高考物理一轮复习资料 5.3 功能关系 机械能守恒定律及应用课件 沪科版.ppt

学案3功能关系机械能守恒定律及应用 考点1势能的变化与机械功 1 重力势能是物体和地球所共有的如果没有地球 就根本没有重力 物体也就没有重力势能 这一点与动能不同 动能是运动的物体所单独具有的 2 重力势能具有相对性重力势能是相对量 大小与零势能面的选择有关 要确定重力势能 必须首先选定零势能面 在ep mgh中h是物体相对于零势能面的高度 当物体在零势能面以上时 重力势能取正值 当物体在零势能面以下时 重力势能取负值 当物体处在零势能面上时 重力势能为零 所以 同一物体在同一位置 由于零势能面的选择不同 其重力势能也不同 3 以下三点助您深入理解重力势能 1 重力势能是标量 只有大小而无方向 但有正 负 其正 负表示与零势能面上物体势能的相对大小 比较物体的重力势能大小时 要带正 负号比较 2 选择重力势能的参考平面 应视研究问题的方便而定 通常情况下 选地面作为参考平面 3 重力势能的差值与参考平面的选择无关 例1 如图所示 把质量为m的物体放在茶几面上 放在茶几面下方h2处和放在茶几面上方h1处时 若选定茶几面为零势能参考平面 物体的重力势能各是多少 把物体由c处移动到a处重力势能变化量是多少 解析 当质量为m的物体位于该参考平面以上高度h1的a处时 它的重力势能就是epa mgh1 当物体放在茶几面上时 它的重力势能为epb 0 而当物体放在茶几面以下h2的地板上时 它的重力势能则为epc mgh2 物体由c移动到a处 重力势能增加 ep mgh1 mgh2 mg h1 h2 1 下列说法正确的是 a 外力对物体做功的代数和等于物体机械能的增量b 重力对物体做的功等于物体重力势能的增加c 除重力和弹力外 其他力对物体所做的总功等于物体机械能的增加d 重力做功不引起物体机械能的变化 d 考点2机械能守恒定律 1 机械能是否守恒的判断 1 用做功来判断 分析物体或系统的受力情况 包括内力和外力 明确各力做功的情况 若只有重力或弹力做功 没有其他力做功 则机械能守恒 2 用能量转化来判定 若物体系统中只有动能和势能的相互转化 而无机械能与其他形式能的转化 则系统机械能守恒 2 应用机械能守恒定律解题的基本步骤 1 分析题意 确定研究对象 2 对研究对象进行受力分析 弄清物体所受各力的做功情况 判断是否符合机械能守恒的条件 3 选取合适的参考平面 明确初 末状态的机械能 4 根据机械能守恒定律列方程求解 并对结果进行必要的讨论和说明 例2 如图所示 细绳跨过定滑轮悬挂两物体m和m 且m m 不计摩擦力及空气阻力 系统由静止开始运动的过程中 a m m各自的机械能分别守恒b m减少的机械能等于m增加的机械能c m减少的重力势能等于m增加的重力势能d m和m组成的系统机械能守恒 解析 m下落过程中 绳的拉力对m做负功 m的机械能不守恒 机械能减少 m上升过程 绳的拉力对m做正功 m的机械能增加 a错误 对m m组成的系统 机械能守恒 易得b d正确 m减少的重力势能并没有全部用于m重力势能的增加 还有一部分转变成m m的动能 所以c错误 bd 2 如图所示 具有一定初速度的物块 沿倾角为30 的粗糙斜面向上运动的过程中 受一个恒定的沿斜面向上的拉力f的作用 这时物块的加速度大小为4m s2 方向沿斜面向下 那么在物块向上运动的过程中 下列说法正确的是 a 物块的机械能一定增加b 物块的机械能一定减小c 物块的机械能可能不变d 物块的机械能可能增加也可能减小 a 解析 1 在ab杆由静止释放到转到竖直位置的过程中 以b球的最低点为零势能点 根据机械能守恒定律有 mg 2l 2mg 2l mgl 1 2 2m 2l 2 1 2 m l 2 解得角速度 2 在此过程中 b端小球机械能的增量为 eb e末 e初 1 2 2m 2l 2 2mg 2l 4 9 mgl 例3 轻杆ab长2l a端连在固定轴上 b端固定一个质量为2m的小球 中点c固定一个质量为m的小球 ab杆可以绕a端在竖直平面内自由转动 现将杆置于水平位置 如图所示 然后由静止释放 不计各处摩擦与空气阻力 试求 1 ab杆转到竖直位置时 角速度 多大 2 ab杆转到竖直位置的过程中 b端小球的机械能的增量 轻杆和小球看作一个整体 此系统在下摆过程中只有重力做功 a端对杆不做功 所以系统机械能守恒 cb杆对b处球做正功 使b球机械能增加 4 9 mgl 对c处球做负功 使c处球机械能减少 4 9 mgl 故b c处单个球机械能不守恒 3 如图所示 一轻绳跨过两个轻质光滑的小定滑轮o1 o2 一端与一小球连接 另一端与套在足够长的光滑固定直杆上的小物块连接 小球与小物块的质量均为m 直杆与两定滑轮在同一竖直平面内 与水平面的夹角为 60 直杆上c点与两定滑轮均在同一高度 c点到定滑轮o1的距离为l 重力加速度为g 小球运动过程中不会与其他物体相碰 将小物块从c点由静止释放 试求 1 小球下降到最低点时 小物块的机械能 取c点所在的水平面为参考平面 2 小物块在下滑距离为l时的速度大小 3 小物块能下滑的最大距离 答案 考点3利用功能关系分析问题 1 几种常见的功与能的关系 1 合外力对物体做的功等于动能的改变w合 ek 即动能定理 2 重力的功等于重力势能的改变wg ep 3 除重力 弹力 以外的力的功与物体机械能的增量相对应wf e wf为除重力 弹力 以外的力做的功 e为机械能的改变量 4 电场力的功与电势能的关系we ep we qu 5 安培力做正功 电能转化为其他形式的能 克服安培力做功 其他形式的能转化为电能 2 应用功能关系需注意的问题 1 搞清力对 谁 做功 对 谁 做功就对应 谁 的位移 引起 谁 的能量变化 2 不同的力做功对应不同形式的能量变化 3 应用功能关系解题的步骤 1 选取研究对象做好受力分析及过程分析 2 明确各力的做功情况及其相应的能量转化情况 3 建立w e的关系进行求解 例4 如图所示 传送带与水平面之间的夹角为30 其中a b两点间的距离为5m 传送带在电动机的带动下以v 1m s的速度匀速运动 现将一质量为m 10kg的小物体 可视为质点 轻放在传送带的a点 已知小物体与传送带间的动摩擦因数 则在传送带将小物体从a点传送到b点的过程中 求 1 传送带对小物体做了多少功 2 小物体由a点传送到b点的过程中 传送带对小物体摩擦力的最大功率pfm是多大 3 为传送小物体 电动机需多做多少功 g取10m s2 解析 1 小物体刚放到传送带上时 其受力情况如图所示 小物体沿传送带做匀加速直线运动 由牛顿第二定律得 f1 mgsin30 ma1 且f1 mgcos30 解 得a1 1 4 g 2 5m s2 小物体在达到与传送带相同的速度前经过的位移 s1 v2 2a1 12 2 2 5 m 0 2m 2 小物体加速阶段 摩擦力的最大功率 pfm f1 v mgcos30 v 75w 匀速阶段 摩擦力为静摩擦力 功率不变 为 p fm f2 v mgsin30 v 50w 所以摩擦力的最大功率为pfm 75w 因s1 0 2mmgsin30 故此后小物体和传送带一起做匀速直线运动 对应的位移为s2 5 0 2 m 4 8m 受到的摩擦力为静摩擦力f2 mgsin30 12mg 传送带全过程对小物体做功 w f1s1 f2s2 3 4 mgs1 1 2 mgs2 255j 也可以用能的转化和守恒求解wf 1 2 mv2 mglabsin30 1 2 10 12j 10 10 5 1 2 j 255j 当我们分析一个物理过程时 不仅要看速度 加速度 还要分析能量转化情况 在物体加速和匀速两个阶段 能量转化情况不同 知道了能量转化情况 尤其是 多消耗 电能的含义 问题就迎刃而解了 3 小物体和传送带发生相对滑动的时间t1 v a1 0 4s 相对位移 s vt1 s1 1 0 4 0 2 m 0 2m 接触面之间产生的热量q f1 s 15j 由功能关系知 电动机需额外做功 w ek ep q 1 2 mv2 mgh q 1 2 10 12 10 10 2 5 15 j 270j 答案 如图所示 质量为m1的物体a经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2的物体b相连 弹簧的劲度系数为k a