高考物理一轮复习第六章机械能第4讲功能关系能量守恒定律课件.ppt

第4讲功能关系能量守恒定律 知识梳理一 功能关系1 内容 1 功是 能量转化的量度 即做了多少功就有 多少能发生了转化 2 做功的过程一定伴随着 能量的转化 而且 能量的转化必通过做功来实现 2 功与对应能量的变化关系 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 或者从一个物体转移到别的物体 在转化或转移的过程中 能量的总量保持不变 二 能量守恒定律 2 表达式 E减 E增 三 传送带中的功能关系设皮带足够长 则物体从轻放上去到与皮带相对静止这个过程中 设摩擦力为f 时间为t 对物体应用动能定理 ft mv2 摩擦力对皮带做功 W fvt 则产生热量 Q fx相对 f vt t mv2 1 升降机底板上放一质量为100kg的物体 物体随升降机由静止开始竖直向上移动5m时速度达到4m s 则此过程中 g取10m s2 A 升降机对物体做功5800JB 合外力对物体做功5800JC 物体的重力势能增加500JD 物体的机械能增加800J 答案A根据动能定理得W升 mgh mv2 可解得W升 5800J A正确 合外力做的功为W合 mv2 100 42J 800J B错误 物体重力势能增加mgh 100 10 5J 5000J C错误 物体机械能增加 E Fh W升 5800J D错 A 2 一木块静止放在光滑水平面上 一颗子弹沿水平方向射入木块 若子弹进入木块的最大深度为x1 与此同时木块沿水平面移动了距离x2 设子弹在木块中受到的摩擦阻力大小不变 则在子弹进入木块的过程中 子弹损失的动能与木块获得的动能之比为 x1 x2 x2 子弹损失的动能与系统损失的动能之比为 x1 x2 x1 木块获得的动能与因系统变热损失的动能之比为x2 x1 木块获得的动能与因系统变热损失的动能之比为x1 x2A B C D A 答案A对子弹 Ff x1 x2 Ek1对木块 Ffx2 Ek2对系统 E Ffx1 Q E Ffx1所以选A 3 多选 如图所示 一个质量为m的物体 可视为质点 以某一初速度由A点冲上倾角为30 的固定斜面 其加速度大小为g 物体在斜面上运动的最高点为B B点与A点的高度差为h 则从A点到B点的过程中 下列说法正确的是 A 物体动能损失了B 物体动能损失了2mghC 物体机械能损失了mgh D 物体机械能损失了 BC 答案BC对物体应用牛顿第二定律 mgsin30 Ff ma 又a g 解得Ff mg 物体动能的损失量 Ek F合 x ma 2mgh 物体机械能的损失量等于克服阻力做的功 E Ff mgh 故选B C 4 多选 如图所示 质量m 1kg的物块 以速度v0 4m s滑上正沿逆时针方向转动的水平传送带上 传送带上A B两点间的距离L 6m 已知传送带的速度v 2m s 物块与传送带间的动摩擦因数 0 2 重力加速度g取10m s2 关于物块在传送带上的运动 下列表述正确的是 A 物块相对传送带运动的时间为4sB 物块滑离传送带时的速率为2m sC 传送带对物块做功为6JD 整个运动过程中由于摩擦产生的热量为18J BD 答案BD物块受向左的摩擦力 做减速运动 减速至速度为0时 对地位移为x m 4m L 此后物块继续受向左的摩擦力 对地向左加速至与传送带速度相同 再向左匀速运动 离开传送带 选项B正确 物块相对传送带运动的时间t t1 t2 其中t1 s 2s t2 1s t2时间内向左的位移x2 t2 1m 则t 3s 选项A错 物块受到的摩擦力方向向左 而在摩擦力作用下物块向右运动了x x2 3m 传送带对物块的摩擦力对物块做功 mg x x2 0 2 1 10 3J 6J C项错 由于摩擦产生的热量Q mg x x是相对位移 x带 v t 6m 向左 x物 x x2 3m 向右 x 9m Q 18J D项正确 深化拓展 考点一常见的功能关系 考点二能量转化和守恒观点在力学问题中的应用 考点三传送带模型的能量问题 深化拓展考点一常见的功能关系 情景素材 教师备用 考虑空气阻力而不考虑空气浮力 则在此过程中 以下说法错误的有 A 力F所做功减去克服空气阻力所做的功等于重力势能的增量B 木箱克服重力所做的功等于重力势能的增量C 力F 重力 空气阻力三者合力所做的功等于木箱动能的增量D 力F和空气阻力的合力所做的功等于木箱机械能的增量 1 1如图所示 在抗洪救灾中 一架直升机通过绳索 用恒力F竖直向上拉起一个漂在水面上的木箱 使其由水面开始加速上升到某一高度 若 A 答案A对木箱受力分析如图所示 由动能定理 WF mgh Wf Ek 故C对 由上式得 WF Wf Ek mgh 故A错 D对 由重力做功与重力势能变化关系知B对 故选A 1 2如图所示 质量为m的物体 可视为质点 以某一速度从A点冲上倾角为30 的固定斜面 其运动的加速度为g 此物体在斜面上上升的最大高度为h 则在这个过程中物体 A 重力势能增加了mghB 重力势能增加了mghC 动能损失了mghD 机械能损失了mgh B 答案B设物体受到的摩擦阻力为Ff 由牛顿第二定律得Ff mgsin30 ma mg 解得Ff mg 重力势能的变化由重力做功决定 故重力势能的增量 Ep mgh B正确 A错误 动能的变化由合外力做功决定 则动能损失了 Ff mgsin30 x mg mgh C错误 机械能的变化由重力 系统内弹力以外的其他力做功决定 本题摩擦力所做的负功即机械能的变化 mg 2h mgh 机械能损失了mgh D错 1 3 多选 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f 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 则下列说法中正确的是 A 此时物块的动能为 F x L B 此时小车的动能为 fxC 这一过程中 物块和小车增加的机械能为Fx fL D 这一过程中 因摩擦而产生的热量为fL BD 答案BD对物块分析得 F f x L Ek物 0 可知A错误 对小车分析得fx Ek车 0 可知B正确 因摩擦而产生的热量Q热 fL F做的功减去产生的热量为物块和小车增加的机械能 即 E F x L fL 故C错误 D正确 考点二能量转化和守恒观点在力学问题中的应用1 当涉及摩擦力做功 机械能不守恒时 一般用能量守恒定律 2 解题时 首先确定初末状态 然后分析状态变化过程中哪些形式的能量减少 哪些形式的能量增加 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 2 1在距地面10m高处 以10m s的初速度抛出一个质量为1kg的物体 已知初速度方向与水平方向成37 仰角 以地面为重力势能的参考平面 取g 10m s2 求 1 抛出瞬间物体的机械能是多少 2 若不计空气阻力 自抛出到最高点 重力对物体做功为多少 3 若物体落地时的速度大小为16m s 飞行过程中物体克服阻力做的功是多少 答案 1 150J 2 18J 3 22J解析 1 抛出瞬间物体的动能为 Ek1 m 1 102J 50J物体的重力势能为 Ep1 mgh1 1 10 10J 100J机械能为 E Ek1 Ep1 150J 2 物体做斜抛运动 在竖直方向为竖直上抛运动 有 v1sin37 2 2gh 得h 1 8m 重力做功WG mgh 18J 3 落地时物体的动能为Ek2 m 1 162J 128J根据能量守恒定律 克服阻力做的功等于机械能的减少量Ek1 Ep1 Ek2 22J 2 2如图所示 一物体质量m 2kg 在倾角为 37 的斜面上的A点以初速度v0 3m s下滑 A点距弹簧上端B的距离AB 4m 当物体到达B后将弹簧压缩到C点 最大压缩量BC 0 2m 然后物体又被弹簧弹上去 弹到的最高位置为D点 D点距A点距离AD 3m 挡板及弹簧质量不计 g取10m s2 求 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 弹簧的最大弹性势能Epm 答案 1 0 52 2 24 4J解析由于有摩擦力存在 机械能不守恒 可用功能关系解题 1 物体在最后的D点与开始的位置A点比较 动能减少 Ek m 9J重力势能减少 Ep mglADsin37 36J机械能减少 E Ek Ep 45J机械能的减少量全部用来克服摩擦力做功 即Wf fl 45J 而路程l 5 4m 则f 而f mgcos37 所以 0 52 2 物体到C点瞬间对应的弹簧弹性势能最大 由A到C的过程 动能减少 Ek m 9J 重力势能减少 Ep mglACsin37 50 4J机械能的减少用于克服摩擦力做功Wf flAC 35J由能量守恒定律得 Epm Ek Ep Wf 24 4J 考点三传送带模型的能量问题传送带模型是高中物理中比较成熟的模型 一般设问的角度有两个 动力学角度 如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 依据牛顿第二定律结合运动学规律求解 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 常依据功能关系或能量守恒定律求解 若利用公式Q Ffl相对求摩擦产生的热量 式中l相对为两接触物体间的相对位移 若物体在传送带上往复运动时 则l相对为总的相对路程 3 1如图所示 传送带足够长 与水平面间的夹角 37 并以v 10m s的速度逆时针匀速转动着 在传送带的A端轻轻地放一个质量为m 1kg的小物体 若已知物体与传送带之间的动摩擦因数 0 5 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 则下列有关说法正确的是 A 小物体运动1s后 受到的摩擦力大小不适用公式F FNB 小物体运动1s后加速度大小为2m s2C 在放上小物体的第1s内 系统产生50J的热量D 在放上小物体的第1s内 至少给系统提供能量70J才能维持传送带匀速转动 答案B刚放上小物体时 小物体相对于传送带向上运动 小物体受到的摩擦力方向沿传送带向下 a 10m s2 1s末小物体速度为v at 10m s 因mgsin mgcos 则1s后小物体相对于传送带向下滑动 受到的摩擦力沿传送带向上 大小为f FN mgcos 小物体的加速度为a gsin gcos 2m s2 故A错 B对 在第1s内小物体与传送带产生热量为Q Ff L FN L mgcos L L vt at2 代入数据得Q 20J 故C错 第1s内小物体的位移为x vt 5m 其增加的动能为Ek mv2 50J 需向系统提供的能量E Ek Q mgsin x 40J D项错 3 2 2017北京东城期末 12 如图所示 传送带的三个固定转动轴分别位于等腰三角形的三个顶点 两段倾斜部分长均为2m 且与水平方向的夹角为37 传送带以1m s的速度逆时针匀速转动 两个质量相同的小物块A B从传送带顶端均以1m s的初速度沿传送带下滑 物块与传送带间的动摩擦因数都是0 5 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 下列判断正确的是 A 物块A始终与传送带相对静止B 物块A先到达传送带底端C 传送带对物块A所做的功大于传送带对物块B所做的功D 两物块与传送带之间因摩擦所产生的总热量等于两物块机械能总的减少量 答案D由题意可知 tan 因此 mgcos mgsin 可知物块A和B无法静止在倾斜传送带上 都会沿倾斜传送带下滑 A和B初速度均等于传送带速度 因此B放在倾斜传送带上后会加速下滑 A放在倾斜传送带上后 摩擦力沿倾斜传送带向上 同样会加速下滑 且A和B在倾斜传送带上运动时 下降的高度相等 所受摩擦力相等 加速度相等 位移相等 因此重力做功相等 传动带对A和B做功相等 A物块重力沿倾斜传送带向下的分力大于摩擦力 处于加速状态 A错 两物块加速度相等 位移相等 到达底端的时间相同 B错 由W fs 所受摩擦力相等 位移相等 做功相等 C错 若物块与传送带无摩擦力 则物块机械能守恒 若有摩擦力 则摩擦力做的功等于物块机械能的减少量 而摩擦力做的功全部转化成热量 因此物块与传送带之间因摩擦所产生的总热量等于两物块机械能总的 减少量 D对 3 3如图所示 一质量为m 2kg的滑块从半径为R 0 2m的光滑四分之一圆弧轨道的顶端A处由静止滑下 A点和圆弧对应的圆心O点等高 圆弧的底端B与水平传送带平滑相接 已知传送带匀速运行速度为v0 4m s B点到传送带右端C点的距离为L 2m 当滑块滑到传送带的右端C点时 其速度恰好与传送带的速度相同 g 10m s2 求 1 滑块到达底端B时对轨道的压力 2 滑块与传送带间的动摩擦因数 3 此过程中 由于滑块与传送带之间的摩擦而产生的热量Q 答案 1 60N 方向竖直向下 2 0 3 3 4J 解析 1 滑块由A到B的过程中 由机械能守恒定律得mgR m滑块在B点 由牛顿第二定律得FN mg 解得 FN 60N由牛顿第三定律得滑块到达底端B时对轨道的压力大小为60N 方向竖直向下 2 解法一 滑块从B到C运动过程中 由牛顿第二定律得 mg ma由运动学公式得 2aL解得 0 3解法二 滑块在从A到C整个运动过程中 由动能定理得 mgR mgL m 0解得 0 3 3 滑块在从B到C运动过程中 设运动时间为t 由运动学公式得v0 vB at产生的热量Q mg v0t L 解得Q 4J