物理专题五 机械能 第4讲 功能关系 能量转化与守恒定律

第4讲 功能关系能量转化与守恒定律一、功和能的关系1内容(1)功是 _ 的量度 ， 即做了多少功就有多 少_发生了转化能量转化能量(2) 做 功 的 过 程 一 定 伴 随 着 _ ， 而 且_必须通过做功来实现能量的转化能量的转化2做功对应变化的能量形式动能(1)合外力的功影响物体的_的变化(2)重力的功影响物体_的变化(3)弹簧弹力的功影响_的变化重力势能弹性势能(4)除重力或系统内弹力以外的力做功影响物体_的变化机械能系统内能电势能(5)滑动摩擦力的功影响_的变化(6)电场力的功影响_的变化(7)分子力的功影响_的变化分子势能【基础检测】1自然现象中蕴藏着许多物理知识，如图 5-4-1 所示为一)个盛水袋，某人从侧面缓慢推袋壁使它变形，则水的势能(图 5-4-1A增大B变小C不变D不能确定答案：A二、能量转化与守恒定律1内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体_到另一个物体，而在转化或转移的过程中，能量的总量保持_转移不变2能量转化与守恒的两种表述(1)某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量等于增加量(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量等于增加量相互转化3对能量转化与守恒的理解：每一种运动形式都对应一种能量形式，通过力做功，不同形式的能可以_【基础检测】2足够长的传送带以速度 v 匀速传动，一质量为 m 的小物体 A 由静止轻放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为，如图 5-4-2 所示，当物体与传送带相对静止时，转化为内能的能量为()图 5-4-2考点1功能关系的理解及应用 重点归纳几种常见的功能关系及其表达式（续表）各种力做功对应能的变化定量的关系只有重力、弹簧弹力的功不引起机械能变化机械能守恒E0非重力和弹力的功机械能变化除重力和弹力之外的其他力做正功，物体的机械能增加，做负功，机械能减少，且W其他E电场力的功电势能变化电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加，且W电Ep滑动摩擦力的功内能变化滑动摩擦力做功引起系统内能增加E内Ff l相对【考题题组】1如图 5-4-3 所示，木板质量为 M，长度为 L，小木块质量为 m，水平地面光滑，一根不计质量的轻绳通过定滑轮分别与 M 和 m 连接，小木块与木板间的动摩擦因数为.开始时木块静止在木板左端，现用水平向右的拉力 F 将 m 拉至右端，则拉)力 F 做功至少为(图 5-4-3答案：B2(多选)如图 5-4-4 所示，在倾角为的固定光滑斜面上有两个用轻弹簧相连接的物块 A、B，它们的质量分别为 m1、m2，弹簧劲度系数为 k，C 为一固定挡板，系统处于静止状态现用一平行于斜面向上的恒力 F 拉物块 A 使之向上运动，当物块 B)刚要离开挡板 C 时，物块 A 运动的距离为 d，速度为 v，则(图 5-4-4项目静摩擦力滑动摩擦力不同点能量的转化方面只有能量的转移，没有能量的转化既有能量的转移，又有能量的转化一对摩擦力的总功方面一对静摩擦力所做功的代数和等于零一对滑动摩擦力所做功的代数和为负值，总功 WFfl 相对，即摩擦时产生的热量相同点正功、负功、不做功方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功静摩擦力做正功时，它的反作用力一定做负功滑动摩擦力做负功时，它的反作用力可能做正功，可能做负功，还可能不做功；但滑动摩擦力做正功或不做功时，它的反作用力一定做负功考点2 摩擦力做功与能量的关系 重点归纳1两种摩擦力做功的比较2.求解相对滑动物体的能量问题的方法(1)正确分析物体的运动过程，做好受力分析(2)利用运动学公式，结合牛顿第二定律分析物体的速度关系及位移关系(3)公式WFfl 相对中 l 相对为两接触物体间的相对位移，若物体在传送带上做往复运动时，则 l 相对为总的相对路程【考题题组】3如图 5-4-5 所示，质量为 M、长度为 L 的小车静止在光滑的水平面上，质量为 m 的小物块放在小车的最左端，现用一水平力 F 作用在小物块上，小物块与小车之间的摩擦力为 Ff，经过一段时间小车运动的位移为 x，小物块刚好滑到小车的右端，则下列说法正确的是()图 5-4-5A此时小物块的动能为 F(xL)B此时小车的动能为 Ff xC这一过程中，小物块和小车增加的机械能为 FxFf LD这一过程中，因摩擦而产生的热量为 Ff (Lx)答案：B4(2016 年新课标卷)轻质弹簧原长为 2l，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为 5m 的物体由静止释放，当弹簧被压缩到最短时，弹簧长度为 l.现将该弹簧水平放置，一端固定在 A 点，另一端与物块 P 接触但不连接AB 是长度为5l 的水平轨道，B 端与半径为 l 的光滑半圆轨道 BCD 相切，半圆的直径 BD 竖直，如图 5-4-6 所示物块 P 与 AB 间的动摩擦因数0.5.用外力推动物块 P，将弹簧压缩至长度 l，然后放开P 开始沿轨道运动，重力加速度大小为 g.(1)若 P 的质量为 m，求 P 到达 B 点时速度的大小，以及它离开圆轨道后落回到 AB 上的位置与 B 点之间的距离(2)若 P 能滑上圆轨道，且仍能沿圆轨道滑下，求 P 的质量的取值范围图 5-4-6解：(1)依题意，当弹簧竖直放置，长度被压缩至 l 时，质量为 5m 的物体的动能为零，其重力势能转化为弹簧的弹性势能由机械能守恒定律知，弹簧长度为 l 时的弹性势能为考点3能量守恒定律的理解及应用 重点归纳1对能量守恒定律的两点理解(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等2能量转化问题的解题思路(1)当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律(2)解题时，首先确定初末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和E减与增加的能量总和E增，最后由E减E增列式求解3涉及弹簧的能量问题两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的过程，具有以下特点：(1)能量转化方面，如果只有重力和系统内弹簧弹力做功，系统机械能守恒(2)如果系统内每个物体除弹簧弹力外所受合力为零，则当弹簧伸长或压缩到最大程度时两物体速度相同【考题题组】5(多选)如图 5-4-7 所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块相连，弹簧处于自然长度时物块位于 O 点(图中未标出)物块的质量为 m，ABa，物块与桌面间的动摩擦因数为，现用水平向右的力将物块从 O 点拉至 A 点，拉力做的功为 W.撤去拉力后物块由静止向左运动，经 O 点到达 B)点时速度为零，重力加速度为 g.则上述过程中(图 5-4-76如图 5-4-8 甲所示，在倾角为 37足够长的粗糙斜面底端，一质量 m1 kg 的滑块压缩着一轻弹簧且锁定，但它们并不相连，滑块可视为质点t0 时解除锁定，计算机通过传感器描绘出滑块的 v-t 图象如图乙所示，其中 Oab 段为曲线，bc段为直线，在 t10.1 s 时滑块已上滑 s0.2 m 的距离(g 取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：(1)滑块离开弹簧后在图中 bc 段对应的加速度 a 及动摩擦因数的大小(2)t20.3 s 和 t30.4 s 时滑块的速度 v1、v2 的大小(3)弹簧锁定时具有的弹性势能 Ep.甲乙图 5-4-8模型用功能关系分析传送带模型传送带模型是高中物理中比较典型的模型，有水平和倾斜两种情况一般设问的角度有两个：一是动力学角度，求物体在传送带上运动的时间、物体在传送带上能达到的速度、物体相对传送带滑过的位移等，运用牛顿第二定律结合运动学规律求解；二是能量的角度，求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等解决传送带系统能量转化问题的方法是：明确传送带和物体的运动情况求出物体在传送带上的相对位移，进而求出摩擦力对系统所做的总功明确能量分配关系，由能量守恒定律建立方程求解1物体与传送带相对滑动时摩擦力的总功(1)摩擦力对系统做的总功等于摩擦力对物体和传送带做结论：滑动摩擦力对系统总是做负功，这个功的数值等于摩擦力与相对位移的积(2)摩擦力对系统做的总功的物理意义是：物体与传送带相对运动过程中系统产生的热量，即 Qfx.2传送带系统能量的分配传送带克服外力做的功 W 等于外界注入到传送带系统的能量 E，通常情况下，这部分能量一部分转化为被传送物体的机械能 E机，一部分由于相互摩擦转化为内能由能的转化和守恒定律得：EE机Q 或 WEkEpQ.(1)物体从 A 运动到 B 共需多少时间？(2)电动机因传送该物体多消耗的电能图 5-4-9备考策略：传送带模型问题的分析流程：【触类旁通】(多选)如图 5-4-10 所示，水平传送带由电动机带动，并始终保持以速度 v 匀速运动现将质量为 m 的某物块无初速地放在传送带的左端，经过时间 t 物块保持与传送带相对静止设物块与传送带间的动摩擦因数为，对于这一过程，下列说法正确的是()图 5-4-10