2019版高考物理一轮复习 专题五 机械能 第4讲 功能关系、能量转化与守恒定律课件.ppt

第4讲功能关系 能量转化与守恒定律 考点1 功能关系 1 能的概念 一个物体能对外做功 这个物体就具有 2 功能关系 1 功是 的量度 即做了多少功就有 发生了转化 能量 能量转化 多少能量 2 做功的过程一定伴随着 而且 必通过做功来实现 能量转化 能量转化 功是反映物体间在相互作用的过程中能量变化多少的物理量 功是过程量 它与一段位移相联系 能是用来反映物体做功本领的物理量 它反映了物体的一种状态 故能是状态量 它与某个时刻 或某一位置 相对应 考点2 能量守恒定律 1 内容 能量既不会消灭 也 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 E初 初状态各种能量的总和等于 末状态各种能量的总和 不会创造 转化 转移 2 E减 增加的那些能量的总和等于减少的那些能量的总和 保持不变 E末 E增 基础自测 1 多选 在奥运比赛项目中 高台跳水是我国运动员的强项 质量为m的跳水运动员入水后受到水的阻力而竖直向下做减速运动 设水对他的阻力大小恒为F 那么在他减速下降深度为h 的过程中 下列说法正确的是 g为当地的重力加速度 A 他的动能减少了FhB 他的重力势能减少了mghC 他的动能减少了 F mg hD 他的机械能减少了 F mg h答案 BC 2 2017年湖北襄阳大联考 用恒力F竖直向上拉一物体 使其由地面处开始加速上升到某一高度 若该过程空气阻力不 能忽略 则下列说法正确的是 A 力F做的功和阻力做的功之和等于物体动能的增量B 重力所做的功等于物体重力势能的增量C 力F做的功和阻力做的功之和等于物体机械能的增量D 力F 重力 阻力三者的合力所做的功等于物体机械能的增量答案 C 3 2017年新课标 卷 如图5 4 1所示 一质量为m 长度为l的均匀柔软细绳PQ竖直悬挂 用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点 M点与绳的上端 图5 4 1 答案 A 4 一木块静止在光滑水平面上 被一水平方向飞来的子弹击中 子弹进入木块的深度为2cm 木块相对于桌面移动了1cm 设木块对子弹的阻力恒定 则产生的热能和子弹损失的动能之比是多少 热点1 判断各力做功所对应的能量转化 热点归纳 常见的功能关系 续表 续表 典题1 2017年新课标 卷 一质量为8 00 104kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面 飞船在离地面高度1 60 105m处以7 50 103m s的速度进入大气层 逐渐减慢至速度为100m s时下落到地面 取地面为重力势能零点 在飞船下落过程中 重力加速度可视为常量 大小取9 8m s2 计算结果保留2位有效数字 1 分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层 时的机械能 2 求飞船从离地面高度600m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功 已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2 0 2 飞船的高度h 600m处的机械能为 由功能关系得W Eh E0 式中 W是飞船从高度600m处至着地瞬间的过程中克服阻力所做的功 由 式和题给数据解得W 9 7 108J 方法技巧 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 迁移拓展 多选 如图5 4 2所示 一固定斜面倾角为30 一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做匀减速运动 加速度大小等于重力加速度的大小g 物块 上升的最大高度为H 则此过程中 小物块的 图5 4 2 A 动能损失了2mgHC 机械能损失了mgH B 动能损失了mgH 解析 小物块沿斜面上滑过程中 根据牛顿运动定律得 mgsin30 f mg 物块所受滑动摩擦力为f 0 5mg 根据动能 定理 动能损失了f Hsin30 mgH 2mgH 选项A正确 B错 Hsin30 mgH 选项C正确 D 误 由功能关系得机械能损失f 错误 答案 AC 热点2 摩擦力做功与能量的关系 热点归纳 1 两种摩擦力做功的比较 续表 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Q Ff s相对中s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s相对为总的相对路程 典题2 多选 如图5 4 3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 现用一水平向右的恒力F始终作用在小物块上 小物块与小车之间的滑动摩擦力为f 经过一段时间后小车运动的位移为x 此时小物块刚好滑到小车的最右端 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F x L 图5 4 3 C 这一过程中 物块和小车增加的机械能为F x L fLD 这一过程中 物块和小车因摩擦而产生的热量为fL 解析 对小物块分析 水平方向受到拉力F和摩擦力f 答案 CD 小车位移为x 物块相对于小车的位移为L 则根据动能定理有 F f x L Ek 0 A项错误 小车受到水平向右的摩擦力f作用 对地位移为x 根据动能定理同样有fx Ek 0 B项错误 在这一过程 物块和小车增加的机械能等于增加的动能 即Ek Ek F x L fL C项正确 在此过程中外力做功为F x L 所以系统因摩擦而产生的热量为F x L F x L fL fL D项正确 易错提醒 很多同学错误地认为物体克服摩擦力做功就等于物体摩擦产生的热 实际上物体克服摩擦力做的功只是等于物体机械能的减少量 但物体减少的机械能不一定全部生热了 也有可能转化成其他物体的机械能 图5 4 4 答案 D 热点3 能量守恒定律的应用 热点归纳 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 考向1 涉及弹簧的能量问题 典题3 如图5 4 5所示 固定斜面的倾角 30 物体 A与斜面之间的动摩擦因数为 轻弹簧下端固定在斜面底 端 弹簧处于原长时上端位于C点 用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B 滑轮右侧绳子与斜面平行 A的质量为2m 4kg B的质量为m 2kg 初始时物体A到C点的距离为L 1m 现给A B一初速度v0 3m s 使A开始沿斜面向下运动 B向上运动 物体A将弹簧压缩到最短 后又恰好能弹到C点 已知重力加速度g取10m s2 不计空气阻力 整个过程中轻绳始终处于伸直状态 求此过程中 图5 4 5 1 物体A向下运动刚到C点时的速度大小 2 弹簧的最大压缩量 3 弹簧中的最大弹性势能 3 设弹簧的最大弹性势能为Epm 由能量守恒定律可得 解得 Epm 6J 方法技巧 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 能量变化上 如果只有重力和系统内弹簧弹力做功 系 统机械能守恒 2 如果系统每个物体除弹簧弹力外所受合外力为零 则当 弹簧伸长或压缩到最大程度时两物体速度相同 3 当弹簧为自然状态时系统内某一端的物体具有最大速 度 考向2 传送带模型中的功能问题 热点归纳 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 典题4 多选 2017年安徽合肥第一中学高三第三阶段考试 如图5 4 6所示 甲 乙两传送带与水平面的夹角相同 都以恒定速率v向上运动 现将一质量为m的小物体 视为质点 轻轻放在A处 小物体在甲传送带上到达B处时恰好达到传送带的速率v 在乙传送带上到达离B处竖直高度为h的C处时达到传送带的速率v 已知B处离地面的高度均为H 则在小物 体从A到B的过程中 图5 4 6 A 小物体与甲传送带间的动摩擦因数较小B 两传送带对小物体做功相等C 两传送带消耗的电能相等 D 两种情况下因摩擦产生的热量相等 解析 根据公式v2 2ax 可知物体加速度关系a甲 a乙 再由牛顿第二定律 mgcos mgsin ma 得知 甲 乙 故A项正确 传送带对小物体做功等于小物体的机械能的增加量 动能增加量相等 重力势能的增加量也相同 故两传送带对小物体做功相等 故B项正确 由摩擦生热Q fs相对知 根据能量守恒定律 电动机消耗的电能E电等于摩擦产生的热量Q与物体增加机械能之和 因物体两次从A到B增加的机械能相同 又Q甲 Q乙 所以将小物体传送到B处 两传送带消耗的电能甲更多 故C项错误 D项错误 答案 AB 方法技巧 传送带模型问题中的功能关系分析 1 功能关系分析 W Ek Ep Q 2 对W和Q的理解 传送带做的功 W Fx传 产生的内能Q Ffx相对