2019版高考物理大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 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 1 A 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 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 B 2 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 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W 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 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 5 A 此时小物块的动能为F x L B 此时小车的动能为Ffx C 这一过程中 小物块和小车增加的机械能为Fx FfLD 这一过程中 因摩擦而产生的热量为Ff L x 答案 B 4 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 AB a 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 7 6 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m 1kg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 t 0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t1 0 1s时滑块已上滑s 0 2m的距离 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 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 t2 0 3s和t3 0 4s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Q f x 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 E E机 Q或W Ek Ep Q 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