功能关系PPT教学课件

1、5.4 功能关系 能量守恒定律知 识 精 要一功能关系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,而且能的转化必通过做功来实现.2.几种常见力的功与能量转化的关系.(1)重力做功:重力势能和其他能相互转化.(2)弹簧弹力做功:弹性势能和其他能相互转化.(3)滑动摩擦力做功:机械能转化为内能.(4)电场力做功:电势能与其他能相互转化.(5)安培力做功:电能和机械能相互转化.二能量守恒定律1.内容.能量既不会消灭,也不会创生,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.应用能量守恒的两条基本思路(1)某种形式的能

2、减少,一定存在另一种形式的能增加,且减少量和增加量相等.(2)某个物体的能量减少,一定存在另一个物体的能量增加且减少量和增加量相等.双 基 精 练1.对于功和能,下列说法正确的是( )A.功和能的单位相同,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C.做了多少功,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,且在转化的过程中,能的总量是守恒的答案:BCD2.关于摩擦力做功的下列说法中不正确的是( )A.滑动摩擦力阻碍物体的相对运动,一定做负功B.静摩擦力起着阻碍物体的相对运动趋势的作用,一定不做功C.静摩擦力和滑动摩擦力一定做负功D.系统内两物体间相互作用的一对摩擦力做功的

3、总和恒等于零答案:ABCD解析:功的计算公式W=Fscos中的s是指相对于地面的位移,滑动摩擦力和静摩擦力仅起阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势)的作用,它与物体对地“绝对位移”的方向既可能相同也可能相反,说它们一定做负功是错误的.物体间有静摩擦力作用时两物体相对静止,物体可以对地移动,所以静摩擦力也可能做功.物体间有相对滑动时,伴随机械能的损耗(转化为内能),所以一对滑动摩擦力做功的总和恒为负值.3.如所示,质量为m的物体(可视为质点)以某一速度从A点冲上倾角为30的固定斜面,其运动的加速度为g ,此物体在斜面上上升的最大高度为h,则在这个过程中物体( )A.重力势能增加了mghB.重力势

4、能增加了mghC.动能损失了mghD.机械能损失了mgh答案:BD4.(2008高考广东卷)运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程.将人和伞看成一个系统,在这两个过程中,下列说法正确的是( )A.阻力对系统始终做负功B.系统受到的合外力始终向下C.重力做功使系统的重力势能增加D.任意相等的时间内重力做的功相等解析:本题主要考查功的计算公式及重力做功与重力势能变化的关系,阻力的方向总与运动方向相反,故阻力总做负功,A项正确;运动员加速下降时,合外力向下,减速下降时合外力向上,B项错误;重力做功使系统重力势能减小,C项错误;由于做变速运动,任意相等时间内的下落高度h不相等,所以重力做功W=mg

5、h不相等,D项错误.答案:A疑 难 精 讲疑难点一.比较静摩擦力做功与滑动摩擦力做功的特点和两种摩擦力做功与机械能内能间转化的关系.名师在线: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)在静摩擦力做功的过程中,有机械能的相互转移,而没有机械能转化为其他形式的能;(3)相互摩擦的系统内,一对静摩擦力所做的总功为零.2.滑动摩擦力做功的特点(1)滑动摩擦力可以对物体做正功,也可以做负功,还可以不做功;(2)相互间存在滑动摩擦力的系统内,一对滑动摩擦力做功将产生两方面的可能效果:相互摩擦的物体之间部分机械能转移,另有部分机械能转化为内能;机械能全部转化为内能.(

6、3)在相互摩擦的系统内,一对滑动摩擦力对系统做的总功总是负值,其绝对值等于滑动摩擦力Ff与相对位移x相的乘积,恰等于系统损失的机械能,亦即等于转化成的内能,可写成Q=Ffx相.名师提示:一对相互作用的滑动摩擦力做功所产生的热量Q=Ffx相对,其中x相对是物体间相对路径长度,如果两物体同向运动,x相对为两物体对地位移大小之差;如果两物体反向运动,x相对为两物体对地位移大小之和;如果一个物体相对另一物体做往复运动,则x相对为两物体相对滑行路径的总长度.疑难点二.机械能守恒定律与能量守恒定律有什么区别和联系?名师在线:机械能守恒定律是机械能之间的相互转化(包括动能重力势能和弹性势能),是有条件的(只

7、有重力和弹簧的弹力做功),是能量守恒的一个特例;能量守恒定律是自然界中客观存在的一个普遍规律,包括各种形式的能(如机械能电势能内能磁场能核能)的转化,是无条件的.名师提示:应用能量守恒定律解决有关问题,关键是准确分析有多少种形式的能在变化,求出减少的能量总和E减和增加的能量总和E增,然后再依据E减=E增列式求解.易 错 点 拨易错点一不清楚功和能量转化的关系导致出错自我诊断1(2009长沙模拟)如图所示,质量为m的物体在水平传送带上由静止释放,传送带由电动机带动,始终保持以速度v匀速运动,物体与传送带间的动摩擦因数为,物体最后能保持与传送带相对静止,对于物体从开始释放到相对静止这一过程,下列说

8、法正确的是( )A.电动机多做的功为mv2B.摩擦力对物体做的功为mv2C.传送带克服摩擦力做的功为mv2D.电动机增加的功率为mgv答案:D解析:由能量守恒,电动机做的功等于物体获得的动能和由于摩擦而产生的热量,故A错.对物体受力分析知,仅有摩擦力对物体做功,由动能定理知,B错;传送带克服摩擦力做功等于摩擦力与传送带对地位移的乘积,而易知这个位移是木块对地位移的两倍,即W=mv2,故C错;由功率公式易知电动机增加的功率为mgv,故D对.易错点二分析物理过程不完整导致出错自我诊断2如图所示,一轻弹簧左端固定在长木板M的左端,右端与小木块m连接,且mM及M与地面间接触面光滑.开始时m和M均静止,

9、现同时对mM施加等大反向的水平恒力F1和F2.在两物体开始运动以后的整个运动过程中,对mM和弹簧组成的系统(整个过程弹簧形变不超过其弹性限度),下列说法正确的是( ) A.由于F1F2等大反向,故系统机械能守恒B.由于F1F2分别对mM做正功,故系统的动能不断增加C.由于 F1F2分别对mM做正功,故系统的机械能不断增加D.当弹簧弹力大小与F1F2大小相等时,mM的动能最大答案:D解析:在F1F2作用下,m与M先分别向右左做加速运动(F1=F2kx时),再做减速运动(F1=F20,即FF,故F做正功多于克服摩擦力做功,机械能增大.答案:A题型二摩擦力做功与能的转化的关系 【例2】电机带动水平传

10、送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,如图5-4-5所示.若小木块与传送带之间的动摩擦因数为,当小木块与传送带相对静止时,求: (1)小木块的位移;(2)传送带转过的路程;(3)小木块获得的动能;(4)摩擦过程产生的摩擦热;(5)电机带动传送带匀速传动输出的总能量.解析:木块刚放上时速度为零,必然受到传送带的滑动摩擦力作用,做匀加速直线运动,达到与传送带共速后不再相对滑动,整个过程中木块获得一定的能量,系统要产生摩擦热.对小木块,相对滑动时由ma=mg得加速度a=g.(注意,Q=Ek是一种巧合,不是所有的问题都这样)(5)由能量守恒定律得,电机输出的总能量转化为小木块的

11、动能与摩擦热,所以E总=Ek+Q=mv2. 方法总结:求解物体在传送带上运动的问题时,首先要正确分析物体的运动过程,一般都是先加速后匀速;作好受力情况分析,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,再利用Q=Ffx相对求摩擦生热,利用功能关系求功.创新预测2 如图5-4-6所示,传送带与水平面之间的夹角为=30,其上AB两点间的距离为l=5 m,传送带在电动机的带动下以v=1 m/s的速度匀速运动,现将一质量为m=10 kg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之间的动摩擦因数为 在传送带将小物体从A点传送到B点的

12、过程中,求: (1)传送带对小物体做的功.(2)电动机做的功.(g取10 m/s2)解析:(1)根据牛顿第二定律知,mgcos-mgsin=ma.可得a=g=2.5 m/s2.当物体的速度为1 m/s时,位移为l1= =0.2 m.即物体匀速运动了4.8 m.由功能关系可得W=Ek+Ep=255 J. (2)电动机做功使小物体机械能增加,同时小物体与传送带间因摩擦产生热能Q.而由v=at,得t=0.4 s.相对位移为l=vt-l1=0.2 m,摩擦生热Q=Ffl=mglcos=15 J.故电动机做的功为270 J.答案:(1)255 J (2)270 J题型三能量守恒定律的应用 【例3】 煤石

13、油天然气等常规能源随着人类的开采正在急剧减少,并且造成了对生态环境的巨大破坏,因此,新型清洁能源的开发利用成为人类的重点课题.风能作为一种清洁能源,对环境的破坏小,可再生,将成为人类未来大规模应用的能源之一.假设某地区的平均风速是6.0 m/s,已知空气密度是1.2 kg/m3,此地有一风车,它的车叶转动时可以形成半径为20 m的圆面 ,假如这个风车能将此圆面内10%的气流的动能转变为电能.问: (1)在圆面内,每秒冲击风车车叶的气流的动能是多少?(2)这个风车平均每秒内发出的电能是多少?答案:(1)1.63105 J (2)1.63104 J解析:(1)在1 s内,能和车叶发生作用的气流体积

14、V=vS=vr2.则这股气流的动能将rv值代入上式得Ek=1.63105 J.(2)每秒得到的电能为E=Ek=1.63104 J.方法总结:应用能量守恒定律解题的基本步骤:(1)确定研究对象及过程,并作好受力分析.(2)分析有哪些力做功,哪些力不做功,做功的结果导致了哪些能量增加,哪些能量减少.(3)减少的能量一定等于增加的能量,据此列出等式:E减=E增.创新预测3 某海湾共占面积1.0107m2,涨潮时平均水深20 m,此时关上水坝闸门,可使水位保持20 m不变.退潮时,坝外水位降至18 m(如图5-4-7).利用此水坝建立一座水力发电站,重力势能转化为电能的效率为10%,每天有两次涨潮,该

15、电站每天能发出多少电能?(g取10 m/s2,不计发电机的能量损失)答案:41010 J解析:退潮时,由坝内流向坝外的水的质量m=V=Sh=11031107(20-18) kg.该过程中重力势能的减少量:Ep减=两次涨潮退潮势能共减少:Ep=2mg ,故每天发的电能E电=Ep10%=11031107210 210% J=41010 J.高 效 作 业1.如图5-4-8所示,在粗糙斜面顶端固定轻弹簧的一端,另一端挂一物体,物体在A点处于平衡状态.现用平行于斜面向下的力拉物体,第一次直接拉到B点,第二次将物体先拉到C点,再回到B点,在这两次过程中下列说法正确的是( )A.重力势能的改变量相等B.弹

16、性势能的改变量相等C.摩擦力对物体做的功相等D.弹簧弹力对物体做的功相等答案:ABD解析:两次初末位置相同,所以重力和弹簧的弹力做的功是相同的,此题中滑动摩擦力始终做负功,大小为摩擦力乘路程,与路径有关,所以两次摩擦力做功不同.2.一竖直弹簧下端固定于水平地面上,小球从弹簧的正上方高为h的地方自由下落到弹簧上端,如图5-4-9所示,经几次反弹以后小球落在弹簧上静止于某一点A,则( )A.h愈大,弹簧在A点的压缩量愈大B.弹簧在A点的压缩量与h无关C.小球第一次到达A点时的速度与h无关D.h愈小,小球第一次到达A点时的速度愈大答案:B解析:小球静止于某点A时满足mg=kx,x是弹簧的压缩量,x的

17、大小为x= ,与下落高度h无关,故B对A错;由机械能守恒知,mg(h+x)=Ep mv2,Ep一定,弹簧的压缩量x一定,故h越大,小球第一次到达A点的速度越大,选项CD错误.3.如图5-4-10所示,一轻质弹簧一端固定在墙上的O点,另一端可自由伸长到B点.今使一质量为m的小物体靠着弹簧,将弹簧压缩到A点,然后释放,小物体能在水平面上运动到C点静止,已知AC=L;若将小物体系在弹簧上,在A点由静止释放,则小物体将做阻尼振动直到最后静止,设小物体通过的总路程为x,则下列说法中可能的是( )A.xL B.x=LC.x0,WF=Ep+Ek,Ek=0,所以Ep0,即绳的重力势能增加,所以重心升高.7.滑

18、块以速率v1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v2v1,若滑块向上运动的位移中点为A,取斜面底端所在水平面的重力势能为零,则( )A.上升时机械能减小,下降时机械能增大B.上升时机械能减小,下降时机械能也减小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点下方答案:BC解析:由v2v1,需要考虑摩擦力,故无论上升还是下降,机械能都是减少的,故选项B是正确的.设滑块上升的最大高度为h,上升过程中克服摩擦力做功为W摩,由动能定理得mgh+W摩=mv21.设上升过程动能和势能相等的高度为h,此时滑块速度为v,克服摩擦力做功为W摩,由动

19、能定理得mgh+W摩=mv21-mv2,由题意知,mgh=mv2,则2mgh+W摩=mv21,根据W摩,即动能与势能相等的位置在A点上方,C正确.8.如图5-4-14所示,分别用恒力F1F2先后将质量为m的物体由静止开始沿同一粗糙的固定斜面由底端拉至顶端,两次所用时间相同,第一次力F1沿斜面向上,第二次力F2沿水平方向,则两个过程( )A.合外力做的功相同B.物体机械能变化量相同C.F1做的功与F2做的功相同D.F1做的功比F2做的功多答案:AB解析:两次物体运动的位移和时间相等,则两次的加速度相等,末速度也应相等,则物体的机械能变化量相等,合力做功也应相等,用F2拉物体时,摩擦力做功多些,两

20、次重力做功相等,由动能定理知,用F2拉物体时拉力做功多.9.如图5-4-15所示,水平面上的轻弹簧一端与物体相连,另一端固定在墙上的P点,已知物体的质量为m=2.0 kg,物体与水平面间的动摩擦因数=0.4,弹簧的劲度系数k=200 N/m.现用力F拉物体,使弹簧从处于自然状态的O点由静止开始向左移动10 cm.这时弹簧具有弹性势能Ep=1.0 J,物体处于静止状态,若取g=10 m/s2,则撤去外力F后( )A.物体向右滑动的距离可达到12.5 cmB.物体向右滑动的距离一定小于12.5 cmC.物体回到O点时速度最大D.物体到达最右端时动能为零,系统机械能不为零答案:BD解析:当物体向右运

21、动至O点过程中,弹簧的弹力向右.由牛顿第二定律可知,kx-mg=ma(x为弹簧的伸长量),当a=0时,物体速度最大,此时kx=mg,弹簧仍处于伸长状态,故C错误.当物体至O点时,由Ep-mg0.1=mv2可知,物体至O点的速度不为零,将继续向右压缩弹簧,由能量守恒可得,Ep=mgs+Ep,因Ep0,所以s12.5cm,A错误,B正确.物体到达最右端时,动能为零,但弹簧有弹性势能,故系统的机械能不为零,D正确.二非选择题10.如图5-4-16所示,斜面的倾角为,质量为m的滑块距挡板P的距离为x0,滑块以初速度v0沿斜面上滑,滑块与斜面间的动摩擦因数为,滑块所受摩擦力小于重力沿斜面向下 的分力.若

22、滑块每次与挡板相碰均无机械能损失,求滑块经过的总路程.解析:滑块最终要停在斜面底部,设滑块经过的总路程为x,对滑块运动的全程应用功能关系,全程所产生的热量为Q=mv20+mgx0sin,又全程产生的热量等于克服摩擦力所做的功,即Q=mgxcos,11.如图5-4-17所示,已知轻弹簧发生弹性形变时所具有的弹性势能Ep=kx2,其中k为弹簧的劲度系数,x为其形变量.现有质量为m1的物体与劲度系数为k的轻弹簧相连并静止地放在光滑的水平桌面上,弹簧的另一端固定,按住物块m1,弹簧处于自然长度,在m1的右端连一细线并绕过光滑的定滑轮接一个挂钩.现在将质量为m2的小物体轻轻地挂在挂钩上,设细线不可伸长,

23、细线挂钩滑轮的质量及一切摩擦均不计,释放m1,求:(1)m1速度达最大值时弹簧伸长的长度;(2)m2的最大速度值. 解析:(1)FT-kx=m1am2g-FT=m2a由得m2g-kx=(m1+m2)a当a=0时,m1m2速率达最大值,所以x (2)系统机械能守恒,以弹簧原长处为弹性势能零点,m2刚挂上时的位置为重力势能零点,则系统初态机械能为零,故有:(m1+m2)v2+kx2-m2gx=0将式代入式解得v 故m2的最大速度v12.飞机场上运送行李的装置为一水平放置的环形传送带,传送带的总质量为M,其俯视图如图5-4-18所示,现开启电动机,传送带达到稳定运行的速度v后,将行李依次轻轻放到传

24、送带上.若有n件质量均为m的行李需通过传送带运送给旅客,假设在转弯处行李与传送带无相对滑动,忽略皮带轮电动机损失的能量,求从电动机开启,到运送完行李需要消耗的电能为多少? 黄花岗七十二烈士事略序 孙中山 黄花岗起义简介：1911年，孙中山、黄兴等同盟会革命党人决定相机在广州起义。起义前夜由于消息泄露，广州城内风声鹤唳，形势十分严峻，黄兴临时决定于4月27日发动起义。1911年4月27日下午5时30分，在满清专制统治下的广州，响起了革命军举义的枪声，黄兴等一百多个志士，在敌强己弱的情况下，毅然决然地向当时的两广总督衙门发起进攻，史称广州起义（黄花岗起义）。双方展开激战。由于种种原因，四路人马中有

25、三路未能按时策应，起义军势孤力单、众寡悬殊，革命党人牺牲甚多，起义惨遭失败。黄花岗之役死难烈士共100多人，事后收殓烈士遗体72具。1921年5月5日，孙中山就任非常大总统；8月10日，国会非常会议通过出师北伐的决议，并咨请孙中山宣布军阀徐世昌罪状，明令出师讨伐，以谋国家之统一。 1921年12月应邹鲁的请求为黄花岗七十二烈士事略一书写的序言。写作背景文体介绍书序一般是说明写书的意图、经过，或介绍、评价书的内容。这篇序却不是就书论书，而是就书以评史论世，借序以“勖国人”。本文写于作者督师桂林准备北上讨伐北洋军阀之际，下定决心要“扫除中国一切政治上社会上旧染之污，而再造一庄严华丽之新民国”。于是

26、写成了一篇借先烈之伟大精神以鼓舞士气、激励民心的战斗檄文。也可以说是一篇弘扬先烈革命精神，进行战斗动员的出征誓言。听读课文课文字词艰难险巇坚毅不挠踬踣者屡吾党菁华全国久蛰之人心怒涛排壑民国肇造一抔土湮没墓碣编纂以史迁之善传游侠贼氛方炽杌陧之象并以为国人之读兹编者勖XnoZh bjngzhhzhopuynjizunzhunchW ni x研习文章第一段：赞颂革命党人英勇顽强的斗争精神，申述黄花岗起义的不朽价值，抒发对烈士沉痛的悼念之情。第一段以抒情为主，兼有记叙和议论读第一段，思考：在这一段中作者 “痛”什么？（用文中具体语句回答）黄花岗“起义”以失败告终，为什么作者却要强调它与成功的“武昌之役”是“并寿”的呢? （在原文中找出你的理由）这当中包含作者怎样的感情？第二段：记叙因时局不宁，致使烈士们的英雄事迹不得流传的事实，表现了作者巨大的悲痛。第二段以记叙为主，兼有议论和抒情读第二段，思考：在本段中作者又“痛”什么？“七年” “始有墓碣之建修