专题10 变力做功模型-高考物理模型法之过程模型法(解析版)2020年高考物理
《专题10 变力做功模型-高考物理模型法之过程模型法(解析版)2020年高考物理》由会员分享,可在线阅读,更多相关《专题10 变力做功模型-高考物理模型法之过程模型法(解析版)2020年高考物理(17页珍藏版)》请在七七文库上搜索。
1、专题10 变力做功模型模型界定由于只适用于恒力所做功,故在本模型中主要归纳各种情况下变力做功的判定及计算模型破解1 变力做功情况的的判定(i)可利用功能关系来判定:力对物体做正功时物体的能量增加,力对物体做负功时物体的能量减少有对应形式的势能的变力(弹簧弹力、点电荷间静电力等)做功时,对应形式的势能增大时该力做负功,否则变力做正功(ii)可利用力的方向与瞬时速度方向的夹角来判定:力与物体的瞬时速度方向之间的夹角始终保持为锐角(角度可以变化)时,力对物体做正功;力与物体的瞬时速度方向之间的夹角始终保持为直角时力不对物体做功;力与物体的瞬时速度方向之间的夹角始终保持为钝角时力对物体做负功(iii)
2、可利用力的方向与位移方向的夹角来判定:当力的方向不变时,可由力与位移的方向间夹角来判定例.如图所示,把小球由图中位置同时由静止释放(绳开始时拉直),则在小球向左下摆动时,下列说法正确的是例题图绳对球做正功绳对球不做功绳对球做负功绳对球做正功【答案】【解析】在小球下摆过程中,由于距点较远,转动较慢,位置落后于球从运动角度来看,球绕点转动,球一方面随球转动,同时还相对于球向后转动,如图所示则球的瞬时速度时刻与绳垂直,与绳之间夹角为钝角;而球相对球的速度方向与绳垂直,其对地的瞬时速度方向与绳之间夹角为锐角故可知绳对球不做功,绳对球做负功、对球做正功,错误正确例答图例.如图所示,一根质量可以忽略不计的
3、刚性轻杆,一端为固定转轴,杆可在竖直平面内无摩擦的转动,杆的中心点及另一端各固定一个小球和。已知两球质量相同,现用外力使杆静止在水平方向,然后撤去外力,杆将摆下,从开始运动到杆处于竖直方向的过程中例题图重力对球的冲量等于重力对球的冲量杆的弹力对球做正功,对球做负功杆的弹力对球做负功,对球做正功杆的弹力对球和球均不做功【答案】中机械能减少,则杆的弹力对球做负功,同理可知杆的弹力对球做负功,错误正确模型演練1.在2008北京奥运会上,俄罗斯著名撑杆跳运动员伊辛巴耶娃以5.05m的成绩第24次打破世界纪录。图为她在比赛中的几个画面。下列说法中正确的是练图 A运动员过最高点时的速度为零; B撑杆恢复形
4、变时,弹性势能完全转化为动能; C运动员要成功跃过横杆,其重心必须高于横杆; D运动员在上升过程中对杆先做正功后做负功。【答案】 2.如图所示,质量均为m的ab两球固定在轻杆的两端,杆可绕点在竖直平面内无摩擦的转动,已知两球距点的距离L1L2.今在水平位置由静止释放,则在下降过程中,杆对球的作用力:练2图方向沿,不做功方向沿,做正功方向与成一定夹角,做正功方向与成一定夹角,做负功【答案】【解析】在球上升过程中,b球的重力势能和动能均增大,即b球的机械能增大,只能是杆对b球做了正功而b球绕点沿圆弧运动,速度方向与杆垂直,则杆对b球的弹力一定不沿方向,否则杆对球不做功,故正确2.变力做功多少的定性
5、比较由可知,定性比较某些特定阶段中变力所做功时,可比较相同大小的力方向上的位移,也可比较相同位移上的分力例.如图所示, 固定的光滑竖直杆上套着一个滑块,用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮,以大小恒定的拉力F拉绳,使滑块从A点起由静止开始上升.若从A点上升至B点和从B点上升至C点的过程中拉力F做的功分别为W1、W2,滑块经B、C两点时的动能分别为EkB、EkC,图中AB=BC,则一定 ( )例题图A.W1W2B.W1EkCD.EkBW2.例答图甲例答图乙(解二)如图乙拉力对绳所做功与绳对环所做功相同由于拉力大小不变,可知绳对环的拉力大小不变将绳对环的拉力沿水平方向与竖直方向分解,则有,由于AB=BC
6、,可知,故W1W2.因F在竖直方向上的分力逐渐减小,虽在点处力的竖直分力大于环的重力,但在从到的过程中力在竖直方向上的分力是否小于重力及在什么位置小于重力都是未知的,故不能判定处的速度大小也即动能大小从功能的角度来看,从到与从到的过程中,重力做的负功相等,但力做的正功却是减少的,从到合力做功为正值,但不能判定从到的过程中合力做功情况,故不能判定两点处动能的大小答案只有项3.变力做功的定量计算(i)方向不变的变力做功可用其平均值计算如图,当力与物体发生的位移成线性关系时,力对位移的平均值等于此过程中力的最大值与力的最小值的算术平均值(注意力对位移的平均与力对时间的平均值间的差别)图例. 要把长为
7、的铁钉钉入木板中,每打击一次给予的能量为,已知钉子在木板中遇到的阻力与钉子进入木板的深度成正比,比例系数为k。问此钉子全部进入木板需要打击几次?【答案】设全过程共打击n次,则给予钉子的总能量:所以(ii)力的大小不变且力的方向与物体运动方向间的夹角恒定时,力做功可由求解,式中是物体通过的路程,是力与瞬时速度间的夹角例5.以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的小物体。假定物块所受的空气阻力f大小不变。已知重力加速度为g,则物体上升的最大高度和返回到原抛出点的速率分别为A、和 B、和C、和 D、和【答案】【解析】:上升的过程中由动能定理得,求返回抛出点的速度由全程使用动能定理重力做功为零,只有阻力做
8、功,且阻力始終與速度反向,故有,解得,A正确. (iii)利用力对空间变化的对称性图有些情况下,物体在变力作用下的某一运动过程中,变力随空间位置变化时具有对称性,如图,在某一点x=a的两侧的任意对称点上,若总有,即在对称点处作用力与差值相等,则在这个过程中变力的平均值等于,可用公式求解例6.如图,一“”形绝缘导轨竖直放置,处在水平向右的匀强电场中。左边的半圆弧与水平杆ab、cd相切于a、c两点,两水平杆的高度差为h,杆长为4L,O为ad、bc连线的交点,虚线MN、MN的位置如图,其中aM = MM= CN = NN=L,Mb=Nd = 2L。一质量为m,带电量为q的小球穿在杆上。虚线MN左边的
9、导轨光滑,虚线MN右边的导轨与小球之间的动摩擦因数为。已知:在O处没有固定点电荷+Q的时候,将带电小球自N点由静止释放后,小球刚好可到达a点。现在O处固定点电荷+Q,并将带电小球自d点以初速度v0向左瞬间推出。结果小球可沿杆运动到b点。(静电力恒量为k,重力加速度为g,在运动过程中+Q对-q的电场力始终小于小球的重力)求:abOcdh+QNNMMLL2Lv0例6题图(1)匀强电场的电场强度E;(2)运动过程中小球所受摩擦力的最大值fm和小球经过M 点时的加速度大小a ;(3)使小球能够运动到b点的初速度v0的最小值。【答案】(1)(2),(3)【解析】(1)从到由动能定理有: 可得(2)经分析
10、可知:小球经过M点时,球与轨道之间的弹力最大,所受的滑动摩擦力最大在M 点处由牛顿第二定律有故小球经过M点时的加速度大小为: 由动能定理知小球的初速度v0的最小值应满足:可得(iv)变力的功率恒定时可由求解(v)变力的功率也变化时可由平均功率求解当功率随时间线性变化时例7.一电动小车沿如图所示的路径运动,小车从A点由静止出发,沿粗糙的水平直轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑竖直圆形轨道,运动一周后又从B点离开圆轨道进入水平光滑轨道BC段,在C与平面D间是一蓄水池.已知小车质量m=0.1kg、L=10m、R=0.32m、h=1.25m、s=1.50m,在AB段所受阻力为0.3N.小车只在AB
11、路段可以施加牵引力,牵引力的功率为P=1.5W,其他路段电动机关闭.问:要使小车能够顺利通过圆形轨道的最高点且能落在右侧平台D上,小车电动机至少工作多长时间?(g取10m/s2)LhsABCRD例7题图【答案】2.53s【解析】设车刚好越过圆轨道最高点,设最高点速度为v2,最低点速度为v1在最高点由牛顿第二定律得 mg=由机械能守恒定律得 mv12=mv22+mg(2R)解得 v1=4m/s小车在离开C点后做平抛运动由h=gt2 得t=0.5sx=v1t=2mxs ,所以小车能够越过蓄水池小车的功率不变,根据知,随着速度v的增大,牵引力将变小,不能用求电动机所做功设电动机工作时间为t0,在AB
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 专题10 变力做功模型-高考物理模型法之过程模型法解析版2020年高考物理 专题 10 做功 模型 高考 物理 过程 解析 2020 年高
链接地址:https://www.77wenku.com/p-93860.html