高考物理一轮复习 第五章 第4单元 功能关系 能量守恒定律课件.ppt

必考部分 第五章机械能及其守恒定律 第4单元功能关系能量守恒定律 网控基础点提炼命题源 一 功能关系1 功和能 1 功是 的量度 即做了多少功 就有多少 发生了转化 2 做功的过程一定伴随有 而且 必须通过做功来实现 1 能量转化能量 2 能量的转化能量的转化 读读教材 2 力学中常用的四种功能对应关系 1 合外力做功等于物体动能的改变 即 动能定理 2 重力做功等于物体重力势能的减少 即 3 弹簧弹力做功等于弹性势能的减少 即 4 除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功 等于物体机械能的改变 即 功能原理 1 W合 Ek2 Ek1 Ek 2 WG Ep1 Ep2 Ep 3 W弹 Ep1 Ep2 Ep 4 W其他力 E2 E1 E 二 能量守恒定律1 内容能量既不会凭空产生 也不会 它只会从一种形式 为其他形式 或者从一个物体 到另一个物体 而在转化和转移的过程中 能量的总量 2 表达式 1 凭空消失转化转移保持不变2 E减 E增 1 从地面竖直上抛一个质量为m的小球 小球上升的最大高度为h 设上升和下降过程中空气阻力大小恒定为f 下列说法正确的是 A 小球上升的过程中动能减少了mghB 小球上升和下降的整个过程中机械能减少了fhC 小球上升的过程中重力势能增加了mghD 小球上升和下降的整个过程中动能减少了fh 练练基础 题组一 对功能关系的理解 解析 动能减少量等于克服合外力做的功 即 Ek mg f h 选项A D错误 机械能减少量等于克服除重力之外其他力做的功 即 E 2fh 选项B错误 上升过程中重力势能增加量等于克服重力做的功 即 Ep mgh 选项C正确 2 2015 潍坊模拟 如图所示 ABCD是一个盆式容器 盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧 B C在水平线上 其距离d 0 50m 盆边缘的高度为h 0 30m 在A处放一个质量为m的小物块并让其从静止出发下滑 已知盆内侧壁是光滑的 而盆底BC面与小物块间的动摩擦因数为 0 10 小物块在盆内来回滑动 最后停下来 则停下的位置到B的距离为 A 0 50mB 0 25mC 0 10mD 0 3 上端固定的一根细线下面悬挂一摆球 摆球在空气中摆动 摆动的幅度越来越小 对此现象下列说法正确的是 A 摆球机械能守恒B 总能量守恒 摆球的机械能正在减少 减少的机械能转化为内能C 能量正在消失D 只有动能和重力势能的相互转化 题组二 对能量守恒定律的理解 4 多选 如图所示 楔形木块abc固定在水平面上 粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同 顶角b处安装一定滑轮 质量分别为M m M m 的滑块 通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接 轻绳与斜面平行 两滑块由静止释放后 沿斜面做匀加速运动 若不计滑轮的质量和摩擦 在两滑块沿斜面运动的过程中 A 两滑块组成系统的机械能守恒B 重力对M做的功等于M动能的增加C 轻绳对m做的功等于m机械能的增加D 两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功 解析 因为M克服摩擦力做功 所以系统机械能不守恒 A错误 由功能关系知系统减少的机械能等于M克服摩擦力做的功 D正确 对M 除重力外还有摩擦力和轻绳拉力对其做功 由动能定理知B错误 对m 有拉力和重力对其做功 由功能关系知C正确 1 功 不是 能 功和能的单位虽然相同 都是焦耳 但属于两个完全不同的概念 既不能说功就是能 也不能说 功变成了能 2 机械能守恒定律反映的是一个系统中只有重力和弹力做功 系统内物体的重力势能 弹性势能和动能可以相互转化 但总机械能不变 3 能量守恒定律反映的是一个系统除了机械能以外还有其他形式的能量参与转化 总能量不变 4 机械能守恒定律的适用是有条件的 能量守恒定律的适用无条件 小思考微总结 研细核心点练透经典题 1 对功能关系的进一步理解 1 做功的过程是能量转化的过程 不同形式的能量发生相互转化是通过做功来实现的 2 功是能量转化的量度 功和能的关系 一是体现在不同的力做功 对应不同形式的能转化 具有一一对应关系 二是做功的多少与能量转化的多少在数量上相等 考点一功能关系的应用 2 应用功能关系需注意的三个问题 1 功 能 分清是什么力做功 并且分析该力做正功还是做负功 根据功 能之间的对应关系 判定能的转化形式 确定能量之间的转化情况 2 能 功 根据能量之间的转化情况 确定是什么力做功 尤其可以方便计算变力做功的多少 3 功能关系的实质 功能关系反映了做功和能量转化之间的对应关系 功是能量转化的量度和原因 能量转化是做功过程的必然结果 试题调研 解题探究 1 物体沿斜面上升过程中 是否存在滑动摩擦力 若存在 摩擦力大小为多少 2 如何计算动能变化 如何计算机械能损失 提示 合力做功量度动能变化 除重力之外的其他力做功量度机械能变化 答案 BD 对各种功能关系熟记于心 在力学范围中 应牢固掌握以下五条功能关系 1 重力做的功等于重力势能的变化 弹力做的功等于弹性势能的变化 2 合外力做的功等于动能的变化 3 除重力 弹力外 其他力做的功等于机械能的变化 4 重力之外 除弹簧弹力 的其他力做的功等于机械能的变化 即W其他 E 5 滑动摩擦力做功等于系统中内能的变化 即Q Fl相对 运用功能关系解题时 应弄清楚重力做什么功 合外力做什么功 除重力 弹力外的其他力做什么功 从而判断重力势能或弹性势能 动能 机械能的变化 名师归纳点题破疑 类题练熟 1 2 多选 将一质量为m的物体用一轻绳悬吊 使物体由静止开始沿竖直方向运动 物体的机械能随位移的变化规律如图所示 其中只有x1 x2部分为直线 其余部分均为曲线 假设空气的阻力不计 则下列叙述正确的是 A x1 x2物体的重力势能可能增加B x1 x2物体的动能可能保持不变C x1 x2物体的加速度的大小可能发生变化D 0 x2物体的动能可能一直增大 1 对能量守恒定律的理解 1 某种形式的能量减少 一定有另外形式的能量增加 且减少量和增加量相等 2 某个物体的能量减少 一定有别的物体的能量增加 且减少量和增加量相等 考点二能量守恒定律的应用 2 运用能量守恒定律解题的基本思路 试题调研 1 物体A向下运动刚到C点时的速度 2 弹簧的最大压缩量 3 弹簧中的最大弹性势能 解题指导 1 系统从开始到C点的过程中 由于摩擦力做负功 机械能减少 2 物体A压缩弹簧到最低点又恰好弹回C点 系统势能不变 动能全部克服摩擦力做功 3 物体A在压缩弹簧过程中 系统重力势能不变 动能一部分克服摩擦力做功 一部分转化为弹性势能 答案 1 2m s 2 0 4m 3 6J 涉及能量转化问题的解题方法 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减和增加的能量总和 E增 最后由 E减 E增列式求解 名师归纳点题破疑 2 1 2015 廊坊模拟 如图所示 光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相切 半圆形导轨的半径为R 一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放 在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧 当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍 之后向上运动恰能到达最高点C 不计空气阻力 试求 类题练熟 1 物体在A点时弹簧的弹性势能 2 物体从B点运动至C点的过程中产生的内能 1 对摩擦生热的理解 1 从功的角度看 一对滑动摩擦力对系统做的功等于系统内能的增加量 2 从能量的角度看 是其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量 考点三摩擦力做功及摩擦生热问题 2 两种摩擦力做功情况比较 调研3 2015 福建泉州七中月考 将三个木板1 2 3固定在墙角 木板与墙壁和地面构成了三个不同的三角形 如图所示 其中1与2底边相同 2和3高度相同 现将一个可以视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放 并沿斜面下滑到底端 物块与木板之间的动摩擦因数 均相同 在这三个过程中 下列说法正确的是 试题调研 沿着1和2下滑到底端时 物块的速度不同 沿着2和3下滑到底端时 物块的速度相同 沿着1下滑到底端时 物块的速度最大 物块沿着2下滑到底端的过程中 产生的热量最多 物块沿着1和2下滑到底端的过程中 产生的热量是一样多的A B C D 解题探究 1 沿斜面1和2下滑时 摩擦力相同吗 摩擦力做功相同吗 2 沿斜面2和3下滑时 摩擦力做功相同吗 落地时动能相同吗 提示 摩擦力做功不同 落地时动能也不同 答案 B 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 做好受力情况分析 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Q Ff l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 名师归纳点题破疑 3 1 2015 安徽省六校素质测试 如图甲 长木板A放在光滑的水平面上 质量为m 2kg的另一物体B以水平速度v0 2m s滑上原来静止的长木板A的表面 由于A B间存在摩擦 之后A B速度随时间变化情况如图乙所示 则下列说法错误的是 A 木板获得的动能为2JB 系统损失的机械能为2JC 木板A的最小长度为1mD A B间的动摩擦因数为0 1 传送带模型中的功能关系 名师点睛 1 模型概述传送带模型是高中物理中比较成熟的模型 典型的有水平和倾斜两种情况 一般设问的角度有两个 1 动力学角度 首先要正确分析物体的运动过程 做好受力情况分析 然后利用运动学公式结合牛顿第二定律 求物体及传送带在相应时间内的位移 找出物体和传送带之间的位移关系 2 能量角度 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 常依据功能关系或能量守恒定律求解 2 传送带模型问题中的功能关系分析 1 功能关系分析 WF Ek Ep Q 2 对WF和Q的理解 传送带的功 WF Fx传 产生的内能Q Ffx相对 经典范例 如图所示 绷紧的传送带与水平面的夹角 30 皮带在电动机的带动下 始终保持v0 2m s的速率运行 现把一质量为m 10kg的工件 可看做质点 轻轻放在皮带的底端 经过时间1 9s 工件被传送到h 1 5m的高处 取g 10m s2 求 1 工件与传送带间的动摩擦因数 2 电动机由于传送工件多消耗的电能 1 水平传送带 共速后不受摩擦力 不再有能量转化 倾斜传送带 共速后仍有静摩擦力 仍有能量转移 2 滑动摩擦力做功 其他形式的能量转化为内能 静摩擦力做功 不产生内能 多维思考技法提炼 针对训练 工厂流水线上采用弹射装置把物品转运 现简化其模型分析 如图所示 质量为m的滑块 放在光滑的水平平台上 平台右端B与水平传送带相接 传送带的运行速度为v0 长为L 现将滑块向左压缩固定在平台上的轻弹簧 到达某处时 仍处于弹簧弹性限度内 由静止释放 若滑块离开弹簧时的速度小于传送带的速度 当滑块滑到传送带右端C时 恰好与传送带速度相同 滑块与传送带间的动摩擦因数为 求 1 释放滑块时 弹簧具有的弹性势能 2 滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量