高考物理一轮精细复习-(基础知识夯实-综合考点应用-名师分步奏详解压轴题)功能关系-能量守恒定律(含解析

功能关系能量守恒定律(包括基础知识夯实综合评价分应用名人舞步演奏详细解的主题，详细分析)功能关系请考虑一下如图5-4-1所示，质量m的物体在力f的作用下静止，从地面运动到地面h的高度，已知F=mg。 在这个过程中，你想要分别求出重力、力f和合力的功和物体的重力势、动能和机械能的变化量，分析它们的量的关系吗？图5-4-1提示：重力工作的-mgh，力f工作的mgh，合力工作的mgh，重力势mgh增加，动能mgh增加，机械能mgh增加。 关系：重力功等于重力势变化量的负值，外力功等于物体动能的变化量，力f功等于物体机械能的变化量。备忘录1 .功能和功能(1)工作是能量转换的尺度，能量只转换了工作的量。(2)工作过程一定要伴随着能量的转换，而且能量的转换必须通过工作来实现。2 .力学中常用的四种功能对应关系(1)配合外力工作等于物体动能的变化即，w合=Ek2-Ek1=Ek。 (动能定理)(2)重力功等于物体重力势的减少WG=Ep1-Ep2=-Ep。(3)弹簧的弹力的功等于弹性势的减少w弹=Ep1-Ep2=-Ep。(4)重力和弹力以外的力所施加的总功等于物体的机械能的变化，即w的其他力=E2-E1=E。 (功能原理)试试看1 .关于功能和功能的关系，以下表达中正确的是()a .功能是功能，功能是功能b .功能可以是功能，也可以是功能c .工作的过程是能量转换的过程d .工作是物体能量的测定分析： c功能和功能是密切相关的物理量，但功能和功能有本质上的差异，功能是反映物体在相互作用过程中能量变化多少的物理量，与具体的能量变化过程相关，一个过程量能反映物体具有工作能力的物理量物体处于一定状态(例如速度和相对位置)时具有一定的能量，工作反映能量的变化量，而不是反映能量的量。能量守恒定律请考虑一下下面来说明一下在以下现象中，各自能转化成什么。(1)汽车从静止状态启动；(2)汽车制动时从运动变化为静止状态；(3)水力发电；(4)太阳能热水器工作时。提示： (1)化学能动能(2)动能内能量(3)水的机械能电能(4)太阳能内能量备忘录1 .内容能量没有什么理由，也没有什么理由就不会消失。 只要从一种形态向另一种形态，或者从一种物体向另一种物体变化，在变化和变化的过程中能量的总量就不会变化。2 .式e减少=e增加。试试看2 .有人投掷炮弹时，投掷炮弹的动能是150 J。 关于人类对铅球的工作和能量的变化，以下说法是正确的()a .这个人在铅球上做了150 J的工作，把体内的化学能转化成铅球的动能b .这个人做铅球的工作不能计算c .这个人铅球没有工作，所以没有能量的转换d .这个人在铅球上做了150 J的工作，把铅球的重力势转换成了铅球的动能解析： a本题是人做铅球的工作，人做铅球的工作是变力，位移未知，所以不能用工作公式来计算。 根据功能关系，人能对铅球工作，增加铅球的动能。 因此，这个人形成铅球的功能是增加铅球的动能，即150 J，把体内的化学能转化成铅球的动能。 只有a是正确的。功能关系的应用1 .进一步理解功能关系(1)工作的过程是能量转换的过程。 不同形式的能量相互转换是通过工作来实现的。(2)工作是能量转换的尺度，工作和工作的关系，一个是以不同的力量工作，对应不同形式的能量转换，一个一个的对应关系，二个是工作量和能量转换的量在数量上相等。2 .明确不同的力量来工作对应不同形式的能量变化用不同的力量工作对应不同形式的变化定量的关系配合外力的功(所有外力的功)动能发生变化。配合外力对物体工作，等于物体动能的增量w合=Ek2-Ek1重力的功重力势发生变化重力做正功，重力势减少重力做负功，重力势增加WG=-Ep=Ep1-Ep2弹簧力的作用弹性势能变化。弹力做正功，弹力势减少弹力做负功，弹力势增加w弹=-Ep=Ep1-Ep2只有重力、弹力的工作不引起机械能的变化机械能守恒E=0重力和弹力以外的力的功机械能发生变化。重力和弹力以外的力做多少正的功，物体的机械能增加多少，重力和弹力以外的力做多少负的功，物体的机械能减少多少w为g，弹力以外=e电场力的功电势发生变化.电场力做正电荷，电势减少电场力做负电荷，电势增加w电=-Ep例1 (2012安徽大学入学考试)如图5-4-2所示，垂直平面内有半径为r的圆弧轨道，半径为OA水平，OB垂直，质量为m的球从a的正上方p点静止地自由落下，球沿着轨道到达最高点b时，轨道没有压力。 AP=2R、重力加速度g、球从p向b运动的过程()图5-4-2a .重力功2mgRb .机械能量减少mgRc .配合外力工作的mgRd .克服摩擦力工作的PS审查问题指导在解决这个问题时，请注意以下三点(1)球在b点正好没有压力的意思。(2)因为摩擦力变成力，从功能关系求球克服摩擦力起作用。(3)机能的减少量与哪个力量有作用相对应。尝试解决问题球在a点的正上方从静止中解放出来，通过b点时轨道上没有压力。 此时，球的重力提供了向心力，得到了mg=mv2/R，v2=gR，在球从p到b的过程中，重力为W=mgR，a错误地减少了的机械能E=mgR-mv2=mgR，b错误外力下工作的w合=mv2=mgR回答d功能关系的可选技巧(1)在应用功能关系解决具体问题的过程中，仅用动能定理分析动能的变化。(2)重力势的变化仅涉及重力作用和重力势的变化的关系分析。(3)机械能的变化只涉及重力和弹力以外的力工作与机械能的变化的关系分析。(4)如果只对电势的变化利用电场力进行工作，则涉及到与电势变化的关系分析。能量守恒定律的应用1 .对法则的理解(1)一种形式的能量减少，一定会增加另一种形式的能量，减少量和增加量相等。(2)一个物体的能量减少，一定是另一个物体的能量增加，并且减少量和增加量相等。2 .适用法则的一般步骤(1)辨别什么形式的能量(动能、势能、能量内、电能等)在变化。(2)分别列举减少的能量e的减少和增加的能量e的增加的公式。(3)列常数式：e减少=e增加。例2节能混合动力车是可以将汽油和积蓄的电能作为动力源利用的汽车。 有m=1 000 kg的混合动力轿车，在直线道路上以v1=90 km/h等速行驶，发动机的输出功率为P=50 kW。 当驾驶员看到前方80 km/h限速的标志时，发动机功率没有变化，马上启动基于电磁阻尼器的发电机的动作，给电池充电，使轿车减速运动，运动L=72 m后，速度变为v2=72 km/h。 在这个过程中，发动机功率被用来牵引轿车，供给发电机的工作，发动机输送到发电机的能量最后被转换成50%电池的电能。 假定轿车在上述运动中受到的阻力是一定的。 拜托了。(1)轿车以90 km/h等速行驶在直线道路上时，受到的阻力f的阻力的大小(2)乘用车从90 km/h减速到72 km/h的过程中得到的电能e电(3)轿车仅通过上述减速过程中得到的电能e，就能电维持72 km/h的等速运动的距离l。审查问题的指导第一步：抓住要点关键点得到信息以v1=90 km/h等速行驶轿车的牵引力等于轿车的抵抗力f发动机动力轿车的牵引用牵引车的动力一定，轿车的运动不是均匀的减速直线运动50%被转换为电池的电力电能的转换是高效的，要求转换的电能必须发送到发电机，求出总能量第二步：寻找突破口求电池的电能利用动能定理求发动机输出的总能量求发送到发电机的总能量。尝试解决问题(1)轿车牵引力与输出的关系代入P=F牵引v、P=50 kW、v1=90 km/h=25 m/sf牵引=2103 N轿车等速行驶时，牵引力和阻力大小相等f电阻=2103 N(2)注意减速中，发动机只有p用于牵引轿车。 根据动能定理，有Pt-F电阻L=mv-mv代入数据Pt=1.575105 J从电源得到的电力e电=0.5Pt=6.3104 J(3)根据问题，轿车在直线道路上等速行驶时受到的阻力仍为f阻力=2103 N。 在该过程中，从能量转换和守恒定律可知，只有电能用于克服电阻的功e电=F电阻l。代入数据是l=31.5 m。答案(1) 2103 n (2) 6.3104 j (3) 31.5米关于能量转换问题的解题方法(1)摩擦力起作用，机械能不保存时，一般应用能量的转化和保存规律。(2)解决问题时，首先确定初始状态，分析在状态变化过程中哪个形式的能量减少，哪个形式的能量增加，求出减少的能量的总和e和增加的能量的总和e，最后用e的减少=e的增加式解决。相对折射动物体的能量分析比较静摩擦力和折动摩擦力的功的特征分类比较静摩擦力滑动摩擦力不同之处能量的变化在静摩擦力作用的过程中，只有机械能从一个物体移动到另一个物体(静摩擦力发挥传递机械能的作用)，机械能不转换成其他形式的能量(1)相互摩擦的物体通过滑动摩擦力工作，将机械能的一部分从一个物体转移到另一个物体上(2)机械能的一部分转换为内部能量，该部分能量是系统机械能的损失量关于一对摩擦力的总功一对静摩擦力作用的代数总和等于零一对相互作用的折动摩擦力给予物体系统的总功，表示摩擦力和两个物体的相对距离的积WFf=-FfL相对，物体克服摩擦力起作用，系统损失的机能被转换成内能同一点正功、负功、非功方面两种摩擦力能对物体做正功和负功，也能不做功例3如图5-4-3所示，AB是半径R=0.8 m的平滑圆弧轨道，下端b正好与推车的右端平滑对接。 车的质量M=3 kg、车的长度L=2.06 m、车表面离地面的高度h=0.2 m、现在的质量m=1 kg的滑块，不从轨道前端初速地释放，滑入b端上车。 已知地面平滑，滑块和手推车上表面之间的动摩擦系数=0.3，汽车运动1.5 s时，汽车被锁定在地面装置上。 (g=10米/s2)试验：图5-4-3(1)滑块到达b端时的轨道的支承力的大小(2)车被锁住时，车右端到轨道b端的距离(3)从汽车开始移动到锁定期间，滑块和车面之间因摩擦而产生的内部尺寸的大小。审查问题的指导(1)汽车被锁定时，判断滑块和小工厂是否还相对滑动。(2)摩擦发生内的过程是在滑块和手推车相对滑动的过程中发生的。尝试解决问题(1)从机械能守恒定律和牛顿第二定律得到mgR=mv，FN-mg=m时，FN=30 N。(2)设m乘坐小车后的经过时间t1与小车同速，共同速度的大小为v，则滑块为mg=ma1，v=vB-a1t1购物车时： mg=Ma2、v=a2t1解： v=1 m/s，t1=1 s1.5 s滑块成为与推车相同的速度后，推车继续向左等速行驶0.5 s，则推车右端至b端的距离为l车=t1 v(1.5-t1)=1 m。(3)Q=mgl相对=mg(t1-t1)=6 J。答案(1) 30 n (2) 1米(3)6j求解相对折射动物体能量问题的方法(1)正确分析物体的运动过程，分析受力情况。(2)运用运动学公式，结合牛顿第二定律分析物体的速度关系和位移关系。(3)式Q=Ffl是l相对的两接触物体间的相对位移，物体在传送带上往复运动时l是相对的总相对距离。功能关系和能量守恒定律是高考的必考内容，具有很强的综合性，主题类型以计算问题为主，大部分问题涉及牛顿运动规律、圆运动、平放运动的知识和电磁学的知识，问题的过程复杂，灵活性强，难易度高。典型例 (16点)如图5-4-4所示，可以看作质量为m=1 kg的质点的小物块轻放在水平等速运动的输送机上的p点上，输送机移动到a点时被水平投掷，小物块、圆弧轨道与质量为M=2 kg的充分长的车的左端最大碰撞前的物体和购物车已经相对静止，推车可以向右移动(物体总是在推车上)，推车的运动过程和圆弧没有相互作用。 已知圆弧半径R=1.0 m，与圆弧对应的中心角为53，a点距水平面的高度h=0.8 m，单块和小现场的动摩擦系数为=0.1，重力加速度g=10 m/s2，sin 53=0.8，cos 53=0.6 . 尝试：图5-4-4(1)小物块离开a点的水平初始速度v1(2)小物块通过o点时对轨道的压力(3)最初碰撞后，到静止为止，物体对推车的位移和推车进行均匀减速运动的总时间。第一步：审查问题，掌握重要信息关键点获得信息，小块平行于b点移动的速度方向正好沿着圆弧轨道在b点处的切线方向二小物体碰撞q后，以碰撞前的速度被弹回第二步：审查问题，寻找问题的突破口第三步：三个定位将问题解决过程步骤化步骤4 :寻求规范，步骤坚定解 (1)小物块中从a到b有： v=2gh(2分钟)b点： tan =(2点)得到v1=3 m/s(1分钟)(2)从a到o，根据动能定理mg(h R-Rcos )=mv-mv(2点)o点： FN-mg=m(