专题2.4 功与能-2023届高考物理二、三轮复习总攻略

第2部分 核心主干专题突破 专题2.4 功与能 目录 【突破高考题型】 1 题型一　功和功率 1 题型二　动能定理的应用 4 题型三 机械能守恒定律的应用 7 类型1　机械能守恒的判断 7 类型2　单个物体的机械能守恒 8 类型3　系统机械能守恒 9 题型四 功能关系的应用 10 类型1　功和能的对应关系 10 类型2　能量守恒定律的应用 11 【专题突破练】 12 【突破高考题型】 题型一　功和功率 1.功的求法 2.功率的求法 【例1】.(2022·长春模拟)袋鼠跳是一项很有趣的运动。如图所示，一位质量m＝60 kg 的老师参加袋鼠跳游戏，全程10 m，假设该老师从起点到终点用了相同的10跳，每一次跳起后，重心上升最大高度为h＝0.2 m。忽略空气阻力，下列说法正确的是(　　) A．该老师起跳时，地面对该老师做正功 B．该老师每跳跃一次克服重力做功约为60 J C．该老师从起点到终点的时间可能是7 s D．该老师从起点到终点的时间可能是4 s 【例2】．[多选]质量为m的物体静止在光滑的水平面上，物体在下列四种变化规律不同的合外力F作用下都通过相同的位移x0。下列说法正确的是(　　) A．甲图和乙图合外力做功相等 B．丙图和丁图合外力做功相等 C．四个图合外力做功均相等 D．四个图中合外力做功最多的是丙图 【例3】.如图所示是一种清洗车辆用的手持式喷水枪。若已知水枪口的横截面积为S，水的密度为ρ。设水以恒定的速率v源源不断地从枪口喷出，关于水枪工作时功率的大小，下列判断正确的是(　　) A．与S成反比　　　　　 B．与v成正比 C．与v2成正比 D．与v3成正比 4．[多选](2022·郑州一中检测)质量为m的汽车在平直公路上行驶，所受的阻力恒为车重的k倍。汽车以额定功率行驶，当它加速行驶的速度为v时，加速度为a。则以下分析正确的是(　　) A．汽车的额定功率为kmgv B．汽车行驶的最大速度为 C．当汽车加速度减小到时，速度增加到2v D．汽车的额定功率为(ma＋kmg)v 【系统归纳】 1．变力做功的两种求法 (1)用动能定理计算。 (2)用F­x图线与x轴所围“面积”求解。 2．计算功率时的两个提醒 (1)明确是求瞬时功率，还是求平均功率。 (2)求瞬时功率时注意F、v间的夹角，求平均功率时应明确是哪段时间内的平均功率。 3．解决机车启动问题的两点注意 (1)分清是匀加速启动还是恒定功率启动： ①匀加速启动过程中，机车功率是不断增大的，当功率达到额定功率时匀加速运动速度达到最大，但不是机车能达到的最大速度。 ②以额定功率启动的过程中，牵引力是不断减小的，机车做加速度减小的加速运动，牵引力的最小值等于阻力。 (2)无论哪种启动方式，最后达到最大速度时，均满足P＝Ffvm，P为机车的额定功率。 题型二　动能定理的应用 1．应用动能定理解题的思维流程 2．应用动能定理解题应注意的三个问题 (1)动能定理往往用于单个物体的运动过程，由于不牵扯加速度及时间，比动力学研究方法要简捷。 (2)动能定理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有几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程)，此时可以分段考虑，也可以对全过程考虑，但若能对整个过程利用动能定理列式则可使问题简化。 【例1】如图所示，倾角θ＝45°的粗糙平直导轨AB与半径为R的光滑圆环轨道相切，切点为B，整个轨道处在竖直平面内。一质量为m的小滑块(可以看作质点)从导轨上离地面高为h＝3R的D处无初速度下滑进入圆环轨道。接着小滑块从圆环最高点C水平飞出，恰好击中导轨上与圆心O等高的P点，不计空气阻力，已知重力加速度为g。求： (1)滑块运动到圆环最高点C时的速度大小； (2)滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小； (3)滑块在斜面轨道BD间运动的过程中克服摩擦力做的功。 【误区警示】应用动能定理时常见的三个误区 (1)公式W＝mv22－mv12中W应是总功，方程为标量方程，不能在某方向上应用。 (2)功的计算过程中，易出现正、负功判断错误及遗漏某些力做功的现象。 (3)多过程问题中，不善于挖掘题目中的隐含条件，运动物体的过程分析易出现错误。　　 【例2】 (2022·浙江1月选考，20)如图所示，处于竖直平面内的一探究装置，由倾角α＝37°的光滑直轨道AB、圆心为O1的半圆形光滑轨道BCD、圆心为O2的半圆形光滑细圆管轨道DEF、倾角也为37°的粗糙直轨道FG组成，B、D和F为轨道间的相切点，弹性板垂直轨道固定在G点(与B点等高)，B、O1、D、O2和F点处于同一直线上。已知可视为质点的滑块质量m＝0.1 kg，轨道BCD和DEF的半径R＝0.15 m，轨道AB长度lAB＝3 m，滑块与轨道FG间的动摩擦因数μ