【高中物理课件】高考总复习课件-力学问题课件

高考物理总复习-力学问题专题力学是高中物理的核心内容，也是高考的重点考查领域本专题课程将系统梳理力学知识体系，深入解析高频考点及解题技巧，通过典型例题分析和专项训练，帮助同学们全面掌握力学知识，提高解题能力和应试技巧课程目标1掌握力学基本概念与规律深入理解位移、速度、加速度、力、功、能、动量等基本物理量的定义及其相互关系，熟练掌握牛顿运动定律、功能定理、动量定理等核心规律的表达式和适用条件2熟练应用力学三大观点分析问题掌握从力的角度、能量角度、动量角度分析物理问题的方法，能够根据题目特点选择最合适的分析方法，形成系统的解题思维框架3提高解题能力与应试技巧通过大量典型例题的训练，培养快速准确的解题能力，掌握各类题型的解题技巧和注意事项，提高考试成绩强化实验分析与误差处理能力力学知识体系总览运动学动力学描述物体运动状态分析物体运动原因••位移、速度、加速度牛顿三大定律•运动图像分析•受力分析方法•匀变速直线运动规律•共点力平衡动量观点能量观点从动量角度分析物体运动从能量角度分析物体运动•动量和冲量•功和功率••动量定理动能和势能•动量守恒定律•机械能守恒定律第一部分运动学基础运动描述的基本物理量参考系与相对性常见运动类型分析运动学研究物体运动的规律，不涉及运任何运动都是相对的，选择不同的参考匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛动的原因学习运动学需要掌握描述运系会得到不同的运动描述在解决实际运动、圆周运动等是高中阶段的重点运动的基本物理量位移、速度和加速问题时，合理选择参考系可以大大简化动类型每种运动都有其特定的规律和度这些物理量之间存在着密切的联问题的分析过程，这是运动学分析的重分析方法，需要熟练掌握系，构成了分析运动问题的基础要技巧运动学基本物理量位移与路程的区别速度概念辨析位移是矢量，表示物体位置的平均速度等于位移除以时间，变化，大小等于初末位置间的方向与位移方向相同瞬时速直线距离路程是标量，表示度是物体在某一时刻的速度，物体运动轨迹的总长度在直表示运动的快慢和方向平均线运动中，当物体始终向一个速率等于路程除以时间，只有方向运动时，位移的大小等于大小没有方向路程加速度深度理解加速度描述速度变化的快慢，是矢量平均加速度等于速度变化量除以时间间隔瞬时加速度是物体在某一时刻的加速度加速度的方向与速度变化量的方向相同匀变速直线运动规律速度与时间关系位移与时间关系速度与位移关系₀₀₀v=v+at表示在匀变速直x=v t+½at²描述了位移v²=v²+2ax建立了速度线运动中，任意时刻的随时间的变化规律这与位移的直接关系，当速度等于初速度加上加个方程可以用来计算任不涉及时间时使用这个速度与时间的乘积这意时刻物体的位移，是公式最为方便该公式是最基本的运动学方解决匀变速直线运动问在解决末速度、加速度程，适用于所有匀变速题的重要工具或位移等问题时特别有直线运动用平均速度计算在匀变速直线运动中，₀平均速度v̄=v+v/2，也等于中间时刻的瞬时速度这个关系在解决某些特殊问题时能够简化计算过程匀变速直线运动图像分析v-t图像斜率分析在v-t图像中，直线的斜率表示加速度的大小斜率为正表示加速度方向与规定正方向相同，斜率为负表示加速度方向与规定正方向相反斜率越大，加速度越大v-t图像面积含义v-t图像与时间轴围成的面积表示物体在该时间间隔内的位移面积在时间轴上方表示正位移，面积在时间轴下方表示负位移总位移等于各部分面积的代数和x-t图像斜率意义在x-t图像中，曲线上任意一点的切线斜率表示该时刻的瞬时速度对于直线，斜率为常数，表示匀速运动对于曲线，斜率随时间变化，表示变速运动a-t图像应用a-t图像直观地显示了加速度随时间的变化规律图像与时间轴围成的面积表示速度的变化量这种图像在分析复杂运动时特别有用常见运动类型分析斜抛运动分析平抛运动规律斜抛运动是更一般的抛体运动，需竖直上抛运动特点平抛运动是水平方向的匀速运动和要将初速度分解为水平和竖直两个自由落体运动分析竖直上抛运动可以看作初速度向竖直方向的自由落体运动的合成分量，然后分别应用运动学规律₀自由落体运动是初速度为零、加速上、加速度为-g的匀变速直线运水平位移x=v t，竖直位移最大射程对应45°抛射角，最大高度度为g的匀加速直线运动运动方程动运动具有对称性上升时间等y=½gt²，轨迹方程为抛物线，落地对应90°抛射角为h=½gt²，v=gt，v²=2gh这种运于下降时间，抛出点的速度等于返时间只与高度有关动在实际问题中应用广泛，是其他回抛出点时速度的大小复杂运动分析的基础平抛运动专题水平方向运动₀₀x=v t表示水平方向的匀速直线运动，初速度v保持不变水平方向不受外力作用，因此水平速度分量始终等于初速度竖直方向运动y=½gt²表示竖直方向的自由落体运动，初速度为零竖直方向只受重力作用，加速度恒为g，方向向下速度合成规律₀任意时刻的合速度v=√v²+gt²，方向与水平方向的夹角₀tanθ=gt/v合速度的大小随时间增加，方向逐渐偏向竖直方向落地条件计算落地时间t=√2h/g只与抛出高度有关，与初速度无关落地距离₀x=v√2h/g，与初速度和高度都有关这是平抛运动的重要结论相对运动分析相对速度计算vAB=vA-vB是相对速度的基本公式追及与相遇问题分析两物体相对运动状态实际应用分析船渡河、飞机飞行等问题相对运动是运动学中的重要概念，在解决追及、相遇、渡河等问题时必须掌握关键是选择合适的参考系，将复杂的绝对运动转化为简单的相对运动相对速度的方向判断和大小计算是解题的核心技能第二部分牛顿运动定律牛顿三大定律经典力学的基础理论体系力学分析基本方法受力分析与运动分析相结合共点力平衡条件静力学问题的解题基础牛顿运动定律是动力学的核心内容，建立了力与运动的定量关系第一定律揭示了惯性的本质，第二定律给出了力与加速度的关系，第三定律阐述了力的相互作用特点掌握这三个定律是解决所有力学问题的基础牛顿第一定律惯性的本质惯性参考系物体保持原有运动状态的性质质量是牛顿第一定律成立的参考系称为惯性参惯性大小的唯一量度，质量越大惯性越考系地面参考系在处理一般力学问题大惯性是物体的固有属性，与运动状时可近似看作惯性参考系态无关应用实例质量与惯性安全带的保护作用、急刹车时人向前质量是物体惯性大小的度量，也是物体倾、锤子松动用撞击法等都是惯性的表所含物质多少的量度在经典力学范围现正确理解惯性有助于解释日常现内，质量是不变的标量象牛顿第二定律F=ma3基本表达式矢量特性力等于质量乘以加速度，这是力学中最力、质量、加速度三个物理量的矢量关重要的公式之一系分析1瞬时关系力与加速度具有瞬时对应关系，力变化加速度立即变化牛顿第二定律是动力学的核心，建立了力与运动的定量关系合外力决定加速度的大小和方向，这种关系是瞬时的在解题时要注意力的矢量性，正确建立坐标系，合理分解力和加速度变质量问题需要用微分形式F=dp/dt来处理常见力的分析力学中的基本力包括重力、弹力、摩擦力等重力G=mg始终竖直向下，是万有引力在地球表面的表现弹力遵循胡克定律F=kx，方向沿弹性体形变的反方向摩擦力f=μN，方向与相对运动或相对运动趋势方向相反正确分析各种力的特点是解决力学问题的基础力的分解与合成共点力的合成方法力的正交分解技巧多个共点力的合成遵循平行四将力分解为相互垂直的两个分边形法则或三角形法则合力力，通常选择沿加速度方向和的大小和方向可以通过几何方垂直于加速度方向建立坐标法或正交分解法求得当力的系这样可以简化计算，使问数目较多时，正交分解法更为题的物理意义更加清晰简便斜面上物体的受力分析斜面问题是力的分解的典型应用通常将重力分解为沿斜面向下的分力mg sinθ和垂直斜面向下的分力mg cosθ，然后分别分析沿斜面方向和垂直斜面方向的受力情况力学问题解题步骤分析物体受力情况首先明确研究对象，然后分析物体受到哪些力的作用画出准确的受力示意图，标明各力的大小、方向和作用点受力分析是解题的关键步骤，必须做到不漏力、不添力建立坐标系根据问题的特点选择合适的坐标系一般选择沿加速度方向为x轴正方向，垂直于加速度方向为y轴正方向这样可以使问题的分析更加简便列方程根据牛顿第二定律，在x方向和y方向分别列出力的平衡方程或运动方程注意力和加速度的正负号要与坐标系的选择保持一致求解方程根据列出的方程组求解未知量在求解过程中要注意单位的统一，最后检查结果的合理性，包括数值大小和物理意义是否符合实际情况牛顿第三定律大小相等方向相反同时存在作用力与反作用力的大小作用力与反作用力的方向作用力与反作用力同时产始终相等，无论物体的运始终相反，它们沿着同一生、同时变化、同时消失，动状态如何变化，这个关直线但指向相反的方向它们是同一相互作用的两系都成立个方面作用在不同物体上作用力与反作用力分别作用在相互作用的两个物体上，因此它们不能相互抵消，不能合成牛顿第三定律揭示了力的相互作用本质，任何力都不能单独存在正确理解作用力与反作用力的关系，有助于准确分析物体间的相互作用，避免将它们与平衡力混淆共点力平衡条件平衡状态静止或匀速直线运加速度为零动平衡条件合外力为零ΣF=0分量形式ΣFx=0，ΣFy=0各方向分力和为零解题方法正交分解法建立坐标系分解共点力平衡是静力学的基础，当物体处于静止或匀速直线运动状态时，作用在物体上的所有力的合力为零解决平衡问题的关键是正确分析受力，合理选择坐标系，然后在各个方向上分别列出力的平衡方程连接体问题分析隔离法分析整体法分析将连接体中的各个物体分别隔离出来，分析每个物体的受力情将连接体作为一个整体来分析，只考虑外力的作用，忽略内部况和运动状态这种方法适用于求解连接体内部相互作用力，相互作用力这种方法适用于求解连接体的共同加速度，可以能够清楚地显示各个物体之间的相互作用关系避免复杂的内力分析，简化计算过程隔离法的关键是正确识别各物体间的相互作用力，注意这些力整体法的优点是避免了复杂的内力计算，但无法直接求出内力满足牛顿第三定律在分析过程中要保证各物体加速度之间的大小在实际应用中，常常将整体法和隔离法结合使用，先用约束关系得到满足整体法求加速度，再用隔离法求内力第三部分功和能功的定义与计算W=F•s•cosα，力在位移方向的分量与位移的乘积功率的概念P=W/t或P=F•v，描述做功快慢的物理量机械能及其转化动能和势能的相互转化规律能量守恒定律能量既不能创造也不能消灭，只能转化功和能是力学中的重要概念，功是能量转化的量度通过功的概念，我们可以从能量角度分析物体的运动，这种方法在处理复杂运动问题时往往比直接应用牛顿定律更加简便有效功的计算图像法计算功功的正负判断在F-s图像中，图线与坐标轴围成变力做功处理功的正负取决于力与位移的夹角的面积表示力做的功面积在s轴恒力做功计算当力的大小或方向发生变化时，需动力做正功，阻力做负功正功表上方表示正功，面积在s轴下方表当力的大小和方向都不变时，功要用微元法处理W=∫F•ds在示力对物体输入能量，负功表示力示负功这种方法在处理变力做功W=F•s•cosα，其中α是力与位移高中阶段，主要通过F-s图像下的从物体吸收能量功的代数和等于问题时特别有用的夹角当α90°时功为正，当面积来计算变力做功，或者将变力合外力做的功α90°时功为负，当α=90°时功为转化为恒力来处理零这是功计算的基本公式功率与效率平均功率计算瞬时功率概念平均功率P=W/t表示在时间t内瞬时功率P=F•v表示某一时做功的平均快慢这个公式适刻做功的快慢，其中F是该时用于任何情况，无论力是否恒刻的牵引力，v是该时刻的速定在实际问题中，平均功率度当力与速度方向不同时，常用来描述机器设备的总体性应该用力在速度方向的分量来能计算机械效率定义机械效率η=W有用/W总=P有用/P总，表示机械装置传递能量的效率由于摩擦等因素的存在，机械效率总是小于1提高机械效率是工程技术的重要目标动能与动能定理重力势能与弹性势能1重力势能Ep=mgh表示物体由于被举高而具有的能量重力势能具有相对性，需要选择零势能面重力做正功时重力势能减少，重力做负功时重力势能增加弹性势能Ep=½kx²表示弹性体由于发生弹性形变而具有的能量弹性势能总是正值，当弹簧处于自然长度时弹性势能为零弹性势能只与形变量有关，与形变方向无关势能零点选取势能零点的选择是人为的，不同的选择不影响势能变化量的计算通常选择地面或弹簧自然长度位置作为势能零点，这样可以简化计算过程势能变化量计算势能变化量ΔEp=Ep2-Ep1与零势能面的选择无关重力势能变化量等于重力做功的负值ΔEp=-WG这个关系在解题中经常使用机械能守恒定律机械能定义保守力特点机械能E=Ek+Ep是动能与势能的总和重力和弹力是保守力，它们做功只与初在只有重力或弹力做功的情况下，物体末位置有关，与路径无关保守力做功的机械能保持不变，这就是机械能守恒等于对应势能减少量，这是机械能守恒定律的前提条件守恒条件非保守力影响机械能守恒的条件是只有保守力做功，摩擦力、空气阻力等是非保守力，它们或者非保守力做功代数和为零在实际做功与路径有关当非保守力做功时，3问题中，要仔细分析各种力的做功情机械能不守恒，系统的机械能发生变况，判断是否满足守恒条件化机械能守恒应用自由落体与竖直抛体单摆运动弹簧振子在自由落体和竖直抛体运动理想单摆运动中，只有重力水平弹簧振子运动中，只有中，只有重力做功，机械能做功，机械能守恒摆球在弹力做功，机械能守恒振守恒最低点动能最大势能最小，子在平衡位置时动能最大弹mgh1+½mv1²=mgh2+½mv2在最高点动能最小势能最大性势能为零，在最大位移处²可以用来求解物体在任意可以计算摆球通过最低点时动能为零弹性势能最大高度的速度的速度综合应用实例过山车、滑轨等问题中，通常忽略摩擦力，应用机械能守恒定律这类问题的关键是正确选择研究的两个状态，合理设定重力势能零点功能关系综合应用能量图像分析临界状态问题能量-位置图像可以直观地显示系统的能量变化规律动能、临界状态是指系统从一种运动状态过渡到另一种运动状态的边势能、机械能随位置的变化关系包含丰富的物理信息通过图界状态在临界状态下，某些物理量达到极值，如速度为零、像可以判断运动的性质、找出平衡位置、确定运动范围接触力为零等在分析能量图像时，要注意各种能量之间的相互转化关系，理解决临界问题的关键是找出临界条件，然后结合能量守恒或动解图像斜率、交点、极值等的物理意义能定理建立方程这类问题常出现在绳子断裂、物体分离等情况中第四部分动量与碰撞动量的定义与特点动量p=mv是描述物体运动状态的重要物理量，是矢量动量定理及应用冲量等于动量变化量，I=Δp=F•Δt动量守恒定律系统合外力为零时，总动量保持不变碰撞分析弹性碰撞、非弹性碰撞的特点和分析方法动量与冲量动量定义及特点冲量的物理意义动量p=mv是物体质量与速度的乘冲量I=F•t表示力在时间上的累积效积，是矢量动量的方向与速度方应冲量也是矢量，方向与力的方向相同动量反映了物体运动的强向相同当力为变力时，冲量等于F-弱程度，质量大、速度大的物体动t图像下的面积量就大冲量描述了力对时间的积累作用，动量具有相对性，不同参考系中同它是改变物体动量的原因相同的一物体的动量不同在处理碰撞、冲量可以由大力短时间产生，也可爆炸等问题时，动量是比速度更为以由小力长时间产生基本的物理量动量定理表述物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化量I=Δp=p2-p1这个定理建立了冲量与动量变化的定量关系，是解决冲击、碰撞问题的重要工具动量定理既适用于恒力，也适用于变力；既适用于直线运动，也适用于曲线运动在分析问题时，要注意矢量的方向性动量定理应用瞬时力问题解析当物体受到很大的力作用很短时间时，如撞击、爆炸等，可以忽略其他力的作用，只考虑瞬时力的冲量通过动量定理可以求出平均冲击力的大小变质量问题处理对于火箭发射、传送带上的沙子等变质量问题，需要用动量定理的微分形式来处理关键是正确选择研究对象和时间间隔火箭推进原理火箭通过向后喷射燃气获得向前的推力根据动量定理，燃气获得向后的动量，火箭获得向前的动量这体现了动量守恒和作用反作用的关系4典型例题分析如人从高处跳下着地时弯腿缓冲，延长作用时间减小冲击力；安全气囊延长碰撞时间保护人员安全等，都是动量定理的实际应用动量守恒定律守恒条件系统合外力为零时动量守恒内力不改变总动量系统内部相互作用力的合冲量为零爆炸与碰撞问题典型的动量守恒应用场景二维动量守恒4在x、y方向分别列守恒方程动量守恒定律是自然界最基本的守恒定律之一，适用范围比牛顿定律更广即使在相对论和量子力学中，动量守恒定律依然成立在处理多体相互作用问题时，动量守恒定律往往比牛顿定律更简便有效碰撞类型与分析碰撞类型动量守恒动能变化分离条件弹性碰撞守恒守恒v1≠v2非弹性碰撞守恒损失v1≠v2完全非弹性守恒损失最大v1=v2碰撞过程中动量总是守恒的，但动能不一定守恒弹性碰撞中动能守恒，物体碰撞后分开运动非弹性碰撞中部分动能转化为内能，完全非弹性碰撞后物体粘连在一起运动碰撞系数e定义为分离速度与接近速度的比值第五部分圆周运动圆周运动的描述1角速度、线速度、周期等物理量向心力与向心加速度2指向圆心的力和加速度离心现象3向心力不足时的运动趋势圆周运动是常见的曲线运动，其特点是速度方向不断改变掌握圆周运动的规律对理解更复杂的曲线运动具有重要意义向心力的来源分析是解决圆周运动问题的关键，要根据具体情况确定哪些力提供向心力圆周运动的描述角速度线速度向心加速度ω=2π/T=θ/t表示物体转v=ωr表示物体运动的快an=v²/r=ω²r表示速度方动的快慢，单位是弧度每慢，方向沿圆周切线同向改变的快慢，方向指向秒角速度是矢量，方向一刚体上各点的角速度相圆心向心加速度只改变垂直于转动平面，遵循右同，但线速度与半径成正速度方向，不改变速度大手定则比小周期与频率周期T=2π/ω是转动一周所用的时间，频率f=1/T是单位时间内转动的圈数它们描述了圆周运动的时间特征向心力分析向心力的本质向心力不是一种特殊的力，而是效果力，即各种力沿半径方向指向圆心的合力向心力只改变速度方向，不改变速度大小，因此向心力不做功向心力的来源向心力可以由重力、弹力、摩擦力、电磁力等提供，也可以由几种力的合力提供分析向心力来源是解决圆周运动问题的关键步骤向心力大小计算F向=man=mv²/r=mω²r这个公式给出了向心力与质量、速度、半径之间的定量关系，是分析圆周运动的基本公式临界状态判断当提供向心力的力达到最大值或最小值时，物体处于临界状态如绳子恰好松弛、物体恰好离开轨道等，都是典型的临界状态水平圆周运动分析汽车转弯问题圆锥摆运动汽车在水平路面上转弯时，静摩擦力提供向心力最大静摩擦圆锥摆是典型的水平圆周运动模型小球在水平面内做匀速圆力决定了汽车安全转弯的最大速度vmax=√μgr超过这个周运动，绳子拉力在竖直方向的分力平衡重力，在水平方向的速度，汽车将发生侧滑分力提供向心力在实际道路设计中，弯道通常设计成外高内低的倾斜路面，利通过几何关系和力的分析，可以得出圆锥摆的周期公式用重力和支持力的合力提供部分向心力，减小对摩擦力的依T=2π√L cosθ/g，其中L是绳长，θ是绳子与竖直方向的夹赖角竖直圆周运动分析最高点受力分析最低点受力分析在最高点，重力和轨道对物体的作用力在最低点，轨道对物体的支持力向上，都指向圆心，共同提供向心力临界条重力向下，支持力与重力的合力提供向件是轨道对物体的作用力为零，此时心力此时F支持-mg=mv²/r，支持力mg=mv²/r，得到最小速度v=√gr大于重力临界速度计算能量分析方法要使物体能够完成完整的竖直圆周运结合机械能守恒定律分析竖直圆周运动，在最低点的初始速度必须满足一定动从最低点到最高点，动能转化为重条件通过最高点的临界条件和能量守力势能，速度减小通过能量守恒可以恒，可以求出最低点的最小速度建立各点速度的关系。