高考物理一轮复习（人教版）课件第五章机械能守恒定律

高三总复习人教版・物理

第五章

机械能守恒定律

高三总复习人教版♦物理

知识要点导学导航考纲指导策略

了考纲展示

内容要求

TT

功和功率11

动能和动能定理II

重力做功与重力势能II

功能关系、机械能守恒定律及其应用II

高三总复习人教版•物理ML

T命题导向

本章内容是必修内容部分的重点内容，在2012年的高考中涉及本

部分内容出题的几率非常大，考查的热点包括重力势能、机械能守恒、

动能定理、能量的转化和守恒定律等，而单一知识点命题的几率小综

合性命题的几率大.

在2012年的高考中对本部分内容的考查以计算题形式出现的可能

性较大，应是与功能关系知识、牛顿运动定律、圆周运动及平抛运动

（含类平抛）、电磁学等知识相联系的综合应用.

^^忌复习­物理

了复习策略

i.复习本章内容应把重点放在n级要求的内容中，即：（1）功和

功率概念.（2）动能变化和动能定理.（3）机械能守恒定律与能的转化守

恒定律.

高三总复习人教版・物理

2.复习本章内容时应注意：

对本章的复习应抓住功和能的关系这一基本线索，通过“能量转

化”把知识联系在一起.

(1)求一个力做功及做功功率，应从恒力做功、变力做功及功能关

系、动能定理多角度进行训练，并应进一步使学生明确“功是能量转

化的量度〃这一说法的内涵.

高三总复习人教版•物理

(2)机动车启动问题对大多数同学而言是一个难关，关键应让学生

通过复习明白公式P=F-v的意义.学会过程分析方法，对两种启动方

式进行详细剖析是非常有必要的.

(3)动能定理的复习，首先使学生明确其物理意义及应用步骤，强

调必须具有所有外力做功的总和才等于物体动能变化量，其次要重视

对物理过程进行分析.特别是对复杂过程整体使用动能定理.

(4)对机械能守恒定律的三种表达形式，可通过一组相对简单的题

目进行比较讲解，使学生真正理解三种形式的实质是相同的，但使用

不同的形式解题在文字说明上应有所体现，并注意选择最简解法.

(5)机械能知识有非常强的综合性，大部分试题都与牛顿定律、圆

周运动、动量守恒、电磁学、热学知识相互联系，在指导学生解答这

类问题时，一定要让学生养成：首先理清物理情景；其次建立物理模

型，然后把复杂的过程问题，分解成几个简单过程；最后列规律方程

并求解的好习惯.

I

高三总复习人数版•物理

课前自主学习梳理知识突破难点

知识点一功

一知识回顾一

1.物理意义：功是描述力对空间积累效果的物理量,是过程

量.

2.做功的二要素：力和力的方向上的位移.

3.定义：力和物体在力的方向上位移的乘积称为力对物体做的

功.

4.计算式：W=Eicosa,F表示恒力的大小，1表示物体运动的位

移，a为力的方向与位移方向的夹角.

5.特点：功是标量，a取值不同，功会出现正负，正功表示

动力做功，负功表示阻力做功，合力的功等于各分力分别做功的

代数和.

一要点深化一

1.功的计算公式W二Flcosa应用注意要点

(1)W=Flcosa是恒力做功的计算式，对变力做功的计算不适

用.因此，每当使用W=Flcosa计算功时，要先弄清是恒力做功还是

变力做功.

(2)恒力做功多少只与F、1及二者夹角余弦有关，而与物体的加速

度大小、速度大小、运动时间长短等都无关，即与物体的运动性质无

关，同时还与有无其他力做功也无关.

(3)公式W二Flcosa中的1是物体相对地面的位移，而不是相对于和

它接触的物体的位移.

2.合力做功的计算

⑴合力做的功等于各力做功的代数和.

即W合=W1+W2+W3+..

(2)先求出物体受到的合力F合，再由W合二F合/cosa求解，但应注

意a应为合力与位移的夹角，F合在运动过程中保持不变.

高三总复习人教版・物理

T础自洌J—

1.下列说法正确的是（）

A.当作用力做正功时，反作用力一定做负功

B.当作用力不做功时，反作用力也不做功

C.作用力与反作用力的功，一定大小相等，正负符号相反

D.作用力做正功，反作用力也可能做正功

解析：要搞清作用力与反作用力的功，应从以下几个方面思考：

①作用力与反作用力的关系，即作用力与反作用力作用在不同的物体

上，大小相等方向相反.②作用力、反作用力所作用的物体的位移关

系.③我们要明确，作用力、反作用力作用下的一对物体，可能向相

反的方向运动，也可能向同一方向运动，也可能一个运动而另一个静

止，还可能两物体都静止.

由功的公式W二Flcosa,我们不难判断，当作用力做正功时，反

作用力可以做正功、负功或不做功.当作用力不做功时，反作用力也

可以做功.故A、B、C均错，只有D正确.一对相互作用力分别作用

在不同的物体上，两个力的作用效果可以相同，也可以完全不同.

答案：D

2.起重机以1in/s2的加速度将质量为1000kg的货物由静止开始

匀加速向上提升，若g取10m/s2,则在1s内起重机对货物所做的功是

A.500JB.4500J

C.5000D.5500

解析：货物的加速度向上，由牛顿第二定律有F・mg=ma,

起重机的拉力FRng+ma=11000N,货物的位移是x=%»=05

m,做功为5500J.

答案：D

高三总复习人教版、物理

知识点二功率

一知识回顾一

1.公式

W

(1))P=»P为时间t内的平均功率.

(2)P=Fvcosa,a为F与v的夹角.

①若v为平均速度，则P为平均功率,

②若v为瞬时速度，则P为瞬时功率

高三总复习人教版、物理

2.物理意义：描述做功的快慢，功率大则做功央—，功率小则

做慢—

3.额定功率：机器正常工作的功率.一般在机器的铭牌上标

明.

4.实际功率：机器实际工作时输出的功率,要求小于等于额定

功率.

——要点深化

1.对公式P二Fv的认识

当力F与位移1方向一致时，W=F1,代入功率定义式尸=?

Fl

得=Fv,即P=Fv.

此公式适用于力F和速度v方向一致的情况.

(1)当力F与速度v不在一条直线上时，可以将力F分解为沿

v方向上的力Fi和垂直于v方向上的力F2,由于F2不做功，

故

力F的功率与分力Fi的功率相同，可得P=Fiv.

⑵从P二Fy可见:

①当P一定时，要增加F,必须减小v,故汽车爬坡时，司机常换

低挡降低速度来增大牵引力.②当F一定时，v增加（如匀加速运动），

则P也会增加，但这样的过程是有限度的.③当v一定时，P越大F就越

大.如功率越大的起重机可吊起的重物的质量越大.

平均功率：常应用计算在时间t内的平均功率，有时也

应用P二Fv计算，不过v应是在时间t内的平均速度.瞬时功率：

常应用P=Fv计算某一瞬时的功率，不过v应是该瞬时的速度.当

时间t无限小时，P=?也是瞬时功率.

高三总箕习人毅版•物理

2.机车的两种启动方式

①机车以恒定的功率启动

机车以恒定的功率启动时，若运动过程中其所受阻力F阻不变，其

所受的F率及a、v的变化情况可表示如下:

保持v二vm不变.

高三总黛习人毅隆•物理

即机车启动后先做加速度逐渐减小的加速运动，再做匀速运

动.其V-1图象如图1所示.

②机车从静止匀加速启动

机车以恒定的加速度启动时，开始牵引力不变，当其速度增大到

一定值V时，其功率达到最大值，下面的过程与上述①一样.在此过程

中，其牵引力功率、牵引力、加速度及速度的变化情况可表示如下：

F_F

F不变时，=------四不变t=尸=1=

m

当p二七时，

=Pm一定t=F=—I=»a=

m

a¥0,v仍在变大V

FFa]当尸二日!1时，a=0,

二保持v=vm不变.

mv达最大值vm

离三总五习人教版\物理

即机车启动后先做匀加速运动，后做加速度逐渐减小的加速运动,

再做匀速运动.其v-t图象如图2所示.

图2

注意：匀加速结束时机车的速度并不是最后的最大速度.因此时

F>F阻，之后还要在功率不变的情况下变加速一段时间才达到最后的最

大速度Vmax

一基础自测一

1.（2009•辽宁、宁夏卷）水平地面上有一木箱，木箱与地面之间

的动摩擦因数为口（0<口<1）.现对木箱施加一拉力F,使木箱做匀速直线

运动.设F的方向与水平面夹角为0,如图3,在0从0逐渐增大到90°

的过程中，木箱的速度保持不变，贝1）（）

A.F先减小后增大B.F一直增大

C.F的功率减小D.F的功率不变----------F

9

图3

解析：木箱在F作用下向右匀速运动的过程中，受4个力作

用而平衡.即FcosO=u(mg-Fsin0),解得:F=——F

cos〃+〃sin。’

有极值，所以A对B错；F的功率尸=祇。由者^所以

C对D错.

答案:AC

2.（2011•聊城模拟）质量为m的汽车，其发动机的额定功率是

P.当它匀速沿倾角0的盘山公路（实为斜面）向山顶行驶时，受到的

摩擦阻力为车重的k倍.那么，该汽车行驶的最大速度VID应是

尸P

•/nw(sin〃+kcosO)

PPsinO

D..--------；--

•〃尔(§in6+A)"九q(sin®+A)

a

解析：由题意知汽车受的摩擦阻力F-kmg,由牛顿第二定

律得：:-mgsin。—F产ma,当p0时，汽车行驶的速度为最大

pp

速度’有：工一海加。一斤°得%=赢丽而故c正确•

答案：C

高三总装习人敕版•物!

课曲讲练互动感悟真题检验技能

题型一恒力做功的计算

［例1］如图4所示，质量为m的物体静止在倾角为0的斜面上，物

体与斜面的动摩擦因数为口.现使斜面水平向左匀速移动距离I,求:

⑴物体所受各力对物体所做的功各为多少?

⑵斜面对物体做的功是多少?

⑶各力对物体所做的总功是多少?

图4

［解析］应正确理解功的概念，有力作用在物体上和在力的

方向上发生位移是功的两个必不可少的因素.

(1)由功的表达式W=HcosO,则

W=flcos0=mglsin0cos0

Wf.=F7COS(T+0)=~mglsinOcosO

WG=/ngZcos?=0J.

⑵求斜面对物体做的功，即求斜面对物体施的力做的总功

W=Wp+Wj=OJ.

⑶求总功是求各力功的代数和

Wa=Wp+W,+WG=OJ.

［答案］⑴W;=mglsinOcosO,Wp=mglsin9cos9,WG=0J

⑵0J(3)0J

题后反思

利用公式求恒力做功时应注意

1.位移S为对地位移（严格讲是力的作用点的位移）.

2.合力的功等于分力做功的代数和.

变式17在光滑的水平地面上有质量为M的长木板A（如图5所示）,

平板上放一质量为m的物体B,A、B之间的动摩擦因数为上今在物体B

上加一水平恒力F.B和A发生相对滑动，经过时间t求：

⑴摩擦力对A所做的功.

⑵摩擦力对B所做的功.-------F-

D---------------

京

AM

图5

解析：⑴平板A在滑动摩擦力作用下，向右做匀加速直线运

动，经过时间t,A的位移为

因为摩擦力Fy的方向和位移I的方向相同，即摩擦力对A做

正功，其大小为

高三总发习人教Mbm

⑵物体B在水平恒力F和摩擦力的合力作用下向右做匀加速

直线运动，B的位移为

\F-Ff,_（尸一〃/〃g），

2m厂2m

摩擦力Fs的方向和位移I的方向相反，所以Fs对B做负功,

即wy=F/B=S'丁8)'

高三总五习人教历卷理

答案：⑴"必

（_一〃mg”

Q）一从g--2----

高三总复习人教Mb物理

题型二变力做功的计算

［例2］如图6所示，一质量为mp2.0kg的物体从半径为R==5.0m

的圆弧的A端，在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B端（圆弧AB在竖直平

面内）.拉力F大小不变始终为15N,方向始终与物体在该点的切线成

37°角.圆弧所对应的圆心角为60°,B0边为竖直方向，g取10m/s2.

求这一过程中：

⑴拉力F做的功.

⑵重力mg做的功.

⑶圆弧面对物体的支持力F、做的功.

(4)圆弧面对物体的摩擦力F做的功。

I

［解析］(1)将圆弧AB分成很多小段li」2,…L,拉力在

每小段上做的功为W1,W2,…W,因拉力F大小不变，方向

始终与物体在该点的切线成37。角，所以：Wi=

F1COS37°,W2=F12COS37°,...,WO=Fl,cos37°,

所以w尸Wi+W2+...+W

二Fcos370(li+12+...L)

TT

=Fcos37°-1R=20TTJ=62.8J.

离三总蝮习人教版•物，

(2)重力mg做的功WGhfflgR(l-cos60°)=-50J.

⑶物体受的支持力F、始终与物体的运动方向垂直，所以WF户0.

(4)因物体在拉力Ff乍用下缓慢移动，动能不变，由动能定理知：

Wr+W6+WF=O.

所以WF二-Wp-WG=(-62.8+50)J=-12.8J.

［答案］(1)62.8J⑵一50J⑶0J(4)-12.8J

题后反思

在遇到求功的问题时，一定要注意分析是求恒力的功还是变力的

功，如果是求变力的功，看能否转化为求恒力功的问题，不能转化的,

还可以借助动能定理和能的转化和守恒定律来求解.

变式27如图7所示，定滑轮至滑块的高度为h,已知细绳的拉

力为F（恒定），滑块沿水平面由A点前进s至B点，滑块在初、末位置时

细绳与水平方向夹角分别为a和P.求滑块由A点运动到B点的过程中，

绳的拉力对滑块所做的功.

解析：设绳对物体的拉力为T,显然人对绳的拉力F等于T.T在对

物体做功的过程中大小虽然不变，但其方向时刻在改变，因此该问题

是变力做功的问题.但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的

情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功，而拉力F的大

小和方向都不变，所以F做的功可以用公式W=Flcosa直接计算.由图

可知，在绳与水平面的夹角由a变到8的过程中，拉力F的作用点的位

移大小为：

s=--------所以W=FAs=^Fh(~:------------

sin2asinflsinasin/?

题型三功率的计算

［例3］如图8所示，一质量为m的物体，从倾角为0的光滑斜面顶

端由静止下滑，开始下滑时离地高度为h,当物体滑至斜面底端时重力

的瞬时功率为,整个过程的平均功率为

图Q

0

高三总疑习人教版•物理

［解析］求瞬时功率：对m:mgh=2mv2

v=42gh,P=mg-vsinO=mg^ZghesinO

求平均功率:

方法1:P=F・v知

P=mg^sinO=yngV2g^*sin0

方法2:重力做功W=mgh

下滑时间：h/sin0=3g*sinO・，

由②得，=\/组巴

\1Rsin。

・——W_mgh_1\mg\2glrsin0.

・尸一厂_L瓯;

sin。VS

［答案^mg^2gh-sin0\\mg\i2gh9sin0

题后反思

功率的计算方法

1.首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率，对应于某一

过程的功率为平均功率，对应于某一时刻的功率为瞬时功率.

高三总蝮习人教历物理

.

2.(1)瞬时功率的计算方法.

P=Fvcos0,v是t时刻的瞬时速度，。为F与v的夹角.

(2)平均功率的计算方法.

—w——

①利用P=7②利用P=Fvcos0.v为平均速度,0为F与v

之间的夹角，利用②式时，F为恒力.

变式3-1（2009•辽宁/宁夏高考）质量为m的物体静止在光滑水平

面上，从t=0时刻开始受到水平力的作用.力的大小F与时间t的关系

如图9所示，力的方向保持不变，贝1（

图9

高三总装习人教版•物理

A.3to时刻的瞬时功率；为5八%

m

B.3to时刻的瞬时功率为经手

C.在t=0到3t这段时间内，水平力的平均功率为23;。为

4/〃

D.在t=0到3这段时间内，水平力的平均功率为25广口°

解析：本题考查牛顿第二定律、匀变速直线运动规律、功率

的计算，意在考查考生利用图象解决动力学问题的能力.0〜2t时

间内，物体的加速度“in"12to时刻的速度位

mm

移S]=2"通二2to〜3to时间内，加速度a2=—,3to时刻的速度

min

及=力+。2小=亚通，2to~3t时间内的位移题「所以3ho时

m2m

刻的瞬时功率尸=3尸（/，="'"'"B对A错；3to内的平均功率P

m

=叱=%土卫通=竺四％D对「第

答案：BD

高三总宴习人教Mb物理.一

题型四机车启动问题

［例4］额定功率为80kW的汽车，在平直公路上行驶的最大速度

是20m/s.汽车的质量是2t,如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，

加速度的大小是2m/s2,运动过程中阻力不变.求：

⑴汽车受到的阻力有多大？

⑵3s末汽车的瞬时功率有多大？

⑶汽车维持匀加速运动的时间是多少?

高三总五习人毅版•物理

［解析］(1)当汽车速度达到最大时，牵引力大小等于阻力大

小，所以P=F阻Vm,

.♦.%=£=噌24*1。”.

Vm20

(2)vi=at=2x3m/s=6m/s

P=F牵'v=(ma+FIWv;

二(2x103x2+4x103)x6W

=4.8x104w.

高三总疑习人数Mb物理

⑶・.・FMF牵v'm

3

P«=80xl0

K=8xlOrm/s=10m/s

注意：vm是匀加速过程结束时的最大速度.

又v'm=at，,t'=5s.

［答案］(l)4X103N(2)4.8xlO4W(3)5s

高三总蝮习人数Mh物理

题后反思

汽车运动的全过程中有两个最大的速度vm和vm,这是两个不同的

最大速度，切勿混淆.①在匀加速运动阶段牵引力恒定，速度逐渐增

大，汽车的输出功率逐渐增大，当汽车的输出功率等于额定功率时的

速度是汽车做匀加速运动的最大速度v.②之后汽车以额定功率运动，

牵引力逐渐减小，速度逐渐增大，当牵引力等于摩擦阻力时，汽车达

到最大速度vm,以后汽车以该速度在额定功率下做匀速运动.显然

v'm<Vm-

变式4T“绿色奥运”是2008年北京奥运会的三大理念之一,

奥组委决定在各比赛场馆使用新型节能环保电动车.

图10

在检测某款电动车性能的实验中，质量为8义1。2kg的电动车由静

止开始沿平直公路行驶，达到的最大速度为15m/s,利用传感器测得

此过程中不同时刻电动车的牵引力F与对应的速度v,并描绘出F—图

象(图中AB、B0均为直线，如图10所示).假设电动车行驶中所受的阻

力恒定，求此过程中：

(1)电动车的额定功率；

(2)电动车由静止开始运动，经过多长时间速度达到2m/s?

总复习物理

分析：不管对哪种启动方式，机动车的功率均是指牵引力的功率,

对启动过程的分析也都是用分段分析法，并且将牛顿第二定律和运动

学公式相结合进行综合分析.有时也应用动能定理求解.

解析：（1）分析图线可知：电动车由静止开始做匀加速直线运动，

达到额定功率后，做牵引力逐渐减小的变加速直线运动，达到最大速

度后做匀速直线运动.

当最大速度vmax=15m/s时，牵引力为Fmin=400N

故恒定阻力Fj=Fmin=400N

额定功率P=FminVmax=6kW.

(2)匀加速直线运动的末速度

代入数据解得v=3m/s

匀加速直线运动的加速度F-F二ma

代入数据解得a=2m/s2

电动车在速度达到3m/s之前，一直做匀加速直线运动

故所求时间为

a

将v'=2m/s代入上式解得t=ls.

答案：(l)6kW⑵1s

高三总五习人教院物理

随堂巩固划I练感梧真题检验技能

1.沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同

一物体到顶端，以下说法中正确的是（）

A.沿坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多

B.沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多

C.沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多

D.上述几种情况重力做功同样多

解析：重力做功只与高度有关，与路径无关，因此，题中所述几

种情况重力做功同样多.

答案：D

2.如图11所示，物体沿弧形轨道滑下后进入足够长的水平传送

带，传送带以图示方向匀速运转，则传送带对物体做功情况可能是

A.始终不做功

B.先做负功后做正功

C.先做正功后不做功

D.先做负功后不做功

图11

解析：设传送带速度大小为V1,物体刚滑上传送带时的速度大小

为V2.①当VLV2时，物体随传送带一起匀速运动，故传送带与物体之间

不存在摩擦力，即传送带对物体始终不做功，A正确；②当W〈V2时，

物体相对传送带向右运动，物体受到的滑动摩擦力方向向左，则物体

先做匀减速运动直到速度减为V,再做匀速运动，故传送带对物体先

做负功后不做功，D正确；③当W〉V2时，物体相对传送带向左运动，

物体受到的滑动摩擦力方向向右，则物体先做匀加速运动直到速度达

到㈠，再做匀速运动，故传送带对物体先做正功后不做功，B错误，C

正确.

答案：ACD

3.以初速度v。做平抛运动的物体，重力在第1s末和第2s末的功

率之比为a,重力在第Is内和第2s内的平均功率之比为B,则（）

A.a/p=3/2B.a/0=2/3

C.a甲=1/2D.a电=2

解析：做平抛运动的物体，在竖直方向上做自由落体运动，

设第1s末和第2s末物体在竖直方向上的速度分别为V1和v2,

在

辞娶鸣印多僧城反勉2，则v=gxl=g,v2=gx2=2g,

所以第Is末和第2s末重力的瞬时功率为Pi=mgvi=mg2,

P2=mgv2=2mg2

22

所以a=Pi/P2=mg/(2mg)=^

高三总系习人教Mb物理

1

第