超强物理一轮复习课件6.ppt

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1、,圆周运动,万有引力定律,热点讲座 4.应用功能观点解决力学问题热点解读 1.应用能量观点分析物体运动与相互作用规律是一种重要的研究方法,是解决物理问题的三大法宝之一,也是高考中的常考考点.应用机械能解题时要注意:(1)明确研究对象是单个物体还是系统(系统是否包括弹簧在内);(2)确定研究过程;(3)弄清楚能量转化和损失的去向;(4)根据研究对象在研究过程中能量的减少量等于所转化成的其他形式的能量来求解.,章末总结,2.弹簧类问题含有力的非突变模型弹簧模型,这类问题能很好地考查同学们对物理过程的分析、物理知识的综合运用及数学知识的灵活应用,所以这类问题在近年的高考中频频出现.专题讲座专题一 单

2、个物体的动能定理和机械能守恒定律 的应用 物体只有重力做功是单个物体机械能守恒的条件,抓住守恒条件解题会水到渠成;动能定理是解决变力做功特有效的方法.应用动能定理求合外力功主要有两种方法:(1)先求每个小过程合外力的功再求和;(2)先求每个力的功再求和,注意研究对象、研究过程的选择和对应.,如图1所示,一小球从A点以某一水平向右的初速度出发,沿水平直线轨道运动到B点后,进入半径R=10 cm的光滑竖直圆形轨道,圆形轨道间不相互重叠,即小球离开圆形轨道后可继续向C点运动,C 点右侧有一壕沟,C、D两点的竖直高度h=0.8 m,水平距离s=1.2 m,水平轨道AB长为L1=1 m,BC长为L2=3

3、 m.小球与水平轨道间的动摩擦因数=0.2,重力加速度g=10 m/s2.则:,(1)若小球恰能通过圆形轨道的最高点,求小球在A点的初速度?(2)若小球既能通过圆形轨道的最高点,又不掉进壕沟,求小球在A点的初速度的范围是多少?,图1,解析(1)小球恰能通过最高点由B到最高点由AB:解得在A点的初速度vA=3 m/s(2)若vA=3 m/s时,设小球将停在距B点x处解得s=1.25 m若小球刚好停在C处,则有则vA=4 m/s,若小球停在BC段,则有3 m/svA4 m/s若小球能通过C点,并越过壕沟,则有则有vA=5 m/s欲满足题意3 m/svA4 m/s或vA5 m/s答案(1)3 m/s

4、(2)3 m/svA4 m/s或vA5 m/s,专题二 系统机械能守恒 两个或多个叠放、用细线相连的物体、用轻杆相连的两个或多个物体,在没有摩擦、没有牵引力和人为的外力作用条件下,系统的机械能保持不变,系统机械能守恒.机械能的表达式大体有三种:两状态系统的机械能相等(需要选择零势能)、系统动能的增量等于重力势能的减少量(注意重力势能增加为负)、系统重力所做的功等于系统动能的增量,使用第三种简单、不易出错.,如图2所示,一根不可伸长的轻 质细线跨过光滑固定的小滑轮,细线两 端各系一个小物块A、B,质量分别为m、4m,开始时用手托住B,细线刚好被拉直,B距离地面和滑轮的高度差均为h.现在把B无初

5、速释放,B与地面接触后不再反弹,求A上升的最 大高度.解析 B下落的高度为h,设此时A、B的速度大小 为v,对A、B,应用系统机械能守恒有,图2,解得之后A做竖直上抛运动,上升最大距离为 不会与滑轮相撞,所以A上升的最大高度为H=h+L=1.6h.答案 1.6h 在A上升和B下降h的过程中系统机械能守恒的根源在于细线对A和B所做的正、负功绝对值相等,这便是细线相连接的两个物体组成的系统机械能守恒的原理.,点评,总结 1.在用细线相连的两个物体组成的系统机械能守恒问题中,如果物体的速度方向和线不在一条直线上,则需要对速度进行分解,沿线方向的分速度v分与物体速度v的关系式为v分=vcos,其中为v

6、与线的夹角;如果物体的速度方向都沿线,则两个物体的速度大小相等.,2.速度极值的解题策略(1)分析取得极值速度物体的受力、运动规律,找出物体取得最大(小)速度的条件,再应用相应规律求解.(2)应用物理规律找到物体速度的表达式,分析取得极值的条件,得到答案.,专题三 多过程中应用功能观点 多个物体组成的系统在机械能不守恒的情况下,可应用功能关系、能量转化守恒等规律求解,注意过程的选择和研究对象的选择.如图4所示,一长为L=1.5 m的小车左端放有质 量为m=1 kg的小物块,物块与车上表面间动摩擦因数=0.5,半径R=0.9 m的光滑半圆形轨道固定在水平 面上且直径MON竖直,车的上表面和轨道最

7、低点高度 相同,为h=0.65 m.开始车和物块一起以10 m/s的初速 度在光滑水平面上向右运动,车碰到轨道后立即停止 运动.g=10 m/s2.求:,(1)小物块刚进入半圆轨道时对轨道的压力.(2)小物块落地点至车左端的水平距离.解析(1)车停止运动后取小物块为研究对象,设其到达车右端时的速度为v1,由动能定理得解得v1=,图4,刚进入圆轨道时,设物块受到的支持力为N,由牛顿第二定律得 由牛顿第三定律N=-N 由得N=104.4 N,方向竖直向下.(2)若小物块能到达圆轨道最高点,则由机械能守恒 解得v2=7 m/s 恰能过最高点的速度为v3,v3=3 m/s因v2v3,故小物块从圆轨道最

8、高点做平抛运动 x=v2t由联立解得x=4.9 m 故小物块距车左端d=x-L=3.4 m答案(1)104.4 N,方向竖直向下(2)3.4 m,阅卷现场阅卷手记 本章考点主要包括功、功率、动能、势能(包括重力势能和弹性势能)等基本概念,以动能定理、重力做功的特点、重力做功与重力势能变化的关系及机械能守恒定律等基本规律.其中对于功的计算、功率的理解、做功与物体能量变化关系的理解及机械能守恒定律的适用条件是考查的重点内容.试题中所涉及到的基本方法有：用矢量分解的方法处理恒力功的计算,这里既可以将力矢量沿平行于物体位移方向和垂直于物体位移方向进行分解,也可以将物体的位,移沿平行于力的方向和垂直于力

9、的方向进行分解,从而确定出恒力对物体的作用效果；对于重力势能这种相对物理量,可以通过巧妙的选取零势能面的方法,从而使有关重力势能的计算得以简化.本章能力要求很高,是各种能力要求的一个综合考点.本章常见的错误有：对功、功率、功能关系、机械能守恒条件等理解不准确造成的错误；错用规律的错误；运算错误等.,易错点实例分析13.因对做功的意义理解不准确造成的错误试题回放 如图1所示,平板车放在光滑 水平面上,一个人从车的左端 加速向右跑动,设人受到的摩擦力为f,平板车受 到的摩擦力为f,人和车都没有初速度.则在跑 动过程中,下列说法正确的是()A.f、f均做负功 B.f、f均做正功C.f做正功,f做负功

10、D.f做负功,f做正功 学生作答,图1,B,错解分析 错选B.简单的从动能定理出发,认为人车都加速,外力应该做正功,选B.正确答案 人加速向右跑时,要给车向左的静摩擦力,同时受到车对人向右的静摩擦力,人受力的脚总是和车是相对静止的,即人虽然向右跑,但受摩擦力的脚部的运动方向却总是随车一起运动,与车一样具有向左的位移.只不过是两脚交替受力,人整体在向右运动.所以f的直接受力物体的位移向左,故f做负功,f向左,车的位移也向左,f做正功,选D.,一对相互作用的静摩擦力的总功一定等于0,所以A、B显然是不对的.但是不仅是学生,甚至很多资料上都认为B对,有些资料中根本没有设置D选项,表明对做功的认识误区

11、是相当普遍的.做功的两个要素是力和在力的方向上的位移,这里的位移是受力质点的位移,本题中f的受力质点是脚,不是整个人,人在跑动中两脚交替受摩擦力,再把人看作一个质点已经不行了.有人认为人和车的动能都增加了,一定有外力做功,其实动能定理是质点或对内力做功之和等于0的物体系来说得,而本题中人的内力做功,在腿由屈变直的,过程中,内力对身体的前后(或说上下)两部分都做正功,这两个正功使人的上身向右加速,车与脚向左加速.从能的转化来看,人与车的动能都来源于人的化学能的消耗,这是人做功的结果,而不是静摩擦力.还有一个典型的例子,人乘电梯上楼,支持力对人做功,人通过楼梯上楼支持力就不做功,与上述同理,这也是

12、很多人不清楚的.,14.不理解功与动能的标量性造成的动能定理使用错 误试题回放 如图2所示,匀强电场沿水平方向,把质量为m的带电物体以速度v0竖 直向上抛出,物体到达最高点时速 度大小仍是v0.求这一过程中电 场力做的功.错解分析 由于水平方向只受电场力,水平方向初速度为0,末 速度为v0,由动能定理得W电=,图2,这是典型的分方向运用动能定理的错误,之所以结果正确,完全是因物体所受两力垂直而产生的数学上的巧合.正确答案解法一 由竖直方向做匀减速运动可得,上升高度故从抛出到最高点,重力做功由动能定理得WG+W电=0故,解法二 由竖直方向匀减速运动知,故水平方向加速度水平位移电场力F=max=m

13、g,故W电=功、能都是标量,故动能定理、机械能守恒等都不能像矢量那样分方向应用.,15.因审题不仔细造成的错误试题回放 以20 m/s的初速度,从地面竖直向上抛出一物体,它上升的最大高度是18 m.如果物体在运动过程中 所受阻力的大小不变,则物体在离地面多高处,物 体的动能与重力势能相等.(g=10 m/s2)错解分析 错解：以物体为研究对象,画出运动草图,设物体上升到h高处动能与重力势能相等,此过程中,重力、阻力做功,据动能定理有-(mg+f)h=物体上升的最大高度为H-(mg+f)H=由式解得h=9.5 m初看似乎任何问题都没有,仔细审题,问物体离地面多高处,物体动能与重力势能相等,一般人

14、首先是将问题变形为上升过程中什么位置动能与重力势能相等.而实际下落过程也有一处动能与重力势能相等.,正确答案 上升过程中的解同错解.设物体下落过程中经过距地面h处动能等于重力势能,运动草图如图所示.据动能定理(mg-f)(H-h)=(mg+f)H=解得h=8.5 m,16.对机车启动过程的理解错误试题回放 一列火车由机车牵引沿水平轨道行使,经过时间t,其速度由0增大到v.已知列车总质量为M,机车功率P保持不变,列车所受阻力f为恒力.求：这段时间内列车通过的路程.错解：以列车为研究对象,水平方向受牵引力和阻 力f.据P=Fv可知牵引力F=P/v,错解分析,设列车通过路程为x,据动能定理有(F-f

15、)s=将代入解得以上错解的原因是对P=Fv的公式不理解,在P一定的情况下,随着v的变化,F是变化的.在中学阶段用功的定义式求功,要求F是恒力.,正确答案以列车为研究对象,列车水平方向受牵引力和阻力.设列车通过的路程为s.据动能定理因为列车功率一定,据 可知牵引力的功率WF=Pt解得,返回,热点讲座5.曲线运动与万有引力定律的应用热点解读 曲线运动规律及其应用历来是高考的重点、难点和热点,它不仅涉及力学中的一般的曲线运动、平抛运动、圆周运动,还常常涉及天体运动问题,带电粒子在电场、磁场或复合场中的运动问题,动力学问题,功能问题.下面以现实生活中的问题(如体育竞技,军事上的射击,交通运输和航空航天

16、等)为模型,对曲线运动 万有引力中高考知识点与题型进行系统的、多角度、多层次的分类解析,以突出知识的综合应用.,章末总结,专题一 曲线运动和平抛运动1.物体做曲线运动的条件2.曲线运动的特点3.利用运动的合成与分解研究一般曲线运动的思 维流程(欲知)曲线运动规律经等效分解后,(只需)研 究两直线运动规律经等效合成后,(得知)曲线 运动规律.,专题讲座,在抗洪战斗中,一摩托艇要到正对岸抢救灾 民.关于该摩托艇能否到达正对岸的说法中正确 的是()A.只要摩托艇向正对岸行驶就能到达正对岸 B.由于水流有较大的速度,摩托艇不能到达正对岸 C.虽然水流有较大的速度,但只要摩托艇向上游某 一方向行驶,一定

17、能到达正对岸 D.有可能不论摩托艇怎么行驶,都不能到达正对岸 解析 处理方法:艇在有一定流速的水中过河时,实 际上参与了两个方向的分运动,即艇随水流的运动(水冲艇的运动)和艇相对水的运动(即在静水中的艇 的运动),艇的实际运动是合运动.,(2)若艇要到达正对岸,必须艇行速度v1大于水流速度v2,此时应将艇头偏向上游,过河时间:答案 D,专题二 恒力作用下的匀变速曲线运动最典型的匀变速曲线运动有两类形式:1.只受重力作用的平抛(斜抛)物体的运动此类问题常规解法是运动的分解.如图1所示,图1在水平地面 上固定一倾角=37,表面光滑的 斜面体,物体A以v1=6 m/s的初速度 沿斜面上滑,同时在物体

18、A的正上方,有一物体B以某一初速度水平抛出.如果当A上滑 到最高点时恰好被B物体击中.(A、B均可看作质 点,sin 37=0.6,cos 37=0.8,g取10 m/s2)求:,图1,(1)物体A上滑到最高点所用的时间t.(2)物体B抛出时的初速度v2.(3)物体A、B间初始位置的高度差h.解析(1)物体A上滑的过程中,由牛顿第二定律得mgsin=ma代入数据得a=6 m/s2设经过t时间B物体击中A物体,由运动学公式得0=v1-at代入数据得t=1 s,(2)物体B做平抛运动的水平位移其初速度(3)物体A、B间的高度差答案(1)1 s(2)2.4 m/s(3)6.8 m,2.类平抛运动 如

19、图2所示,一带电粒子以 竖直向上的初速度v0,自A处进入 电场强度为E、方向水平向右的匀 强电场中,它受到的电场力恰与重 力大小相等.当粒子到达图中B处时,速度大小仍 为v0,但方向变为水平向右,那么A、B之间的电势 差等于多少?从A到B经历的时间为多长?解析 带电粒子从AB的过程中,竖直分速度减 小,水平分速度增大,表明带电粒子的重力不可忽 略,且带正电荷,受电场力方向向右.依题意有 mg=qE.,图2,根据动能定理:qUAB-mgh=0(动能不变)在竖直方向上做竖直上抛运动,则v02-0=2gh,v0=gt解得答案,点评 带电粒子在电场中具有加速作用和偏转作用.分析问题时,注意运动学、动力

20、学、功和能等有关规律的综合运用.当带电粒子在电场中的运动不是类平抛运动,而是较复杂的曲线运动时,可以把复杂的曲线运动分解到两个互相正交的简单的分运动来求解.,专题三 天体运动中的匀速圆周运动 1.基本模型的建立(1)环绕模型:把天体的运动看成是环绕某中心天 体的匀速圆周运动,其所需的向心力由万有引力 提供.(2)近球模型:处于星球表面或附近的物体受到的 万有引力近似等于物体的重力.2.“金三角关系”所有天体运动问题的求解尽在“金三角关系”之中(如图3所示),说明 问题属于环绕模型时,选用F引=F向关系;问题属于近球模型时,选用F引=G=F向关系.解题时,先确定是哪个模型,然后选择相应的等量关系

21、列方程,即可推出结果的表达式.3.各类天体运动问题(1)星球表面重力加速度问题这是属于近球模型,故选用F引=G=F向关系列方程.,图3,【例4】假设火星和地球都是球体,火星质量M火和 地球质量M地之比为M火/M地=p,火星的半径R火 和地球半径R地之比R火/R地=q,那么离火星表面R地 高处的重力加速度g火和离地球表面R地高处的重 力加速度g地之比g火/g地等于多少?解析 在地球表面有:gR2=GM,此式称为黄金代换 式,如果是别的星球,将式中的地球半径R换成别的 星球半径后,此式仍成立.答案,(2)估算天体的质量和密度测出卫星围绕天体做匀速圆周运动的半径r和周期T,即可进行估算.把卫星运动看

22、成匀速圆周运动,则属于环绕模型,选用F引=F向列方程,即可求解.【例5】1789年英国著名物理学家卡文迪许首先估算出了地球的平均密度.根据你学过的知识,能否知道地球密度的大小.解析 设地球质量为M,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,忽略地球自转的影响,根据万有引力定律得将地球看成均匀球体:,由上两式得地球平均密度:上式中:、g、R和G均为常数,将它们的值代入可得:e=5.5103 kg/m3,即地球的平均密度为5.5103 kg/m3.答案 5.5103 kg/m3 估算题中往往告诉的已知量很少或者什么量也不告诉,解题时就要求我们灵活地运用一些物理常数,如重力加速度g、圆周率、万有引力常

23、量G等.,说明,(3)地球同步卫星的发射【例6】发射地球同步卫星时,先将卫 星发射至近地圆轨道1,然后在Q点点 火,使火箭加速,让卫星做离心运动,进入轨道2,到达P点后,再使卫星加速,进入预定轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3 相切于P点(如图4所示).则当卫星分别在1,2,3轨 道上正常运行时,以下说法正确的是()A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道 2上经过Q点时的加速度 D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度小于它在轨道 3上经过P点时的加速度,图4,解析 这是一道变轨道问题.

24、由于轨道1和轨道3都是圆轨道,卫星运动由万有引力提供向心力,由运行速度 可知,因r3r1,所以v3v1,故A项错误;又由角速度 所以31,B项正确;卫星无论是在轨道1还是在轨道2,经过Q点时,受到的万有引力总是相同的,所以由牛顿第二定律知只与到地心距离有关,故a2Q=a1Q,C、D项错误.答案 B,阅卷现场阅卷手记 本章内容是高考的一大热点,尤其是万有引力定律在航天问题中的应用.另外,运动的合成与分解、平抛运动、圆周运动等虽单独出题不多,但几乎每年的高考综合题中都有它们的应用.因理解能力、模型的迁移运用能力、运算能力等不足造成的失分较多.比如对分运动和合运动不能正确的分析,对平抛和匀速圆周运动

25、的规律不能灵活的运用,对卫星的发射与运行规律不理解等等.,易错点实例分析17.不理解哪是分运动,哪是合运动造成速度分解错误试题回放 如图1所示,人在岸上拉船,已知船的质量为m,水的 阻力恒为f,当轻绳与水平面的夹角为时,船的速 度为v,此时人的拉力大小为F,则此时()A.人拉绳行走的速度为vcos B.人拉绳行走的速度为v/cos C.船的加速度为D.船的加速度为,图1,学生作答,AC,错解分析 1.错选B.错误的认为船的速度v是水平速度,而沿绳的速度为合速度.实际上v是船的合速度,应把它分解.2.错选D.错误的认为F等于绳拉船的水平分力.正确答案 船的速度产生了两个效果：一是滑轮与船间的绳缩

26、短,二是绳绕滑轮顺时针转动,因此将船的速度进行分解如图所示,人拉绳行走的速度v人=vcos,A对,B错；绳对船的拉力等于人拉绳的力,即绳的拉力大小为F,与水平方向成角,因此,Fcos-f=ma,得 C对,D错;答案为A、C.相互牵连的两物体的速度往往不相等,一般需根据速度分解确定两物体的速度关系.在分解速度时,要注意两点：只有物体的实际运动才是合运动,如本题船向左运动,所以船向左的速度是合速度,也就是说供分解的合运动一定是物体的实际运动；两物体沿绳或沿杆方向的速度(或分速度)相等.,18.对平抛运动的规律运用不充分造成的错误试题回放 图2中AB为斜面,BC为水平面,从A点以水平速度v0抛出一小

27、 球,其落点到A的水平距离为x1；从A点以水平速度3v0抛出小球,其落点到A的水平距离为s2,不计空气阻力,则 s1s2可能等于()A.13B.16C.19D.112 学生作答,ABC,图2,错解分析 1.漏选C.主要出错原因是思考问题简单化,认为两球都落在水平面上,时间相等,水平位移之比等于初速度之比.2.漏选B.主要错因在于虽认识到落地情况有多种情况,但由于对平抛规律不熟练,不理解16的可能性.正确答案球的落地情况有三种,一是都落在斜面上,二是都落在水平面上,三是一次落在斜面上,另一次落在水平面上.对,第一、二两种情况,不难算出s1s2分别为19和13.对第三种情况,如图所示,根据平抛运动

28、的规律,若撤掉斜面,都落到平面上,则s1将变大,s1s2将变为13,故现在比值一定小于13；若撤去水平面,让斜面延伸,两球均落在斜面上,则s2将变大,s1s2将为19,故现在s1s2一定大于19,故只要在1913的比值都可能的,正确答案为A、B、C.平抛运动是一种重要的运动模型,要对其速度特点,位移特点,以及轨迹特点把握准确,运用熟练,才能更好的利用这一模型来分析问题.,19.对卫星和地面上物体的向心力认识不清造成的错 误试题回放 如图3所示,1为同步卫星,2为近 地卫星,3为赤道上的一个物体,它们都在同一平面内绕地心做 圆周运动.关于它们的圆周运动的线速度、角速 度、和向心加速度,下列说法正

29、确的是()A.v2=v3v1B.1=3a1a3 学生作答,图3,D,错解分析 错选A.错因是由万有引力提供向心力,得出由r2=r3v1.正确答案 正确选项是B、D.因1、2都是卫星,故地球的万有引力提供向心力,由因r1r2,故1a3,故D正确.,卫星运动时只受万有引力,而地面上的物体除受万有引力外还受地面支持力.故虽然它们都绕地心做匀速圆周运动,但v、a等与半径r的关系却大不相同.不能将卫星运动的规律直接用于赤道上的物体.,20.不能正确分析向心力造成的错误试题回放 如图4所示,半径R=0.9 m的光滑的半圆轨道固定在竖直平面内,直径AC竖直,下端A与光滑的水平轨道相切.一个质量m=1 kg的

30、小球沿水平轨道进入竖直圆轨道,通过最高点C时对轨道的压力为其重力的3倍.不计空气阻力,g取10 m/s2.求：(1)小球在A点的速度大小vA；(2)小球的落地点到A点的距离x；(3)小球在落地前瞬间重力的瞬时功率PG.,图4,错解分析错解一：(1)由mg=mvC2/R得vC=3 m/s.错解原因是机械照搬绳球模型最高点的速度最小值.错解二：由3mg=mvC2/R得vC=m/s错误原因是不能正确分析全受力情况,计算向心力时漏掉了重力.后两问都要以第一问的结论为基础,一旦出错失分将会很多.正确答案(1)设小球通过最高点C时的速度为vC,根据牛顿第二定律,有mg+3mg=解得vC=6 m/s.,设小球在A点的速度大小为vA,以地面为参考平面,根据机械能守恒定律,有：(2)小球离开C点后作平抛运动,根据它在空中运动的时间为t=0.6 s小球的落地点到A点的距离为x=vCt=3.6 m(3)小球落地前竖直速度vy=gt=6 m/s小球在落地前瞬间重力的瞬时功率PG=mgvy=60 W,