2020高考物理二轮复习专题06功和能讲含解析

功和能考试大纲要求考纲解读1.功和功率Ⅱ1.本章各个考点的层级要求均为“Ⅱ”，凸显本章在高考中的重要地位，是历年高考命题重中之重。2.功和能的关系、能量的转化和守恒是解决物理问题的一种重要途径．从过去两年高考来看，本章知识与电场、磁场、电磁感应、碰撞或相对运动中的动量守恒相结合，以直线运动、平抛运动和圆周运动等物理现象为情景，以多过程、多状态形式出现的综合题，是高考的最高要求。3.近几年高考试题与生产、生活实际相结合是一种命题趋势．本专题知识与实际生产、生活联系紧密，所以高考题往往将本专题知识放在一些与实际问题相结合的情景中考查，要求考生从实际情景中找出物理过程和状态，并正确运用物理原理来解题。2.动能和动能定理Ⅱ3.重力做功与重力势能Ⅱ4.功能关系、机械能守恒定律及其应用Ⅱ纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：1、从近几年高考来看，关于功和功率的考查，多以选择题的形式出现，有时与电流及电磁感应相结合命题．2、动能定理多数题目是与牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动以及电磁学等知识相结合的综合性试题；动能定理仍将是高考考查的重点，高考题注重与生产、生活、科技相结合，将对相关知识的考查放在一些与实际问题相结合的情境中。3、机械能守恒定律，多数是与牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动以及电磁学等知识相结合的综合性试题；高考题注重与生产、生活、科技相结合，将对相关知识的考查放在一些与实际问题相结合的情境中。考向01功和功率1.讲高考（1）考纲要求掌握做功正负的判断和计算功的方法；理解tWP和FvP的关系，并会运用；会分析机车的两种启动方式．（2）命题规律从近几年高考来看，关于功和功率的考查，多以选择题的形式出现，有时与电流及电磁感应相结合命题．案例1．如图，某同学用绳子拉动木箱，使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度，木箱获得的动能一定（）A.小于拉力所做的功B.等于拉力所做的功C.等于克服摩擦力所做的功D.大于克服摩擦力所做的功【来源】2018年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）【答案】A【解析】试题分析：受力分析，找到能影响动能变化的是那几个物理量，然后观测这几个物理量的变化即可。木箱受力如图所示：木箱在移动的过程中有两个力做功，拉力做正功，摩擦力做负功，根据动能定理可知即：，所以动能小于拉力做的功，故A正确；无法比较动能与摩擦力做功的大小，CD错误。故选A点睛：正确受力分析，知道木箱在运动过程中有那几个力做功且分别做什么功，然后利用动能定理求解末动能的大小。案例2．滑雪运动深受人民群众的喜爱，某滑雪运动员（可视为质点）由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB，从滑道的A点滑行到最低点B的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率不变，则运动员沿AB下滑过程中A.所受合外力始终为零B.所受摩擦力大小不变C.合外力做功一定为零D.机械能始终保持不变【来源】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）【答案】C【点睛】考查了曲线运动、圆周运动、动能定理等；知道曲线运动过程中速度时刻变化，合力不为零；在分析物体做圆周运动时，首先要弄清楚合力充当向心力，然后根据牛顿第二定律列式，基础题，难以程度适中．案例3．【2017·新课标Ⅱ卷】如图，一光滑大圆环固定在桌面上，环面位于竖直平面内，在大圆环上套着一个小环。小环由大圆环的最高点从静止开始下滑，在小环下滑的过程中，大圆环对它的作用力：（）A．一直不做功B．一直做正功C．始终指向大圆环圆心D．始终背离大圆环圆心【答案】A【考点定位】圆周运动；功【名师点睛】此题关键是知道小圆环在大圆环上的运动过程中，小圆环受到的弹力方向始终沿大圆环的半径方向，先是沿半径向外，后沿半径向里。2．讲基础（1）功①做功的两个要素：力；物体在力的方向上发生的位移．②公式：W＝Flcos_α（只适用恒力做功）③功是标(标或矢)量．④功的正负（2）功率①定义：②物理意义：③公式：tWP，P为时间t内的平均功率．(说明：θ为F与v的夹角；v为平均速度，则P为平均功率；②v为瞬时速度，则P为瞬时功率)（3）机车的启动问题①以恒定功率启动的方式：动态过程：这一过程的速度—时间图象如图所示：②以恒定加速度启动的方式：动态过程：这一过程的速度—时间图象如图所示：特别提醒：无论哪种启动方式，机车最终的最大速度都应满足：fMFPv，且以这个速度做匀速直线运动．3．讲典例案例1．一个人站在高为H的平台上，以一定的初速度将一个质量为m的小球抛出。测出落地时小球的速度大小是v，不计空气阻力，重力加速度大小为g。人对小球做的功W及小球被抛出时的初速度大小分别为（）A．B．C．D．【答案】A点晴：本题考查了动能定理的直接应用，在不涉及到运动时间和运动过程以及变力做功时运用动能定理解题较为简洁、方便．该题难度不大，属于基础题。【趁热打铁】某人身系弹性绳自高空p点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，b点是人静止悬吊着的位置，c点是人所到达的最低点，空气阻力不计，则人（）A．从p至c过程中人的动能不断增大B．从p至a过程中人的机械能不守恒C．从p至c过程中重力所做的功等于人克服弹性绳弹力所做的功D．从a至c过程中人的重力势能减少量等于弹性绳的弹性势能增加量【答案】C案例2．如图所示，质量为m的小球以初速度v0水平抛出，恰好垂直打在倾角为θ的斜面上，则小球落在斜面上时重力的瞬时功率为(不计空气阻力，重力加速度为g)（）A．mgv0tanθB．0tanmgvC．0sinmgvD．mgv0cosθ【答案】B【解析】（1）由平抛运动得：vx=v0；vy=gt根据平行四边形定则知：xyvtanv则：0vtgtan，故重力的瞬时功率为：P=mgvy=mg•gt=0mgvtan，故选B．【趁热打铁】（多选）一辆汽车在平直的公路上运动，运动过程中先保持某一恒定加速度，后保持恒定的牵引功率，其牵引力和速度的图象如图所示．若已知汽车的质量m、牵引力和速度及该车所能达到的最大速度，运动过程中所受阻力恒定，则根据图象所给的信息，下列说法正确的是A．汽车行驶中所受的阻力为B．汽车匀加速运动的过程中牵引力的冲量大小为C．速度为时的加速度大小为D．若速度为时牵引力恰为，则有，【答案】ABD4．讲方法（1）变力做功的计算方法①用动能定理W=ΔEk或功能关系求．②当变力的功率P一定时，可用W＝Pt求功，如机车恒功率启动时．③当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力做的功等于力和路程(不是位移)的乘积．如滑动摩擦力做功等．④当力的方向不变，大小随位移做线性变化时，可先求出力的平均值，再由W＝Flcosα计算．⑤作出变力F随位移l变化的图象，图象与位移所在轴所围的“面积”即为变力做的功。（2）计算功率的基本方法首先判断待求的功率是瞬时功率还是平均功率．①平均功率的计算方法利用tWP；利用.②瞬时功率的计算方法，v是t时刻的瞬时速度（3）分析机车启动问题时的注意事项①机车启动的方式不同，机车运动的规律就不同，因此机车启动时，其功率、速度、加速度、牵引力等物理量的变化规律也不相同，分析图象时应注意坐标轴的意义及图象变化所描述的规律。②在用公式P＝Fv计算机车的功率时，F是指机车的牵引力而不是机车所受到的合力。③恒定功率下的加速一定不是匀加速，这种加速过程发动机做的功可用W＝Pt计算，不能用W＝Fl计算(因为F是变力)。④以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定，这种加速过程发动机做的功常用W＝Fl计算，不能用W＝Pt计算(因为功率P是变化的)．⑤匀加速过程结束时机车的速度并不是最后的最大速度．因为此时FF阻，所以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vm.5．讲易错【题目】（多选）如图甲所示是一打桩机的简易模型。质量m=1kg的物体在拉力F作用下从与钉子接触处由静止开始运动，上升一段高度后撤去F，到最高点后自由下落，撞击钉子，将钉子打入2cm深度，且物体不再被弹起，若以初始状态物体与钉子接触处为零势能点，物体上升过程中，机械能E与上升高度h的关系图像如图乙所示。撞击前不计所有摩擦，钉子质量忽略不计，。则A．物体上升过程中的加速度为B．物体上升过程中的最大速度为2m/sC．物体上升到0．25m高度处拉力F的瞬时功率为12WD．钉子受到的平均阻力为600N【答案】BC【正解】【错因】物体动能与势能之和是物体的机械能，分析清楚图象，应用牛顿第二定律、运动学公式、功率公式等知识即可正确解题考向02动能定理1.讲高考（1）考纲要求掌握动能的概念，会求动能的变化量；掌握动能定理，并能在实际问题中熟练应用．（2）命题规律动能定理多数题目是与牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动以及电磁学等知识相结合的综合性试题；动能定理仍将是高考考查的重点，高考题注重与生产、生活、科技相结合，将对相关知识的考查放在一些与实际问题相结合的情境中。案例1．滑雪运动深受人民群众的喜爱，某滑雪运动员（可视为质点）由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB，从滑道的A点滑行到最低点B的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率不变，则运动员沿AB下滑过程中A.所受合外力始终为零B.所受摩擦力大小不变C.合外力做功一定为零D.机械能始终保持不变【来源】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）【答案】C【点睛】考查了曲线运动、圆周运动、动能定理等；知道曲线运动过程中速度时刻变化，合力不为零；在分析物体做圆周运动时，首先要弄清楚合力充当向心力，然后根据牛顿第二定律列式，基础题，难以程度适中．案例2．【2017·江苏卷】一小物块沿斜面向上滑动，然后滑回到原处．物块初动能为k0E，与斜面间的动摩擦因数不变，则该过程中，物块的动能kE与位移x的关系图线：（）【答案】C【考点定位】动能定理【名师点睛】本题考查动能定理及学生的识图能力，根据动能定理写出Ek–x图象的函数关系，从而得出图象斜率描述的物理意义．案例3．【2016·浙江卷】（多选）如图所示为一滑草场。某条滑道由上下两段高均为h，与水平面倾角分别为45°和37°的滑道组成，滑草车与草地之间的动摩擦因数为。质量为m的载人滑草车从坡顶由静止开始自由下滑，经过上、下两段滑道后，最后恰好静止于滑道的底端（不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失，sin37=0.6o，cos37=0.8o）。则：（）A．动摩擦因数67B．载人滑草车最大速度为27ghC．载人滑草车克服摩擦力做功为mghD．载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为35g【答案】AB【考点定位】动能定理；牛顿第二定律的应用【名师点睛】此题以娱乐场中的滑草场为背景，考查了牛顿第二定律的综合应用及动能定理。解本题的关键是分析物体运动的物理过程及受力情况，正确选择合适的物理规律列出方程解答。此题难度中等，考查学生利用物理知识解决实际问题的能力。2．讲基础（1）动能①定义：物体由于运动而具有的能．②表达式：221mvEk（2）动能定理①内容：②表达式：③适用条件：动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动；既适用于恒力做功，也适用于变力做功；力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分阶段作用。3．讲典例案例1．一传送带装置示意如图，传送带在AB区域是倾斜的，倾角θ=30°．工作时传送带向上运行的速度保持v=2m/s不变．现将质量均为m=2kg的小货箱（可视为质点）一个一个在A处放到传送带上，放置小货箱的时间间隔均为T=1s，放置时初速为零，小货箱一到达B处立即被取走．已知小货箱刚放在A处时，前方相邻的小货箱还处于匀加速运动阶段，此时两者相距为s1=0.5m．传送带装置由电动机带动，传送带与轮子间无相对滑动，不计轮轴处的摩擦，取g=10m/s2．（1）求小货箱在传送带上做匀加速运动的加速度大小．（2）AB的长度至少多长才能使小货箱最后的速度能达到v=2m/s？（3）除了刚释放货箱的时刻，若其它时间内总有4个货箱在传送带上运动，求每运送一个小货箱电动机对外做多少功？并求电动机的平均输出功率．【答案】（1）1m/s2（2）2