高考物理一轮复习 第六章 机械能及其守恒定律 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 一 功能关系1 能的概念 一个物体能对外做功 这个物体就具有能量 2 功能关系 1 功是能量转化的量度 即做了多少功就有多少能量发生了转化 2 做功的过程一定伴随着能量转化 而且能量转化必通过做功来实现 提示 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 二 能量守恒定律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 或者从一个物体转移到别的物体 而在转化和转移的过程中 能量的总量保持不变 2 表达式 1 e初 e末 初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和 2 e减 e增 增加的能量的总和等于减少的能量的总和 提示 能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律 是各种自然现象中普遍适用的一条规律 考点二 考点三 考点一 考点一几种常见的功能关系及其表达式 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 典例1 2015 深圳调研 多选 如图所示 一小球在重力和水平恒力作用下 速度从竖直方向变为水平方向 在此过程中 质点的 a 机械能守恒b 机械能不断增加c 重力势能不断减小d 动能先减小后增大 解题思路 因为水平拉力对小球做了正功 故小球的机械能增加 a项错误 b项正确 重力做负功 故重力势能不断增加 c项错误 重力与拉力的合力斜向右下方 故合力先做负功 再做正功 因此动能先减小后增大 d项正确 参考答案 bd 名师点睛 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值上相等 考点二 考点三 考点一 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 不计摩擦 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 cd 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 考点二 考点三 考点一 解析 由于斜面ab粗糙 所以在两滑块沿斜面运动的过程中 摩擦力做负功 两滑块组成系统的机械能不守恒 a项错误 由动能定理 重力 摩擦力 拉力对m做的功等于m动能的增量 由于摩擦力 拉力均对m做负功 所以重力对m做的功大于m动能的增加 b项错误 由功能关系 轻绳对m做的功等于m机械能的增加 c项正确 由功能关系可知 两滑块组成系统的机械能损失等于m克服摩擦力做的功 d项正确 考点二摩擦力做功与能量的关系1 两种摩擦力做功的比较 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 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 考点二 考点三 考点一 典例2 2015 湖北重点中学联考 多选 如图所示 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ff 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 c 这一过程中 物块和小车增加的机械能为f x l ffld 这一过程中 物块和小车因摩擦而产生的热量为ffl 考点二 考点三 考点一 解题思路 对小物块分析 水平方向受到拉力f和摩擦力ff 小车位移为x 物块相对于小车位移为l 则根据动能定理有 f ff x l ek 0 a项错误 小车受到水平向右的摩擦力ff作用 对地位移为x 根据动能定理同样有ffx e k 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 e k f x l ffl 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 ffl ffl d项正确 参考答案 cd 易错警示 对物体克服摩擦力做功的理解 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 考点二 考点三 考点一 2015 东莞调研 多选 如图所示 长木板a放在光滑的水平地面上 物体b以水平速度冲上a后 由于摩擦力作用 最后停止在木板a上 则b从冲到木板a上到相对木板a静止的过程中 下述说法中正确的是 cd a 物体b动能的减少量等于系统损失的机械能b 物体b克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量c 物体b损失的机械能等于木板a获得的动能与系统损失的机械能之和d 摩擦力对物体b做的功和对木板a做的功的总和等于系统内能的增加量 考点二 考点三 考点一 解析 物体b以水平速度冲上a后 由于摩擦力作用 b减速运动 a加速运动 根据能量守恒定律 物体b动能的减少量等于a增加的动能和产生的热量之和 a项错误 根据动能定理 物体b克服摩擦力做的功等于b损失的动能 b项错误 由能量守恒定律可知 物体b损失的机械能等于木板a获得的动能与系统损失的机械能之和 c项正确 摩擦力对物体b做的功等于b动能的减少量 摩擦力对木板a做的功等于a动能的增加量 由能量守恒定律可知 摩擦力对物体b做的功和对木板a做的功的总和等于系统内能的增加量 d项正确 考点二 考点三 考点一 考点三能量守恒定律的应用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 一般应用能量的转化和守恒定律 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 考点二 考点三 考点一 典例3 2016 浙江绍兴第一中学模拟考试 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ad 3m 挡板及弹簧质量不计 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 计算结果小数点后保留两位有效数字 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 弹簧的最大弹性势能epm 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 参考答案 1 0 52 2 24 46j 名师点睛 运用能量守恒定律解题的关键 运用能量守恒定律解题时 关键是分析好能量是如何转化的 可以通过做功分析能量的转化情况 但列式时只列能量之间的转化关系 考点二 考点三 考点一 1 如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图 图中 和 为楔块 和 为垫板 楔块与弹簧盒 垫板间均有摩擦 在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中 b a 缓冲器的机械能守恒b 摩擦力做功消耗机械能c 垫板的动能全部转化为内能d 弹簧的弹性势能全部转化为动能 解析 由于在碰撞过程弹簧压缩 弹性势能增大 缓冲器的机械能随之增大 所以缓冲器的机械能不守恒 a项错误 摩擦力对缓冲器做负功转化为内能 消耗缓冲器的机械能 b项正确 根据功能关系 垫板的动能一部分转化为克服摩擦力做功产生的内能 另一部分转化为弹簧由于压缩产生的弹性势能 c项错误 弹簧是被压缩的过程 所以动能一部分转化为弹性势能 d项错误 考点二 考点三 考点一 2 多选 如图为某探究活动小组设计的节能运输系统 斜面轨道倾角为30 质量为m的木箱与轨道的动摩擦因数为 木箱在轨道顶端时 自动装货装置将质量为m的货物装入木箱 然后木箱载着货物沿轨道无初速滑下 当轻弹簧被压缩至最短时 自动卸货装置立刻将货物卸下 然后木箱恰好被弹回到轨道顶端 再重复上述过程 下列选项正确的是 bc a m mb m 2mc 木箱不与弹簧接触时 上滑的加速度大于下滑的加速度d 在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中 减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能 考点二 考点三 考点一 解析 根据功能关系知 木箱在下滑和上滑时克服摩擦力所做功等于接触面之间产生的内能 木箱下滑时q1 wf1 m m glcos30 木箱上滑时q2 wf2 mglcos30 木箱从开始下滑到弹簧压缩至最短的过程中 设弹簧的最大弹性势能为epmax 则根据能量转化与守恒定律得 m m glsin30 q1 epmax 卸下货物后 木箱被弹回到轨道顶端的过程中 同理有epmax mglsin30 q2 联立以上各式得m 2m a项错误 b项正确 同时 木箱下滑的过程中 克服摩擦力和弹簧弹力做功 因此减少的重力势能一部分转化为内能 一部分转化为弹簧的弹性势能 故d项错误 木箱不与弹簧接触时 根据牛顿第二定律得下滑时 m m gsin30 m m gcos30 m m a1 上滑时mgsin30 mgcos30 ma2 传送带模型中的功能问题1 传送带模型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 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 3 传送带模型问题的分析流程 典例 2015 天津高考 某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意如图 皮带在电动机的带动下保持v 1m s的恒定速度向右运动 现将一质量为m 2kg的邮件轻放在皮带上 邮件和皮带间的动摩擦因数 0 5 设皮带足够长 取g 10m s2 在邮件与皮带发生相对滑动的过程中 求 1 邮件滑动的时间t 2 邮件对地的位移大小x 3 邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功w 3 邮件与皮带发生相对滑动的过程中 设皮带相对地面的位移为s 则s vt 摩擦力对皮带做的功w ffs 由 式并代入数据得w 2j 参考答案 1 0 2s 2 0 1m 3 2j 名师点睛 解决传送带模型时应注意的三点 1 弄清传送带的运动情况 是匀速 匀加速还是其他运动情况 2 判断初始时刻物体与传送带之间的相对运动情况 3 分析确定摩擦力的性质 是静摩擦力还是滑动摩擦力 大小和方向是否变化 2 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的速率运动 现把一质量为m 10kg的工作 可看作质点 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 电动机由于传送工作多消耗的电能 1 2015 商丘模拟 自然现象中蕴藏着许多物理知识 如图所示为一个盛水袋 某人从侧面缓慢推袋壁使它变形 则水的势能 a a 变大b 变小c 不变d 不能确定 解析 人缓慢推水袋 对水袋做正功 由功能关系可知 水的重力势能一定增加 a项正确 2 2015 襄阳联考 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 则下列说法中正确的是 c 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 解析 在物体向上运动的过程中 恒力f 重力 空气阻力做功 根据动能定理可知 三力做的功之和等于物体的动能增量 a项错误 克服重力做的功等于物体重力势能的增量 b项错误 除重力外的其他力做的功之和等于物体机械能的增加量 c项正确 d项错误 3 2015 浙江宁波镇海中学模拟 多选 第17届亚运会于2014年9月19日 10月4日在韩国仁川举行 我国运动员薛长锐 李玲以5 55m和4 35m分别夺得男 女撑竿跳金牌 如果把撑竿跳全过程分成四个阶段 a b b c c d d e 如图所示 不计空气阻力 则对这四个阶段的下列描述正确的是 ab a a b阶段 加速助跑 人和竿的总机械能增加b b c阶段 竿弯曲 人上升 系统动能减少 重力势能和弹性势能增加c c d阶段 竿伸直 人上升 人的动能减少量等于重力势能增加量d d e阶段 人过横杆后下落 重力所做的功等于人机械能的增加量 解析 a b阶段 加速助跑 人和竿的势能不变 动能增加 所以总机械能增加 a项正确 b c阶段 竿弯曲 人上升 系统动能转化为重力势能和弹性势能 b项正确 c d阶段 竿伸直 弹性势能减小 故人的动能减少量加上弹性势能的减少量等于重力势能增加量 c项错误 d e阶段