专题4第1讲 功能关系在力学中的应用(教师用书)-【成功方案】2023年高考物理艺术生文化课总复习

第1讲　功能关系在力学中的应用 1．常见的几种力做功的特点 (1)重力、弹簧弹力、静电力做功与__路径__无关。 (2)摩擦力做功的特点 ①单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。 ②相互作用的一对静摩擦力做功的代数和__总等于零__，在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的转移，没有机械能转化为其他形式的能；相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和__不为零__，且总为__负值__。在一对滑动摩擦力做功的过程中，不仅有相互摩擦物体间机械能的转移，还有部分机械能转化为内能，转化为内能的量等于系统机械能的减少量，等于滑动摩擦力与__相对位移__的乘积。 ③摩擦生热是指滑动摩擦生热，静摩擦不会生热。 2．几个重要的功能关系 (1)重力的功等于__重力势能__的变化，即WG＝__－ΔEp__。 (2)弹力的功等于__弹性势能__的变化的负值，即W弹＝__－ΔEp__。 (3)合力的功等于__动能__的变化，即W＝__ΔEk__。 (4)重力(或弹簧弹力)之外的其他力的功等于__机械能__的变化，即W其他＝ΔE。 (5)一对滑动摩擦力做的功的绝对值等于__系统中内能__的变化，即Q＝Ff·x相对。 【规律方法】 1．动能定理的应用 (1)动能定理的适用情况：解决单个物体(或可看成单个物体的物体系统)受力与位移、速率关系的问题。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，也可以分段作用。 (2)应用动能定理解题的基本思路 ①选取研究对象，明确它的运动过程。 ②分析研究对象的受力情况和各力做功情况，然后求各个外力做功的__代数和__。 ③明确物体在运动过程初、末状态的动能Ek1和Ek2。 ④列出动能定理的方程W合＝Ek2－Ek1，及其他必要的解题方程，进行求解。 2．机械能守恒定律的应用 (1)机械能是否守恒的判断 ①用做功来判断，看重力(或弹簧弹力)以外的其他力做功的代数和是否为__零__。 ②用能量转化来判断，看是否有机械能与其他形式的能的相互转化。 ③对一些“绳子突然绷紧”“__物体间碰撞__”等问题，机械能一般不守恒，除非题目中有特别说明或暗示。 (2)应用机械能守恒定律解题的基本思路 ①选取研究对象——物体系统。 ②根据研究对象所经历的物理过程，进行__受力__、__做功__分析，判断机械能是否守恒。 ③恰当的选取参考平面，确定研究对象在运动过程的初、末状态的机械能。 ④根据机械能守恒定律列方程，进行求解。 高考题型1　力学中的几个重要功能关系的应用 【例1】　螺旋千斤顶由带手柄的螺杆和底座组成，螺纹与水平面夹角为α，如图所示。水平转动手柄，使螺杆沿底座的螺纹槽(相当于螺母)缓慢旋进而顶起质量为m的重物，如果重物和螺杆可在任意位置保持平衡，称为摩擦自锁。能实现自锁的千斤顶，α的最大值为α0。现用一个倾角为α0的千斤顶将重物缓慢顶起高度h后，向螺纹槽滴入润滑油使其动摩擦因数μ减小，重物回落到起点。假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计螺杆和手柄的质量及螺杆与重物间的摩擦力，转动手柄不改变螺纹槽和螺杆之间的压力。下列说法正确的是(　　) A．实现摩擦自锁的条件为tan α≥μ B．下落过程中重物对螺杆的压力等于mg C．从重物开始升起到最高点摩擦力做功为mgh D．从重物开始升起到最高点转动手柄做功为2mgh 【答案】　D 【解析】　 实现摩擦自锁的条件为μmgcos α≥mgsin α，即μ≥tan α，故A错误；重物对螺旋杆的压力等于mgcos α，故B错误；从重物开始缓慢升起到最高点过程中，摩擦力和支持力的合力与重力等大反向，且都与位移成锐角，两力都做正功，对重物升起过程，应用动能定理有：－mgh＋Wf＋WN＝0，Wf＋WN＝mgh，故C错误；重物上升过程，根据能量守恒，转动手柄做功等于克服摩擦力和压力做功以及重力势能增加量，故W＝2mgh，D正确。 【技巧点拨】 1．对研究对象进行受力分析、运动分析、能量分析。 2．熟练掌握动能、重力势能、弹性势能、机械能等变化的分析方法。 1．(多选)一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10 m/s2，则(　　) A．物块下滑过程中机械能不守恒 B．物块与斜面间的动摩擦因数为0.5 C．物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2 D．当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J 【答案】　AB 【解析】　本题考查功能关系，根据能量图像分析受力情况。物块在下滑过程中重力势能减少，动能增加，故Ⅰ为重力势能随下滑距离s的变化图线，Ⅱ为动能随下滑距离s的变化图线。由