高三物理第一轮复习功能关系能量守恒定律

1、第7课时 功能关系能量守恒定律基础知识归纳1 .能量的概念如果一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量.因此能量是物体所 具有的 做功 本领.能量具有不同的 形式，不同形式的能量之间可以相互 _ 转化，但在转化的过程中，能量的总量保持不变.2 .功和能的区别和联系(1)相同点：功和能都是标量 ，单位均为 焦耳.(2)不同点：功是过程量,能是状态量.(3)关系：能的 形式 多种多样、如机械能、分子势能、电能、光能、内 能、风能、原子能.各种形式的能可以相互转化.做功的过程就是能量由一种形式 转化 为另一种形式的过程.在量值关系上，做了多少功，就有多少能量发生了转化.综上所述，功是能量 转化

2、 的量度.做功的过程就是 能量转化 的过程, 能量的转化是通过做功来实现的，力做功与能量的转化有对应关系，因此我们利 用功和能的关系分析问题时，一定要搞清楚有哪些力做功，分别伴随着哪几种形 式的能之间的转化，什么形式的能增加了，什么形式的能减少了.3 .能量守恒定律(1)内容：能量既不会 消灭，也不会 创生，它只会从一种 形式 转 化为其他形式，或者从一个 物体转移到另一个 物体，而在转化和 转移的过程中,能量的 总量保持不变.(2)导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是：确认了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互关系与能量转化.(3)建立能量转化与守恒定律工作最有成效的三位科学家

3、是：迈尔、焦耳、亥姆霍兹 .(4)能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科 学长期发展和进步的结果.它是最 普遍、最 重要、最 可靠 的自然规律 之一，而且是大自然普遍 和谐 性的表现形式.4 .能源和能量耗散(1)能源是人类社会活动的 物质基础.人类.对能源的利用大致经历了三个 时期，即 柴薪时期、煤炭时期、石油时期.煤炭和石油资源是有限的.大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染 了空气, 改变 了大气的成分.能源短缺和环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题.(2)散失到周围环境中的内能再也不会自动聚集起来供人类重新利用，这种现 象叫做能量耗散.(3

4、)能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数 量上并未减少，但在可利用的 品质 上降低了,从便于利用的变成了不便于利 用的了 .这是能源危机更深层次的含意，也是“自然界的能量虽然守恒，但还要节 约能源”的根本原因.(4)能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性.重-点难点突破一、如何准确理解能量守恒定律能量守恒定律应从下面两方面去理解：1 .某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定 相等；2 .某个物体的能量减少，一定存在着其他物体的能量的增加，且减少量和增 加量一定相等，这也是列能量守恒定律方程式的两条基本思路之一.、列表说明不同的

5、力做功对应不同形式的能的改变/、同的力做功对应不同形式能的变化定量的关系合外力的功(所有外力的功)动能变化合外力对物体做功等于物体动能的增量 W4= 日Ek1重力的功重力势能变化重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力 势能增加W=_ AEp=曰 22弹簧弹力的功弹性势能变化弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性 势能增加W= AE P=®1 &2只有重力、弹簧弹力的功/、引起机械能变化机械能守恒A E= 0除重力和弹力 之外的力做的 功机械能变化除重力和弹力之外的力做多少正功，物体的机械 能就增加多少；除重力和弹力之外的力做多少负 功，物体的机械能就减少多少Wh g

6、F外=A E续表:电场力的功电势能变化电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加W4= AEp一对滑动 摩擦力的总功内能变化作用于系统的一对滑动摩擦力f做负功，系统内能增加Q)= Ff , , l 相对三、能量转化的过程中摩擦力做功的特点1 .静摩擦力做功的特点：(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功.(2)相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的和总是等于零.2 .滑动摩擦力做功的特点：(1)滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可以不做功.(2) 一对滑动摩擦力做功的过程中能量的转化有两种情况：一是相互摩擦的物 体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，转化

7、为内能的量值等于滑动摩擦 力与相对位移的乘积.(3)相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总是负值，其绝对值恰好等 于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即等于系统损失的机械能.工：十一典例精析1 .多种功能关系的理解【例11已知货物的质量为mi在某段时间内起重机将货物以a的加速度加速 升高h,则在这段时间内叙述正确的是(重力加速度为g)()A.货物的动能一定增加 mah- mghB.货物的机械能一定增加 mahC.货物的重力势能一定增加mahD.货物的机械能一定增加mah+ mgh【解析】选项内容指向、联系分析结论A动能定理，货物动能的增加量等于货物合外力做的功mah错误B功能关系，货物机械能的增

8、量等于除重力以外的力做的功而等于错误合外力做的功C功能关系，重力势能的增量对应货物重力做的负功大小mgh珀琳D功能关系，货物机械能的增量为起重机拉力做的功m(g+ a)h止确【答案】D【思维提升】准确把握和对应能量变化之间的关系是解答此类问题的关键.【拓展1】滑块以速率vi靠惯性沿固定斜面由底端向上运动，当它回到出发点 时速率变为V2,且V2<V1.若滑块向上运动的位移中点为 A,取斜面底端重力势能为零，M( BC )A.上升时机械能减少，下降时机械能增加B.上升时机械能减少，下降时机械能也减少C.上升过程中动能和势能相等的位置在 A点上方D.上升过程中动能和势能相等的位置在 A点下方【

9、解析】由V2<Vi可知，斜面与滑块有摩擦，无论上升还是下降时，都有机械能损失，故B正确.设上升时最大高度为H, R= E时的高度为h,则R+ E，=2E3 = 2mgh>mgH即h>H 2在A点上方，故C正确.2.摩擦力做功问题【例2】质量为M的长木板放在光滑的水平面上，一质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑到B点，在板上前进了 L,而木板前进了 l ,如图所示，若滑块与木板间的动摩擦因数占】1以L为N ,求：I*"iH(1)摩擦力对滑块和木板做的功；(2)系统产生的焦耳热；(3)系统损失的动量和动能.【解析】(1)摩擦力对滑块做功 W= m mg(L+ l)

10、摩擦力对木板做功W= ii mgl(2)系统产生的焦耳热应等于系统.损失的总动能，也等于滑动摩擦力与相对位 移的乘积，0= 11 mgL(3)对于M和m两物体组成的系统，水平方向只有内力(一对摩擦力)而无外力, 所以，系统动量守恒，系统动量未损失，但 m动量减少，M动量增加.系统动能的 损失 AE-k= m mgL【思维提升】系统内的一对摩擦力对系统的冲量一定为零，而对系统做的功 未必为零，要看是一对静摩擦力还是一对滑动摩擦力 .【拓展2】电动机带动水平传送带以速度v匀速转动，l质.，量为m的小木块由静止轻放在传送带上，若小木块与传送带之-间的动摩擦因数为 小，传送带足够长，如图所示，当小木块

11、与传送带相对静止时， 求：(1)摩擦过程中产生的摩擦热；(2)电动机因放上小木块带动传送带匀速转动时多输出的总能量.【解析】(1)小木块放在传送带上，受到滑动摩擦力的作用做匀加速直线运动， 直到与传送带同速，此过程：v1 mg= ma, v = at,得出 t=叱g2小木块与传送带的相对滑动路程|相=忧一Yt -，所以摩擦过程中产生的摩2 2g'12擦热 Q= n mg- l 相= 2mv(2)由能量的转化和守恒定律得：电动机因放上小木块多输出的能量转化为小木块的动能与摩擦热，所以£总=& + 0= mVX易错门诊【例3】如图所示，质量为M的木块放在光滑水平面上，现有

12、一质量为m的子弹以速度Vo射入木块中.设子弹在木块中所受 工.匚口 阻力不变，大小为f,且子弹未射穿木块.若子弹射入木块的深度为D,则木块向 前移动的距离是多少？系统损失的机械能是多少？【错解】(1)以木块和子弹组成的系统为研究对象.系统沿水平方向不受外力， 所以沿水平方向动量守恒.设子弹和木块的共同速度为v,据动量守恒有mv = (M + m)v解得v = mv/(M+m)子弹射入木块过程中，摩擦力对子弹做负功fD = 2m2 gmV摩擦力对木块做正功-12fs = 2Mv1212一 mv0 mv式求得f = 2一代入式解得s= DDM 2m(2)系统损失的机械能即为子弹损失的动能2 m(M

13、 m)22Mmv0 (2 m M)2(M m)21 2 2MMm 2=mvo 二Vo 2 1 2 1 , m%、2AEkmv%mvmv om() =2 222 M m【错因】错解(1.)中错误原因是对摩擦力对子弹做功的位移确定错误 .子弹对地的位移并不是D,而D打入深度是相对位移.而求解功中的位移都要用对地位移 错解(2)的错误原因是对这一物理过程中能量的转换不清楚.子弹打入木块过程中，子弹动能减少并不等于系统机械能减少量.因为子弹减少的动能有一部分转化 为木块的动能，有一部转化为焦耳热.【正解】以子弹、木块组成系统为研究对象，画出运动草图, 如图所示.系统水平方向不受外力，故水平方向动量守恒.据动量守 恒定律有mvo= (M+ m)v(设vo方向为正)解得v=3M m子弹打入木块到与木块有相同速度过程中摩擦力做功一，一、， 一 1212对子弹：一fs子=2mv 2mv一一一 1.24对木块：fs木= 2Mv由运动早图可知s木=$子一DM+ m由式解得s木=式联立有2(M+ m)V2 gmV= f(s子一s木)12122(M+ m)v ,mv= fD一 1 o 1力即 fD = 2mvo 2(