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1、第第2課時(shí)課時(shí) 功能關(guān)系和牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用功能關(guān)系和牛頓運(yùn)動(dòng)定律的綜合應(yīng)用專題四 機(jī) 械 能 一、功與能的關(guān)系 “功是能量轉(zhuǎn)化的量度”有兩層含義： (1)做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程， (2)做功的多少?zèng)Q定了能轉(zhuǎn)化的數(shù)量，即：功是能量轉(zhuǎn)化的量度 功是一種過程量，它和一段位移(一段時(shí)間)相對(duì)應(yīng)；而能是一種狀態(tài)量，它與一個(gè)時(shí)刻相對(duì)應(yīng)兩者的單位是相同的(都是J)，但不能說功就是能，也不能說“功變成了能”。 例例1：光滑地面上放一長(zhǎng)木板，質(zhì)量為M，木板上表面粗糙且左端放一木塊m，如圖所示，現(xiàn)用水平向右的恒力F拉木塊，使它在木板上滑動(dòng)且相對(duì)地面位移為s(木塊沒有滑下長(zhǎng)木板)在此過程中，下列判斷錯(cuò)誤
2、的是()A若只增大m，則拉力F做功不變B若只增大m，則長(zhǎng)木板末動(dòng)能增大C若只增大M，則小木塊末動(dòng)能不變D若只增大F，則長(zhǎng)木板末動(dòng)能不變【解析解析】拉力F做功W=Fscos ，若只增大不會(huì)影響拉力F做功，A正確對(duì)m受力分析，小木塊受到拉力F和滑動(dòng)摩擦力的作用，動(dòng)能改變量Ek=Fs-mgs，與M無關(guān)，C正確 對(duì)M分析，由于木塊的加速度a= -g，只增大F或減小m將增大木塊的加速度，從而減少木塊的加速時(shí)間t，長(zhǎng)木板受到的摩擦力f=mg，因此長(zhǎng)木板的末速度v=at= t也隨之減小，即只增大m，則長(zhǎng)木板末動(dòng)能增大，B正確只增大F，則長(zhǎng)木板末動(dòng)能減小， D錯(cuò)誤mgMFmq 這是一道連接體的問題，但因?yàn)榉謩e
3、問木塊和木板的末動(dòng)能，所以要分別對(duì)兩物體進(jìn)行受力分析，同時(shí)要注意到木塊對(duì)地位移不變的條件不等于長(zhǎng)木板對(duì)地位移不變，必須進(jìn)行判斷二、功能關(guān)系在力學(xué)中的應(yīng)用二、功能關(guān)系在力學(xué)中的應(yīng)用 主要體現(xiàn)在用系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)連接體問題進(jìn)行功和能問題的分析，或者對(duì)多過程的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行整體的分析，特別是在曲線運(yùn)動(dòng)中經(jīng)常要使用動(dòng)能定理或機(jī)械能守恒定律解題 解題的關(guān)鍵是在進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析和過程分析的基礎(chǔ)上，確定始末狀態(tài)，列出正確的方程例例2： (2010江蘇物理)在游樂節(jié)目中，選手需要借助懸掛在高處的繩飛越到水面的浮臺(tái)上，小明和小陽觀看后對(duì)此進(jìn)行了討論如圖所示，他們將選手簡(jiǎn)化為質(zhì)量m=60kg的質(zhì)點(diǎn)，選手抓住繩由靜止開始擺
4、動(dòng)，此時(shí)繩與豎直方向夾角 =53，繩的懸掛點(diǎn)O距水面的高度為H=3m.不考慮空氣阻力和繩的質(zhì)量，浮臺(tái)露出水面的高度不計(jì)，水足夠深取重力加速度g=10m/s2，sin53=0.8，cos53=0.6.a(1)求選手?jǐn)[到最低點(diǎn)時(shí)對(duì)繩拉力的大小F；(2)若繩長(zhǎng)l=2m，選手?jǐn)[到最高點(diǎn)時(shí)松手落入水中設(shè)水對(duì)選手的平均浮力f1=800N，平均阻力f2=700N，求選手落入水中的深度d；(3)若選手?jǐn)[到最低點(diǎn)時(shí)松手，小明認(rèn)為繩越長(zhǎng)，在浮臺(tái)上的落點(diǎn)距岸邊越遠(yuǎn)；小陽認(rèn)為繩越短，落點(diǎn)距岸邊越遠(yuǎn)，請(qǐng)通過推算說明你的觀點(diǎn) 【解析解析】本題考查機(jī)械能守恒定律、圓周運(yùn)動(dòng)向心力的來源、動(dòng)能定理、平拋運(yùn)動(dòng)等知識(shí)，要想求拉力的
5、大小，可以轉(zhuǎn)化為向心力的大?。贿x手落入水中的深度可以應(yīng)用動(dòng)能定理求得，最大值的求解可以用數(shù)學(xué)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行求解解析：解析：(1)由機(jī)械能守恒定律可得： mgl(1-cos )= mv2 圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)：F-mg=m 解得F=(3-2cos )mg人對(duì)繩的拉力F=F則F=1080N (2)對(duì)選手從最高點(diǎn)到水中最低點(diǎn)由動(dòng)能定理得：mg(H-lcos +d)-(f1+f2)d=0解得：d= =1.2m122vl12(cos)mg Hlffmgaaa(3)選手從最低點(diǎn)開始做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)水平位移為x，則由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可得： x=vtH-l= gt2結(jié)合式解得： x=2 當(dāng)l= 時(shí)，x有最大值，解得l=1
6、.5m因此，兩人的看法均不正確當(dāng)繩長(zhǎng)越接近1.5m時(shí)，落點(diǎn)距岸邊越遠(yuǎn)12()(1 cos)l Hl2H 拋運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)模型，審題的關(guān)鍵是對(duì)不同過程的進(jìn)行準(zhǔn)確分析，找到相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)癥下藥；巧妙地本題包含了豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)和平選取運(yùn)動(dòng)過程可以使問題得到簡(jiǎn)化，例如全過程應(yīng)用動(dòng)能定理靈活地運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決極值問題三、功能關(guān)系在電場(chǎng)中的應(yīng)用三、功能關(guān)系在電場(chǎng)中的應(yīng)用 描述電場(chǎng)的特征有兩個(gè)物理量：電場(chǎng)強(qiáng)度E(力的特征)和電勢(shì)F(能的特征)，因此分析電場(chǎng)的問題必然牽涉牛頓運(yùn)動(dòng)定律和功能關(guān)系 例例3：如圖所示，擋板P固定在足夠高的水平桌面上，小物塊A和B大小可忽略，它們分別帶有+QA和+QB的電荷量，
7、質(zhì)量分別為mA和mB.兩物塊由絕緣的輕彈簧相連，一不可伸長(zhǎng)的輕繩跨過滑輪，一端與B連接，另一端連接一輕質(zhì)小鉤，整個(gè)裝置處于方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度為E.開始時(shí)A、B靜止，已知彈簧的勁度為k，不計(jì)一切摩擦及A、B間的庫侖力，A、B所帶電荷量保持不變，B一直在水平面上運(yùn)動(dòng)且不會(huì)碰到滑輪試求：(1)開始A、B靜止時(shí)，擋板P對(duì)物塊A的作用力大小；(2)若在小鉤上掛一質(zhì)量為M的物塊C并由靜止釋放，當(dāng)物塊C下落到最大距離時(shí)物塊A對(duì)擋板P的壓力剛好為零，試求物塊C下落的最大距離；(3)若C的質(zhì)量改為2M，則當(dāng)A剛離開擋板P時(shí)，B的速度為多大？【解析解析】(1)對(duì)系統(tǒng)AB進(jìn)行受力分析可得：N=E(QA+QB) (2)設(shè)開始時(shí)彈簧形變量為x1，對(duì)物塊B由平衡條件：kx1=EQB，可得x1= 設(shè)當(dāng)A剛離開擋板時(shí)彈簧的形變量為x2，由kx2=EQA，可得x2= 故C下降的最大距離為：h=x1+x2 由式可解得h= (QB+QA) BEQkAEQkEk (3)由能量守恒定律可知：C下落h的過程中，C重力勢(shì)能的減少量等于B的電勢(shì)能的增量和彈簧彈性勢(shì)能的增量以及系統(tǒng)動(dòng)能的增量之和 當(dāng)C的質(zhì)量為M時(shí)：Mgh=QBEh+E彈 當(dāng)C的質(zhì)量為2M時(shí)，設(shè)A剛離開擋板時(shí)B的速度為v.2Mgh=QBEh+E彈+ (2M+mB)v2 由式可解得A剛離開P時(shí)B的速度為：v=1222ABBMgE QQkMm
福建省高考物理二輪專題總復(fù)習(xí) 專題4 第2課時(shí)功與能的關(guān)系課件
