【名师点金】高考物理一轮复习 5.4功能关系能的转化与守恒定律课件 新人教

第4讲功能关系能的转化与守恒定律知识建构技能建构1.能量能量是反映物体能够对外①做功本领大小的物理量.一、能的概念知识建构技能建构2.能量的种类一切物体都具有能量,在高中物理中涉及的能量形式有:动能、重力

(引力)势能、弹性势能、机械能、电势能、②分子势能、③内能、

④光能、⑤核能等.二、功能关系1.内容(1)功是⑥能量转化的量度,即做了多少功就有⑦多少能量发生了转

化.(2)做功的过程一定伴随着⑧能量的转化,而且⑨能量的转化必通过

做功来实现.知识建构技能建构2.功与对应能量的变化关系功能量的变化合外力做正功⑩动能增加重力做正功

重力势能减少弹簧弹力做正功

弹性势能减少电场力做正功

电势能减少分子力做正功

分子势能减少其他力(除重力、弹力)做正功

机械能增加一对滑动摩擦力做的总功为负功

内能增加知识建构技能建构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.三、能量守恒定律知识建构技能建构2.表达式:ΔE减=

ΔE增.注意:ΔE增为末状态的能量减去初状态的能量,而ΔE减为初状态的能

量减去末状态的能量.三、能量守恒定律知识建构技能建构1.上端固定的一根细线下面悬挂一摆球,摆球在空气中摆动,摆动的

幅度越来越小,对此现象下列说法正确的是

(

)A.摆球机械能守恒B.总能量守恒,摆球的机械能正在减少,减少的机械能转化为内能C.能量正在消失D.只有动能和重力势能的相互转化【解析】由于空气阻力的作用,机械能减少,机械能不守恒,内能增

加,机械能转化为内能,能量总和不变,B正确.【答案】B知识建构技能建构2.如图所示,一木块放在光滑水平面上,一子弹水平射入木块中,射入

深度为d,平均阻力为Ff.设木块离原点s远时开始匀速前进,下列判断

正确的是

(

)A.Ff

s量度子弹损失的动能B.Ff

d量度子弹损失的动能C.Ff(s+d)量度子弹损失的动能D.Ff

d量度子弹、木块系统总机械能的损失【解析】对子弹用动能定理,有:-Ff(s+d)=

mv2-

m

,所以子弹损失的动能为Ff(s+d),C正确,A、B错误;对木块用动能定理,有:Ff·s=

Mv2-0,所以Ffd=

m

-(

mv2+

Mv2),故D正确.【答案】CD知识建构技能建构3.某人把原来静止于地面上的质量为2kg的物体向上提起1m,并使

物体获得1m/s的速度,取g=10m/s2,则这个过程中

(

)A.人对物体做功20JB.合外力对物体做功1JC.物体的重力势能增加20JD.物体的机械能增加21J知识建构技能建构项B、C、D均正确.【答案】BCD【解析】把物体向上提起的过程中有两个力对物体做功,人对物

体做正功,重力对物体做负功.物体的动能增加了1J,重力势能增加

了20J,即机械能增加了21J.由功能关系知:人对物体做的功等于物

体机械能的变化,所以人对物体做功21J.由动能定理知:合力对物

体所做的功等于物体动能的变化,所以合外力对物体做功1J,故选知识建构技能建构4.如图所所示,某段段滑雪雪道道倾角为30°,总质量为为m(包括雪具具在内)的的滑雪运动员员从距底端端高为h处的雪道上上由静止开开始匀加速速下滑,加加速度为g.在他从上上向下滑到到底端的过过程中,下下列说法正正确的是()A.运动员员减少的重重力势能全全部转化为为动能B.运动员员获得的动动能为mghC.运动员员克服摩擦擦力做功为为mghD.下滑过过程中系统统减少的机机械能为mgh知识建构技能建构功,机械能不守守恒,减少的势能能没有全部部转化为动动能,而是有mgh转化为内能,故A错误,D正确;由动能定理理知,运动员获得得的动能为为mg×=mgh,故B错误.【答案】D【解析】运动员的加加速度为g,小于gsin30°,所以必受摩摩擦力,且大小为mg,克服摩擦力力做功为mg×=mgh,故C错误;摩擦力做知识建构技能建构一、理解几几种常见的的功能关系系知识建构技能建构例1如图图所示,物物体以100J的的初动能从从斜面底端端向上运动,当它通通过斜面某某点M时,其动能能减少了80J,机械能损损失了32J.若若物体能从斜斜面上返回回底端,则则返回底端端时的动能能为()A.20JB.48JC.60JD.68J知识建构技能建构【名师点金】各种形式的的能可以互互相转化,这些转化是是通过各种种不同力的功来来实现和量量度的.也就说功总总是与能的的转化相对对应.但是性质不同的力力做功时,对能量形式式转化的影影响是不同同的.知识建构技能建构【规范全解】设物体的质质量为m,斜面的倾角角为θ,物体从底端端到M点沿斜面运动动的位移为为s1.对物体做功功的力有两两个:重力力沿斜面的的分力mgsinθ和滑动摩擦擦力F,而且上升的的过程中这这两个力都都对物体做做负功.根据动能定定理可知:动能的减减少量等于于克服这两两个力所做做的功,即即(mgsinθ+F)s1=80J由功能关系系可知:机机械能的减减少量等于于克服滑动动摩擦力所所做的功,即Fs1=32J由以上两式式解得:知识建构技能建构=设物体从斜斜面底端运运动到最高高点位移为为s2,则上升过过程中由动动能定理得:(mgsinθ+F)s2=100J解得:Fs2=40J,即上升升过程中物物体克服滑滑动摩擦力力做了40J的功功因为上升和和下降过程程中物体都都克服滑动动摩擦力做做功,且数数值相等,所以往返一次次克服滑动动摩擦力所所做的总功功为80J.由功功能关系可可知,往返一次机械械能的减少少量等于克克服滑动摩摩擦力所做做的总功,所以物体体返回斜面底底端时机械械能减少了了80J,也就是是说物体的的动能减少少了80J(因为物体体的重力势势能没有变变化),因因此物体返返回斜面底底端时的动动能为20J,本题的的选项A正正确.【答案】A知识建构技能建构方法概述中学阶段经经常会遇到到这样一些些功能关系系:1.重力做做功与重力力势能变化化的关系:重力做功功等于重力力势能变化化的负值,即WG=-ΔEp.知识建构技能建构3.动能定定理:合力力对物体所所做的功等等于物体动动能的变化化,即W合=ΔEk.2.弹簧弹弹力做功与与弹性势能能变化的关关系:弹簧簧弹力做功功等于弹性性势能变化的负负值,即W弹=-ΔEp.4.除重力力(或弹簧簧弹力)以以外的力所所做的功等等于系统机机械能的变变化,即W'=ΔΔE.知识识建建构构技能能建建构构6.一一对对互互为为作作用用力力与与反反作作用用力力的的滑滑动动摩摩擦擦力力做做的的总总功功的的代代数数和和必必不不为零零,用用来来量量度度该该过过程程系系统统由由于于摩摩擦擦而而减减小小的的机机械械能能,也也就就是是系系统统增增加的的内内能能:f·d=Q(d为这这两两个个物物体体间间相相对对移移动动的的路路程程).5.机机械械能能守守恒恒定定律律:当当除除重重力力(或或弹弹簧簧弹弹力力)以以外外的的力力所所做做的的功功等等于于零时时,系系统统的的机机械械能能守守恒恒,即即ΔΔE=0.知识识建建构构技能能建建构构7.电电场场力力做做功功是是电电荷荷电电势势能能的的变变化化的的量量度度.具具体体来来讲讲,电电场场力力对对电电荷荷做正正功功时时,电电荷荷的的电电势势能能减减少少;电电场场力力对对电电荷荷做做负负功功时时,电电荷荷的的电电势势能能增加加,并并且且,电电势势能能增增加加或或减减少少的的数数值值等等于于电电场场力力做做功功的的数数值值.即即W电=-ΔEp电电.知识识建建构构技能能建建构构8.安安培培力力做做功功对对应应着着电电能能与与其其他他形形式式的的能能的的相相互互转转化化,即即W安=-ΔE电.安培培力力做做正正功功,对对应应着着电电能能转转化化为为其他他形形式式的的能能(电电动动机机模模型型);克克服服安安培培力力做做功功,对对应应着着其其他他形形式式的的能能转化化为为电电能能(发发电电机机模模型型);且且安安培培力力做做功功的的绝绝对对值值,等等于于电电能能转转化化的的量值值.知识识建建构构技能能建建构构变式式训训练练1游游乐乐场场中中的的一一种种滑滑梯梯如如图图所所示示.小小朋朋友友从从轨轨道道顶顶端端由由静静止开开始始下下滑滑,沿沿水水平平轨轨道道滑滑动动了了一一段段距距离离后后停停下下来来,则则()A.下下滑滑过过程程中中支支持持力力对对小小朋朋友友做做功功B.下下滑滑过过程程中中小小朋朋友友的的重重力力势势能能增增加加C.整整个个运运动动过过程程中中小小朋朋友友的的机机械械能能守守恒恒D.在在水水平平面面滑滑动动过过程程中中摩摩擦擦力力对对小小朋朋友友做做负负功功知识识建建构构技能能建建构构【规范范全全解解】下滑滑过过程程中中支支持持力力的的方方向向总总与与速速度度方方向向垂垂直直,所以支持力不做功,A错误;越往下滑重力力势能越少,B错误;摩擦力的方向向与速度方向相反反,所以摩擦力做做负功,机械能减少,D正确,C错误.【答案】D知识建构技能建构例2如图所示,电动机带着绷绷紧的传送带带始终以v=2m/s的速度运动,传送带与水平平面间的夹角角θ=30°,现把一质量m=10kg的工件无初速地地放在皮带的的底端,经过一段时间间后,工件被送到高高h=2m的平台上.已知工件与传传送带间的动动摩擦因数μ=,除此之外,不计其他损耗耗.求电动机由于于传送工件多多消耗的电能能.二、灵活应用用功能关系解解题知识建构技能建构【名师点金】以传送带为载载体,不仅可以考查查牛顿运动定定律和运动学的内容,而且可以考查查功和能方面面的知识,涵盖了高中力力学的大部分知识点.在解涉及功能能关系的传送送带问题时,要从物体增加加的机械能和系统增加加的内能两个个角度去求解解电动机多消消耗的电能.知识建构技能建构【规范全解】当工件放上传传送带后,电动机多消耗耗的电能一方方面增加了工件的机机械能,另一方面转化化为工件和传传送带由于摩摩擦产生的内能.产生的内能Q=μmgcosθ·Δs,式中Δs是工件从放上上传送带到与与传送带达到共速的过过程中,工件件相对传送带带的位移.这这段过程中,工件做匀加加速直线运动,设其加速度度为a,持续时间为为t,经位移s1后达到速度v,则μmgcosθ-mgsinθ=mav=ats1=at2联立解得:t=0.8s,s1=0.8m<知识建构技能建构故工件被送到到平台上时速速度为v.这段时间内,传送带运动动的距离s2=vt=1.6m所以Δs=s2-s1=0.8m,从而Q=μmgcosθ·Δs=60J工件增加的机机械能ΔE机=mgh+mv2=220J电动机多消耗耗的电能ΔE电=ΔE机+Q=280J.【答案】280J知识建构技能建构态的动能、势势能等各种形形式的能和力力在过程中的的功,并恰当当地选取相关定理或或定律建立方方程即可求解解.具体分析析方法如下:方法概述由于应用功能能关系和能量量守恒定律分分析问题时,其研究对象象是突出物体或物体体系所经历的的运动过程中中状态和能量量的改变,因因此应重点关注运动动状态变化的的结果和引起起变化的原因因.即弄清始始末状知识建构技能建构1.仔细审题题,重视过程程分析和挖掘掘隐含条件审题就是发现现题中的已知知条件,弄清清题中的物理理过程.在审审题时,对题题中的信息要用用简单的形式式(如符号、、图表、数据据等)有序地地记录下来,并对信息息进行综合分分析、推理、、筛选,既要要明确直接的的、明显的条件,又要挖挖掘间接的、、隐含的条件件.为此要重重视过程分析析,注意题中中的关键字、词词、句,把握握题中的变量量与不变量,多角度、立立体地整合题中信息,从从而通过画运运动草图或速速度时间图象象等方法构建建出一幅已知和未知关关联的物理图图景.知识建构技能建构过程中临界状状态的分析.所有这些如如果都分析清清楚了,一般般说来问题的解决思路也也就明确了.有些复杂问题题往往包含几几个或多个连连续复杂的过过程,这就要要求考生树立善于于将复杂过程程隔离分为若若干个不同阶阶段来处理的的意识,即采用“慢镜镜头”的方法法对每个阶段段初末状态及及每个过程遵遵循的不同物理规律律做深入的分分析,同时要要注意两相邻邻阶段中间状状态,或某知识建构技能建构2.明确对象象,重视受力力与运动的双双重分析明确对象就是是根据题给条条件或所求,灵活选择物物体或物体系系的过程.对象确定后,要重视受力力与运动的双双重分析,即即按照力的性性质(场力、、弹力、摩擦力力、其他力)有序地分析析其全部的受受力,与之同同时,要分析析运动的性质并并注意运动的的连续性和可可能性及其合合成与分解性性,抓住两种运动链接接的关键物理理量(如速度度、位移、加加速度、时间间等),从而为准确解题题打下坚实基基础.知识建构技能建构3.确定过程程,灵活选选用物理规律律解题确定对象和过过程后,就应应在分析的基基础上灵活选选用物理规律律来解题,规律选用的一一般原则是:①对单个物体,宜选用动能定定理;②若是多个物体体组成的系统统,优先考虑守恒定律,尤其是若涉及及系统内物体体的相对位移移(路程)并涉及摩擦力的,要考虑应用能能量守恒定律律.变式训训练2一木块块静止止放在在光滑滑水平平面上上,一颗子子弹沿沿水平平方向向射入木块块,若子弹弹进入入木块块的深深度为为s1,与此同同时木木块沿沿水平平面移移动了了s2,设子弹弹在木木块中中受到到的阻阻力大大小不不变,则在子子弹进进入木木块的的过程程中()知识建建构技能建建构B.子子弹损损失的的动能能与系系统获获得的的内能能之比比为(s1+s2):s1C.木木块获获得的的动能能与系系统获获得的的内能能之比比为s2∶s1D.木木块获获得的的动能能与系系统获获得的的内能能之比比为s1∶s2A.子子弹损损失的的动能能与木木块获获得的的动能能之比比为(s1+s2):s2知识建建构技能建建构【规范全全解】设子弹弹的质质量为为m,射入木木块时时的速速度为为v0,木块的的质量为M.在子弹弹进入入木块块的过过程中中受到到的摩摩擦力力为F,子弹和和木块块相对静止止时的的共同同速度度为v子弹进进入木木块的的过程程中,对子子弹由由动能能定理理得:-F(s1+s2)=mv2-m即子弹弹损失失的动动能等等于它它克服服摩擦擦力所所做的的功由动能能定理理可知知,木木块获获得的的动能能等于于子弹弹作用用在木木块上上的摩摩擦力力对木块块所做做的功功,即即Fs2=Mv2对子弹弹和木木块组组成的的系统统来说说,联联立上上式得得:知识建建构技能建建构Fs2-F(s1+s2)=(M+m)v2-m即:-Fs1=(M+m)v2-m上式式表表明明,摩摩擦擦力力对对系系统统所所做做的的总总功功为为负负功功,总总功功在在数数值值上上等等于于摩摩擦擦力与与子子弹弹和和木木块块间间相相对对位位移移的的乘乘积积,即即W=Fs1.这这一一值值量量度度了了系系统统动动能转转化化为为内内能能的的多多少少,即即Q=Fs1.由由以以上上的的分分析析可可以以看看出出本本题题的的正正确确选项项是是A、、B、、C.【答案案】ABC知识识建建构构技能能建建构构高考考真真题题1(2010年年高高考考··福福建建理理综综卷卷)如如图图甲甲所所示示,质质量量不不计计的的弹弹簧簧竖直直固固定定在在水水平平面面上上,t=0时时刻刻,将将一一金金属属小小球球从从弹弹簧簧正正上上方方某某一一高高度度处由由静静止止释释放放,小小球球落落到到弹弹簧簧上上压压缩缩弹弹簧簧到到最最低低点点,然然后后又又被被弹弹起起离离开弹弹簧簧,上上升升到到一一定定高高度度后后再再下下落落,如如此此反反复复.通通过过安安装装在在弹弹簧簧下下端端的的压力力传传感感器器,测测出出这这一一过过程程弹弹簧簧弹弹力力F随时时间间t变化化的的图图象象如如图图乙乙所所示,则则()知识识建建构构技能能建建构构A.t1时刻刻小小球球动动能能最最大大B.t2时刻刻小小球球动动能能最最大大C.t2~t3这段段时时间间内内,小小球球的的动动能能先先增增加加后后减减少少D.t2~t3这段段时时间间内内,小小球球增增加加的的动动能能等等于于弹弹簧簧减减少少的的弹弹性性势势能能知识识建建构构技能能建建构构【命题题分分析析】本题题涉涉及及弹弹性性势势能能与与其其他他形形式式的的能能的的转转化化问问题题,由于于弹簧簧与与其其相相连连接接的的物物体体构构成成的的系系统统的的运运动动状状态态具具有有很很强强的的综综合合性性和隐隐蔽蔽性性,由于于弹弹簧簧与与其其相相连连接接的的物物体体相相互互作作用用时时涉涉及及的的物物理理概概念念和物物理理规规律律较较多多,因而而多多年年来来,弹簧试题题深受高高考物理理命题专专家们的的青睐.技能建构构【解析提示示】弹簧的弹弹性势能能的变化化,可根据弹弹簧形变变量变化化情况运用公式式Ep=kx2判断.弹簧形变变量增大大,弹性势能能增加;弹簧形变变量减小,弹性势能能减少.知识建构构技能建构构【规范全解解】弹簧的弹弹力F最大时(如题图中中的t2时刻,此时的弹弹力F一定大于于小球的的重力),即弹簧被被压缩到到最短时时,也是小球球的动能能最小时;当弹力F等于小球球的重力力时,小球的动动能最大大;选项A、B均错误;t1~t2这段时间间内,小球在压压缩弹簧簧;t2~t3这段时间间内,小球在上上升,弹簧在恢复形变变;前一段时时间,向上的弹弹力F大于小球球的重力力,小球做加加速运动,动能增加加;后一段时时间,向上的弹弹力F小于小球球的重力力,小球做减减速运动,动能减少少,选项C正确;t2~t3这段时间间内,小球增加加的机械械能等于于弹簧减少少的弹性性势能,选项D错误.【答案】C知识建构构技能建构构考向预测测1如如图所示示,倾角角为θ的直角斜斜面体固固定在水水平地面面上,其其顶端固定定有一轻轻质定滑滑轮,轻轻质弹簧簧和轻质质细绳相相连,一一端接质质量为m2的物块B,物块B放在地面面上且使使滑轮和和物块间间的细绳绳竖直,一端连连接质量为m1的物块A,物块A放在光滑斜面面上的P点保持静止,弹簧和斜面平行,此此时弹簧具有有的弹性势能能为Ep.不计定滑轮轮、细绳、弹弹簧的质量,不计计斜面、滑轮轮的摩擦.已已知弹簧劲度度系数为k,P点到斜面底端的距离为L.现将物块A缓慢斜向上移移动,直到弹弹簧刚恢复原原长时的位置,并由静静止释放物块块A,当物块B刚要离开地面面时,物块A的速度即变为零,求:(1)当物块块B刚要离开地面面时,物块A的加速度.知识建构技能建构(2)在以后后的运动过程程中物块A最大速度的大大小.【解析】(1)B刚要离开地面面时,A的速度恰好为为零,即以后B不会离开地面.当B刚要离开地面面时,地面对对B的支持力为零零,设绳上拉拉力为F.B受力平衡,F=m2g对A,由牛顿第二二定律,设沿沿斜面向上为为正方向F-m1gsinθ=m1a联立解得:a=(-sinθ)g由最初A自由静止在斜斜面上时,地地面对B的支持力不为为零,推得m1gsinθ<m2g,即sinθ<知识建构技能建构故A的加速度大小小为(-sinθ)g,方向沿斜面面向上.(2)由题意意,物块A将以P为平衡位置振振动,当物块块回到位置P时有最大速度,设为vm.从A由静止释放,到A刚好到达P点过程,系统统能量守恒:m1gx0sinθ=Ep+m1当A自由静止在P点时,A受力平衡m1gsinθ=kx0联立解得:vm=.【答案】(1)(sinθ-)g方向沿斜面向向上(2)知识建构技能建构高考真题2A.物块的机机械能逐渐增增加B.软绳的重重力势能共减减少了mglC.物块重力力势能的减少少等于软绳克克服摩擦力所所做的功D.软绳重力力势能的减少少小于其动能能的增加与克克服摩擦力所所做功之和知识建构技能建构【命题分析】本题考查功与与能量变化的的对应关系,功是能量转化化的量度,重力的功等于于重力