2023新教材高考物理二轮专题复习专题六功能关系与能量守恒课件

专题六

功能关系与能量守恒高频考点·能力突破素养培优·情境命题命

题

热

点常

考

题

型(1)功和功率的计算；(2)动能定理的综合应用；(3)机械能守恒定律的应用；(4)功能关系及能量守恒定律．选择题计算题高频考点·能力突破

例1[2022·广东卷](多选)如图所示，载有防疫物资的无人驾驶小车，在水平MN段以恒定功率200W、速度5m/s匀速行驶，在斜坡PQ段以恒定功率570W、速度2m/s匀速行驶．已知小车总质量为50kg，MN＝PQ＝20m，PQ段的倾角为30°，重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力．下列说法正确的有(

)A．从M到N，小车牵引力大小为40NB．从M到N，小车克服摩擦力做功800JC．从P到Q，小车重力势能增加1×104JD．从P到Q，小车克服摩擦力做功700J答案：ABD

预测1

[2022·山东滨州二模]如图所示是动力滚筒输送机示意图，水平框架上安装了许多同样的转筒，由电动机带动转筒转动．当物体放到转筒上，依靠转筒摩擦带动运送货物．动力滚筒输送机适用于各类箱、包、托盘等货件的输送．滚筒输送机具有结构简单、可靠性高、使用维护方便等优点．某快递公司用动力滚筒输送机分拣快递，动力滚筒输送机水平方向放置，转筒半径为r＝4cm，转动角速度ω＝50rad/s，现将一个质量m＝2kg的快递箱无初速度放在A点，将快递箱从A点传送到B点运动的距离为16m．快递箱与转筒间的动摩擦因数μ＝0.2，整个过程转筒始终保持匀速转动，快递箱大小可忽略不计，重力加速度g取10m/s2，快递箱从A点传到B点的过程中．下列说法正确的是(

)A．所需要的时间为8sB．平均速度为4m/sC．输送机对快递箱做的功为64JD．运送快递箱电动机多做的功为8J答案：D

预测2

[2022·广东冲刺卷]2022年1月10日起，全国铁路将实行新的列车运行图，攀枝花至西昌的动车开通运营，最大运行速度为200km/h的复兴号动车组运行在设计时速为160km/h的成昆铁路复线上，攀西地区进入动车时代，攀枝花至西昌的运行时间由原来的3个小时缩短为1.5小时．开通前的某次测试中从攀枝花南站匀加速开出的动车，经t1＝150s速度达到v1＝108km/h，之后动车以恒定功率行驶．相关资料显示，该列动车质量m＝180t，运行过程中所受阻力恒为车重的0.06倍.设铁轨为水平直线，重力加速度g取10m/s2，求：(1)该列动车匀加速运动过程中牵引力F的大小；(2)该列动车运行的最大速度vm及从车站开出后运行x＝8km的时间t(此时列车已达到最大速度)．

考点二动能定理的综合应用1．应用动能定理解题的步骤图解：2．应用动能定理解题应注意的三个问题(1)用动能定理解决问题时一般以地面为参考系；(2)动能定理的表达式是一个标量式，在某个方向上应用动能定理是没有依据的；(3)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)时，可以分段考虑，也可以对全过程考虑，全过程用动能定理列式，可使问题简化．

答案：C

答案：CD

[考法拓展2]在[例2]中，若轨道光滑，使质点带上＋q的电荷量(带电质点可视为点电荷)，如图所示，在竖直方向加上向下的匀强电场，场强为E，质点由静止释放运动至最低点N的过程中，下列说法正确的是(

)A．质点的机械能守恒B．质点的重力势能减少，电势能增加C．质点的动能增加2mgRD．质点的机械能增加2qER答案：D解析：质点下落过程，除重力做功以外，还有电场力做正功，机械能增加，由功能关系得机械能的增量ΔE＝2qER，故选项A错误，D正确；重力做正功，重力势能减少，电场力做正功，电势能减少，选项B错误；合外力做功等于动能的增量，则ΔEk＝2(qE＋mg)R，选项C错误．

答案：BC

预测3如图(a)所示，一物块以一定初速度沿倾角为30°的固定斜面上滑，运动过程中摩擦力大小f恒定，物块动能Ek与运动路程s的关系如图(b)所示．重力加速度大小取10m/s2，物块质量m和所受摩擦力大小f分别为(

)A．m＝0.7kg，f＝0.5NB．m＝0.7kg，f＝1.0NC．m＝0.8kg，f＝0.5ND．m＝0.8kg，f＝1.0N答案：A解析：0～10m内物块上滑，由动能定理得－mgsin30°·s－fs＝Ek－Ek0整理得Ek＝Ek0－(mgsin30°＋f)s结合0～10m内的图像得，斜率的绝对值|k|＝mgsin30°＋f＝4N10～20m内物块下滑，由动能定理得(mgsin30°－f)(s－s1)＝Ek整理得Ek＝(mgsin30°－f)s－(mgsin30°－f)s1结合10～20m内的图像得，斜率k′＝mgsin30°－f＝3N联立解得f＝0.5N，m＝0.7kg，故选A.

答案：BC

预测5如图所示，水平轨道BC与倾角为θ＝37°的斜面轨道AB、螺旋状圆轨道O紧密平滑连接，AB长度L1＝10m，BC长度L2＝4m，圆轨道半径R＝0.72m．直角斜面体MNE的竖直边ME的长度L3＝3m，水平边NE的长度L4＝6m，M点在C点的正下方，MC的长度L5＝1.2m．小物块的质量为m＝1kg，它与AB轨道和BC轨道的动摩擦因数相同，记为μ，圆轨道光滑．小物块在最高点A由静止释放，沿轨道ABC运动，第一次到达C时恰好静止．空气阻力不计，取sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.(1)求动摩擦因数μ；(2)小物块在A点释放的同时，对其施加一个水平向右的恒力F，当物块沿BC运动到C点时撤去F，再绕圆轨道运动一周后在与C同一高度的圆轨道末端以速度v水平向右抛出．小物块在到达圆轨道末端前不脱离轨道，求v与F满足的关系式，并确定v的取值范围；(3)若物块自圆轨道末端以某一初速度水平抛出，经一段时间后与过N点的竖直墙面发生弹性碰撞，碰撞时间忽略不计，碰撞之后物块速度的竖直分量不变，水平分量反向且大小不变，之后落于斜面MN上的P点，已知物块从圆轨道末端运动到P点的总时间为t＝0.9s，求小物块刚运动至P点时的动能．

考点三机械能守恒定律和功能关系的应用1．应用机械能守恒定律的基本思路2．功能关系的体现例3[2022·全国乙卷]固定于竖直平面内的光滑大圆环上套有一个小环．小环从大圆环顶端P点由静止开始自由下滑，在下滑过程中，小环的速率正比于(

)A．它滑过的弧长B．它下降的高度C．它到P点的距离D．它与P点的连线扫过的面积答案：C

答案：BCD

(1)若释放点距B点的长度l＝0.7m，求滑块到最低点C时轨道对其支持力FN的大小；(2)设释放点距B点的长度为lx，求滑块第1次经F点时的速度v与lx之间的关系式；(3)若滑块最终静止在轨道FG的中点，求释放点距B点长度lx的值．

素养培优·情境命题应用能量观点解决问题的方法能量观点即用动能定理、功能关系和能量守恒定律解决物理问题．用这种观点解决复杂的直线或曲线运动问题时，应从能量守恒和能量转化的角度着手，找到问题的突破口，如解决研究对象是单个物体、运动过程是多过程的问题时，优先考虑从能量转化的角度应用动能定理．能量观点的优越性在于从总体上把握物体的运动状态，分析力的作用时只看其做功的情况．[典例]

[2022·江西宜春第二次联考]如图所示，半径为R＝0.8m的光滑圆弧轨道BC固定在竖直平面内，轨道的上端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角θ＝30°，下端点C为轨道的最低点且与粗糙水平面相切，一根轻质弹簧右端固定在竖直挡板上．质量m＝0.2kg的小物块(可视为质点)从A点以v0＝1m/s的速度被水平抛出(不计空气阻力)，恰好从B点沿轨道切线方向进入轨道，经过C点后沿水平面向右运动到D点时，弹簧被压缩至最短，C、D两点间的水平距离L＝1m，小物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0