功能关系能量转化与守恒定律

1、功能关系功能关系 能量转化与守恒定律能量转化与守恒定律高三物理备课组2011.10.20考情考情分析分析能量守恒定律是物理中三大守恒定律之一，既适用能量守恒定律是物理中三大守恒定律之一，既适用于宏观世界也适用于微观世界，而功又是能量转化于宏观世界也适用于微观世界，而功又是能量转化的量度，所有涉及能量转化的题目都可用功能关系的量度，所有涉及能量转化的题目都可用功能关系来求解因此，有关功能关系的命题范围广阔，既来求解因此，有关功能关系的命题范围广阔，既可以与力学联系，也能与电学、磁学等其他物理知可以与力学联系，也能与电学、磁学等其他物理知识相联系，凡是能用机械能守恒定律和动能定理解识相联系，凡是能

2、用机械能守恒定律和动能定理解决的问题，都可以用功能关系解决决的问题，都可以用功能关系解决广东广东考题考题回顾回顾20102010年：年：2121题（功能关系与电学结合）；题（功能关系与电学结合）；3535题（功题（功能关系与力学结合）。能关系与力学结合）。20112011年：年： 3535题（功能关系与电磁场结合）；题（功能关系与电磁场结合）；3636题题（功能关系与力学结合）（功能关系与力学结合）命题命题预测预测功能关系、能量守恒的题目在今后的高考中还将继功能关系、能量守恒的题目在今后的高考中还将继续出现，仍是高考考查的热点续出现，仍是高考考查的热点一、功能关系一、功能关系1.1.内容内容

3、(1)(1)功是功是 的量度的量度, ,即做了多少功就有即做了多少功就有 发生了转化发生了转化. . (2) (2)做功的过程一定伴随着做功的过程一定伴随着 , ,而且而且 必通过做功来实现必通过做功来实现. .能量转化能量转化多少能量多少能量能量的转化能量的转化能量的转化能量的转化知识梳理知识梳理尝试应用尝试应用1 1如图如图1 1，一质量均匀的不可伸长的，一质量均匀的不可伸长的绳索重为绳索重为G G，A A、B B两端固定两端固定 在天花板在天花板上，今在最低点上，今在最低点C C施加一竖直向下的力施加一竖直向下的力将绳缓慢拉至将绳缓慢拉至D D点，在此过程中绳索点，在此过程中绳索ABAB

4、的重心位置和的重心位置和绳索机械能绳索机械能将将( ( ) ) A A重心重心逐渐升高，逐渐升高，机械能逐渐增大机械能逐渐增大B B重心重心逐渐降低，逐渐降低，机械能逐渐减小机械能逐渐减小C C重心重心先降低后升高，先降低后升高，机械能先减小后增大机械能先减小后增大D D重心、机械能都重心、机械能都始终不变始终不变A A图图1 12.2.功与对应能量的变化关系功与对应能量的变化关系名师点拨名师点拨每一种形式的能量的变化均对应一定力的功每一种形式的能量的变化均对应一定力的功. .合外力的功合外力的功( (所有外力的功所有外力的功) ) 动能变化动能变化 重力做的功重力做的功 变化变化 弹簧弹力做

5、的功弹簧弹力做的功 变化变化外力外力( (除重力、弹力除重力、弹力) )做的功做的功 变化变化一对滑动摩擦力做的总功一对滑动摩擦力做的总功 变化变化 电场力做的功电场力做的功 变化变化 分子力做的功分子力做的功 变化变化 重力势能重力势能弹性势能弹性势能机械能机械能内能内能电势能电势能分子势能分子势能 2. 2.如图所示如图所示, ,滑块静止于滑块静止于光滑水平面上光滑水平面上, ,与之相连的轻质与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态弹簧处于自然伸直状态. .现用恒现用恒定的水平外力定的水平外力F F作用于弹簧右端作用于弹簧右端, ,在向右移动一段距离的过程中在向右移动一段距离的过程中, ,拉力拉

6、力F F做了做了10 J10 J的功的功. .上述过程中上述过程中 ( )( )A.A.弹簧的弹性势能增加了弹簧的弹性势能增加了10 J10 JB.B.滑块的动能增加了滑块的动能增加了10 J10 JC.C.滑块和弹簧组成的系统机械能增加了滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10 J10 JD.D.滑块和弹簧组成的系统机械能守恒滑块和弹簧组成的系统机械能守恒解析解析 拉力拉力F F做功既增加了弹性势能做功既增加了弹性势能, ,还增加了滑块还增加了滑块的动能的动能,A,A、B B错误错误; ;系统增加的机械能等于力系统增加的机械能等于力F F做的功做的功, ,C C对对,D,D错错. .C C尝试应

7、用尝试应用二、能量守恒定律二、能量守恒定律1.1.内容内容: :能量既不会凭空消灭能量既不会凭空消灭, ,也也 . .它它 只会从一种形式只会从一种形式 为另一种形式为另一种形式, ,或者从一个或者从一个 物体物体 到另一个物体到另一个物体, ,而在转化和转移的过程而在转化和转移的过程 中中, ,能量的总量能量的总量 . .2.2.表达式表达式:E:E减减= = . .名师点拨名师点拨 EE增增为末状态的能量减去初状态的能量为末状态的能量减去初状态的能量, ,而而EE减减为初状态的能量减去末状态的能量为初状态的能量减去末状态的能量. .不会凭空产生不会凭空产生转化转化保持不变保持不变EE增增转

8、移转移针对训练针对训练对于功和能对于功和能,下列说法正确的是下列说法正确的是( )(不定项不定项)A.功和能的单位相同功和能的单位相同,它们的概念也相同它们的概念也相同B.做功的过程就是物体能量转化的过程做功的过程就是物体能量转化的过程C.做了多少功做了多少功,就有多少能量发生了转化就有多少能量发生了转化D.各种不同形式的能可以互相转化各种不同形式的能可以互相转化,且在转化的过程且在转化的过程中中,能的总量是守恒的能的总量是守恒的BCDBCD3.3.已知货物的质量为已知货物的质量为m,m,在某段时间内起重机在某段时间内起重机 将货物以将货物以a a的加速度加速升高的加速度加速升高h,h,则在这

9、段时间内则在这段时间内 叙述正确的是叙述正确的是( (重力加速度为重力加速度为g)( )g)( ) A. A.货物的动能一定增加货物的动能一定增加mah-mghmah-mgh B. B.货物的机械能一定增加货物的机械能一定增加mahmah C. C.货物的重力势能一定增加货物的重力势能一定增加mahmah D. D.货物的机械能一定增加货物的机械能一定增加mah+mghmah+mgh尝试应用尝试应用D D图图2 2BDBD4.4.2 2 5. 5.一小滑块放在如图一小滑块放在如图5 54 43 3所示所示的凹形斜面上，用力的凹形斜面上，用力F F沿斜面向下拉小沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运

10、动了一段距离，滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离，若已知在这一过程中，拉力若已知在这一过程中，拉力F F所做的功所做的功的大小的大小( (绝对值绝对值) )为为A A，斜面对小滑块的作用力所做的功的，斜面对小滑块的作用力所做的功的大小为大小为B B，重力做功的大小为，重力做功的大小为C C，空气阻力做功的大小为，空气阻力做功的大小为D D. .当用这些量表达时，求：当用这些量表达时，求：(1)(1)小滑块的动能的改变量；小滑块的动能的改变量；(2)(2)小滑块的重力势能的改变量；小滑块的重力势能的改变量；(3)(3)小滑块机械能的改变量小滑块机械能的改变量(1)(1)A AB BC CD D(2

11、)(2)C C(3)(3)A AB BD D 类别类别比较比较静摩擦力静摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力不不同同点点能量的能量的转化方转化方面面在静摩擦力做功的在静摩擦力做功的过程中，只有机械过程中，只有机械能从一个物体转移能从一个物体转移到另一个物体到另一个物体( (静静摩擦力起着传递机摩擦力起着传递机械能的作用械能的作用) )，而，而没有机械能转化为没有机械能转化为其他形式的能量其他形式的能量(1)(1)相互摩擦的物体通相互摩擦的物体通过滑动摩擦力做功，将过滑动摩擦力做功，将部分机械能从一个物体部分机械能从一个物体转移到另一个物体转移到另一个物体(2)(2)部分机械能转化为部分机械能转化为内能，

12、此部分能量就是内能，此部分能量就是系统机械能的损失量系统机械能的损失量三三. .摩擦力做功特点摩擦力做功特点 类别类别比较比较静摩擦力静摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力不不同同点点一对摩擦一对摩擦力的总功力的总功方面方面一对静摩擦一对静摩擦力所做功的力所做功的代数总和等代数总和等于零于零一对相互作用的滑动摩擦力对一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功，等于摩物体系统所做的总功，等于摩擦力与两个物体相对路程的乘擦力与两个物体相对路程的乘积，即积，即W WFfFfF Ff fl l相对相对，表示，表示物体克服摩擦力做功，系统损物体克服摩擦力做功，系统损失的机械能转变成内能失的机械能转变成内能相相同

13、同点点正功、负正功、负功、不做功、不做功方面功方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功可以不做功针对训练针对训练关于摩擦力做功的下列说法中不正确的是关于摩擦力做功的下列说法中不正确的是( )( )( (不定项不定项) )A.A.滑动摩擦力阻碍物体的相对运动滑动摩擦力阻碍物体的相对运动, ,一定做负功一定做负功B.B.静摩擦力起着阻碍物体的相对运动趋势的作用静摩擦力起着阻碍物体的相对运动趋势的作用, ,一一定不做功定不做功C.C.静摩擦力和滑动摩擦力一定做负功静摩擦力和滑动摩擦力一定做负功D.D.系统内两物体间相互作用的一对摩擦力做功的总和系统内两物

14、体间相互作用的一对摩擦力做功的总和恒等于零恒等于零ABCDABCD6 6如图如图5 54 42 2所示，木块所示，木块A A放在木放在木块块B B的左端，用恒力的左端，用恒力F F将将A A拉至拉至B B的的右端，第一次将右端，第一次将B B固定在地面上，固定在地面上，F F做功为做功为W W1 1，产生的热量为，产生的热量为Q Q1 1；第二次让；第二次让B B可以在可以在光滑地面上自由滑动，光滑地面上自由滑动，F F做的功为做的功为W W2 2，产生的热量，产生的热量 为为Q Q2 2，则应有，则应有 ( () )A AW W1 1W W2 2，Q Q1 1Q Q2 2B BW W1 1W

15、 W2 2，Q Q1 1Q Q2 2C CW W1 1W W2 2，Q Q1 1Q Q2 2 D DW W1 1W W2 2，Q Q1 1Q Q2 2A A尝试应用尝试应用四四. .对能量守恒定律的理解和应用对能量守恒定律的理解和应用1.1.对定律的理解对定律的理解 (1)(1)某种形式的能减少某种形式的能减少, ,一定存在其他形式的能一定存在其他形式的能 增加增加, ,且减少量和增加量一定相等且减少量和增加量一定相等. . (2) (2)某个物体的能量减少某个物体的能量减少, ,一定存在其他物体的一定存在其他物体的 能量增加能量增加, ,且减少量和增加量一定相等且减少量和增加量一定相等. .

16、 这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本 思路思路. .2.2.应用定律解题的步骤应用定律解题的步骤 (1)(1)分清有多少形式的能如动能、势能分清有多少形式的能如动能、势能( (包括重包括重 力势能、弹性势能、电势能力势能、弹性势能、电势能) )、内能等在变化、内能等在变化. .7NBA篮球赛非常精彩，吸引了众多观众经常有这篮球赛非常精彩，吸引了众多观众经常有这样的场面：在终场前样的场面：在终场前0.1 s，运动员把球投出且准确命，运动员把球投出且准确命中，获得比赛的胜利如果运动员投篮过程中对篮球中，获得比赛的胜利如果运动员投篮过程中对篮球做功为做功

17、为W，出手高度，出手高度(相对地面相对地面)为为h1，篮筐距地面高度，篮筐距地面高度为为h2，球的质量为，球的质量为m，空气阻力不计，则篮球进筐时，空气阻力不计，则篮球进筐时的动能表达式是的动能表达式是()AWmgh1mgh2 BWmgh2mgh1Cmgh1mgh2W Dmgh2mgh1WA A尝试应用尝试应用8.8.如图所示如图所示, ,分别用恒力分别用恒力F F1 1 F F2 2先后将质量为先后将质量为m m的物的物体由静止开始沿同一粗糙的固定斜面由底端拉至体由静止开始沿同一粗糙的固定斜面由底端拉至顶端顶端, ,两次所用时间相同两次所用时间相同, ,第一次力第一次力F F1 1沿斜面向上

18、沿斜面向上, ,第二次力第二次力F F2 2沿水平方向沿水平方向, ,则两个过程则两个过程( )( )A.A.合外力做的功相同合外力做的功相同B.B.物体机械能变化量相同物体机械能变化量相同C.FC.F1 1做的功与做的功与F F2 2做的功相同做的功相同D.FD.F1 1做的功比做的功比F F2 2做的功多做的功多解析解析: :两次物体运动的位移和时间相等两次物体运动的位移和时间相等, ,则两次的加速度相等则两次的加速度相等, ,末速度也应相等末速度也应相等, ,则物体的机械能变化量相等则物体的机械能变化量相等, ,合力做功也合力做功也应相等应相等, ,用用F F2 2拉物体时拉物体时, ,

19、摩擦力做功多些摩擦力做功多些, ,两次重力做功相两次重力做功相等等, ,由动能定理知由动能定理知, ,用用F F2 2拉物体时拉力做功多拉物体时拉力做功多. .答案答案:AB:AB9.9.如图所示如图所示, ,传送带与水平面之间的夹角为传送带与水平面之间的夹角为=30=30, ,其其上上A A B B两点间的距离为两点间的距离为l=5 m,l=5 m,传送带在电动机的传送带在电动机的带动下以带动下以v=1 m/sv=1 m/s的速度的速度匀速运动匀速运动, ,现将一质量为现将一质量为m=10 kgm=10 kg的小物体的小物体( (可视为质点可视为质点) )轻放在传送带的轻放在传送带的A A点

20、点, ,已已知小物体与传送带之间的动摩擦因数为知小物体与传送带之间的动摩擦因数为 在传在传送带将小物体从送带将小物体从A A点传送到点传送到B B点的过程中点的过程中, ,求求: :3,2(1)(1)传送带对小物体做的功传送带对小物体做的功. .(2)(2)电动机做的功电动机做的功.(g.(g取取10 m/s2)10 m/s2)解析解析:(1)根据牛顿第二定律知根据牛顿第二定律知,mgcos-mgsin=ma.可得可得a= g=2.5 m/s2.当物体的速度为当物体的速度为1 m/s时时,位移为位移为l1= =0.2 m.即物体匀速运动了即物体匀速运动了4.8 m.由功能关系可得由功能关系可得

21、W=Ek+Ep=255 J.22va (2)电动机做功使小物体机械能增加电动机做功使小物体机械能增加,同时小物体与传送带间同时小物体与传送带间因摩擦产生热能因摩擦产生热能Q.而由而由v=at,得得t=0.4 s.相对位移为相对位移为l=vt-l1=0.2 m,摩擦生热摩擦生热Q=Ffl=mglcos=15 J.故电动机做的功为故电动机做的功为270 J.答案答案:(1)255 J (2)270 J10.10.如图所示，某人乘雪橇沿雪坡经如图所示，某人乘雪橇沿雪坡经A A点滑至点滑至B B点，接着沿水点，接着沿水平路面滑至平路面滑至C C点停止人与雪橇的总质量为点停止人与雪橇的总质量为70 kg

22、.70 kg.表中记录表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解决了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解决下列问题：下列问题：( (g g10 m/s10 m/s2 2) )位置位置A AB BC C速度速度(m/s(m/s) )2.02.012.012.00 0时刻时刻(s)(s)0 04 41010(1)(1)人与雪橇从人与雪橇从A A到到B B的过程中，损失的机械能为多少？的过程中，损失的机械能为多少？(2)(2)设人与雪橇在设人与雪橇在BCBC段所受阻力恒定，求阻力大小段所受阻力恒定，求阻力大小尝试应用尝试应用11.11.如图如图1010所示所示, ,有一个可视

23、为质点的质量为有一个可视为质点的质量为m m=1 kg=1 kg的小物块的小物块, ,从光从光滑平台上的滑平台上的A A点以点以v v0 0=2 m/s=2 m/s 的初速度水平抛出的初速度水平抛出, ,到达到达C C点时点时, ,恰好沿恰好沿C C点的切线方向进入固定在水平地面上的光滑圆弧轨道点的切线方向进入固定在水平地面上的光滑圆弧轨道, ,最后小物块最后小物块滑上紧靠轨道末端滑上紧靠轨道末端D D 点的质量为点的质量为M M=3 kg=3 kg的长木板的长木板. .已知木板上表面已知木板上表面与圆弧轨道末端切线相平与圆弧轨道末端切线相平, ,木板下表面与水平地面之间光滑木板下表面与水平地面之间光滑, ,小物块小物块与长木板间的动摩擦因数与长木板间的动摩擦因数=0.3,=0.3,圆弧轨道的半径为圆弧轨道的半径为R R=0.4 m,=0.4 m,C C点和点和圆弧的圆心连线与竖直方向的夹角圆弧的圆心连线与竖直方向的夹角=60=60, ,不计空气阻力不计空气阻