加速直线运动;若滑块冲上传送带时的速度大于传送带的速度,则滑块由于受到向左的滑动摩擦力而做匀减速直线运动.(2)设滑块冲上传送带时的速度为v,在离开弹簧的过程中,由机械能守恒定律得Ep=mv2设滑块在传送带上做匀减速直线运动的加速度大小为a,由牛顿第二定律有μmg=ma由运动学公式有v2-=2aL解得Ep=mv2=+μmg