高考物理一轮复习专题五机械能第4讲功能关系能量转化与守恒定律

第4讲功效关系、能量转化与守恒定律1/33考点1功效关系1.能概念：一个物体能对外做功，这个物体就含有______.2.功效关系：(1)功是_________量度，即做了多少功就有__________发生了转化.能量能量转化多少能量(2)做功过程一定伴伴随___________，而且___________必经过做功来实现.能量转化能量转化

功是反应物体间在相互作用过程中能量变化多少物理量，功是过程量，它与一段位移相联络；能是用来反应物体做功本事物理量，它反应了物体一个状态，故能是状态量，它与某个时刻(或某一位置)相对应.2/33考点2能量守恒定律

1.内容：能量既不会毁灭，也__________，它只会从一个形式________为其它形式，或者从一个物体________到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量总量__________. 2.表示式：(1)E初＝________，初状态各种能量总和等于末状态各种能量总和.不会创造转化转移

(2)ΔE减＝________，增加那些能量总和等于降低那些能量总和.保持不变E末ΔE增3/33

【基础自测】

1.(多项选择)在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员强项.质量为m跳水运动员入水后受到水阻力而竖直向下做减速运动，设水对他阻力大小恒为F.那么在他减速下降深度为h)过程中，以下说法正确是(g为当地重力加速度)( A.他动能降低了Fh

B.他重力势能降低了mgh

C.他动能降低了(F－mg)h

D.他机械能降低了(F－mg)h

答案：BC4/33

2.(年湖北襄阳大联考)用恒力

F竖直向上拉一物体，使其由地面处开始加速上升到某一高度.若该过程空气阻力不能忽略，则以下说法正确是()

A.力F做功和阻力做功之和等于物体动能增量 B.重力所做功等于物体重力势能增量 C.力F做功和阻力做功之和等于物体机械能增量 D.力F、重力、阻力三者协力所做功等于物体机械能增量

答案：C5/33

3.(年新课标Ⅲ卷)如图5-4-1所表示，一质量为m，长度为l均匀柔软细绳PQ竖直悬挂.用外力将绳下端Q迟缓地竖直向上拉起至M点，M点与绳上端图5-4-1答案：A6/33

4.一木块静止在光滑水平面上，被一水平方向飞来子弹击中，子弹进入木块深度为2cm，木块相对于桌面移动了1cm.设木块对子弹阻力恒定，则产生热能和子弹损失动能之比是多少？7/33各种力做功对应能改变定量关系协力做功动能改变协力对物体做功等于物体动能增量W合＝Ek2－Ek1热点1判断各力做功所对应能量转化[热点归纳]常见功效关系：8/33各种力做功对应能改变定量关系重力做功重力势能改变重力做正功，重力势能降低，重力做负功，重力势能增加，且WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2弹簧弹力做功弹性势能改变弹力做正功，弹性势能降低，弹力做负功，弹性势能增加，且W弹＝－ΔEp＝Ep1－Ep2(续表)9/33各种力做功对应能改变定量关系

只有重力、弹簧弹力做功不引发机械能改变机械能守恒ΔE＝0非重力和弹力做功机械能 改变除重力和弹力之外其它力做正功，物体机械能增加；做负功，机械能降低，且W其它＝ΔE(续表)10/33

【典题1】(

年新课标Ⅰ卷)一质量为8.00×104kg太空飞船从其飞行轨道返回地面.飞船在离地面高度1.60×105m处以7.50×103m/s速度进入大气层，逐步减慢至速度为100m/s时下落到地面.取地面为重力势能零点，在飞船下落过程中，重力加速度可视为常量，大小取9.8m/s2.(计算结果保留2位有效数字)(1)分别求出该飞船着地前瞬间机械能和它进入大气层时机械能.

(2)求飞船从离地面高度600m处至着地前瞬间过程中克服阻力所做功，已知飞船在该处速度大小是其进入大气层时速度大小2.0%.11/3312/33(2)飞船高度h′＝600m处机械能为由功效关系得W＝Eh′－E0⑤

式中，W是飞船从高度600m处至着地瞬间过程中克服阻力所做功.由②④⑤式和题给数据解得W＝9.7×108

J.

方法技巧：利用功效关系解题时，应搞清楚重力做什么功，合外力做什么功，除重力、弹力外其它力做什么功，从而判断重力势能或弹性势能、动能、机械能改变.13/33

【迁移拓展】(多项选择)如图5-4-2所表示，一固定斜面倾角为30°，一质量为m小物块自斜面底端以一定初速度沿斜面向上做匀减速运动，加速度大小等于重力加速度大小g.物块)上升最大高度为H，则此过程中，小物块( 图5-4-2A.动能损失了2mgHC.机械能损失了mgHB.动能损失了mgH14/33

解析：小物块沿斜面上滑过程中，依据牛顿运动定律得，mgsin30°＋f＝mg，物块所受滑动摩擦力为f＝0.5mg.依据动能定理，动能损失了f·

Hsin30°＋mgH＝2mgH，选项A正确，B错

Hsin30°＝mgH，选项C正确，D误.由功效关系得机械能损失f·错误.

答案：AC15/33项目静摩擦力滑动摩擦力不同点能量转化方面只有能量转移，没有能量转化现有能量转移，又有能量转化一对摩擦力总功方面一对静摩擦力所做功代数和等于零一对滑动摩擦力所做功代数和为负值，总功W＝－Ff·s相对，等于摩擦产生热量热点2摩擦力做功与能量关系[热点归纳]1.两种摩擦力做功比较：16/33项目静摩擦力滑动摩擦力

相同点(做功角度)两种摩擦力对物体能够做正功、负功，还可以不做功；静摩擦力做正功时，它反作用力一定做负功；滑动摩擦力做负功时，它反作用力可能做正功，可能做负功，还可能不做功；但滑动摩擦力做正功或不做功时，它反作用力一定做负功(续表)17/332.求解相对滑动物体能量问题方法：(1)正确分析物体运动过程，做好受力分析.(2)利用运动学公式，结合牛顿第二定律分析物体速度关系及位移关系.

(3)公式Q＝Ff·s相对中s相对为两接触物体间相对位移，若物体在传送带上做往复运动时，则s相对为总相对旅程.18/33

【典题2】(多项选择)如图5-4-3所表示，质量为m、长度为L小车静止在光滑水平面上，质量为m小物块，放在小车最左端，现用一水平向右恒力F一直作用在小物块上，小物块与小车之间滑动摩擦力为f，经过一段时间后小车运动位移为x，此时小物块刚好滑到小车最右端，则下列说法中正确是()A.此时物块动能为F(x＋L)B.此时小车动能为F(x＋L)图5-4-3C.这一过程中，物块和小车增加机械能为F(x＋L)－fLD.这一过程中，物块和小车因摩擦而产生热量为fL19/33

解析：对小物块分析，水平方向受到拉力F和摩擦力f，答案：CD小车位移为x，物块相对于小车位移为L，则依据动能定理有(F－f)·(x＋L)＝Ek－0，A项错误.小车受到水平向右摩擦力f作用，对地位移为x，依据动能定理一样有fx＝Ek′－0，B项错误.在这一过程，物块和小车增加机械能等于增加动能，即Ek＋Ek′＝F(x＋L)－fL，C项正确.在此过程中外力做功为F(x＋L)，所以系统因摩擦而产生热量为F(x＋L)－[F(x＋L)－fL]＝fL，D项正确.20/33

易错提醒：很多同学错误地认为物体克服摩擦力做功就等于物体摩擦产生热，实际上物体克服摩擦力做功只是等于物体机械能降低许，但物体降低机械能不一定全部生热了，也有可能转化成其它物体机械能.21/33图5-4-4答案：D22/33热点3能量守恒定律应用

[热点归纳] 能量转化问题解题思绪： (1)当包括摩擦力做功，机械能不守恒时，普通应用能转化和守恒定律. (2)解题时，首先确定初末状态，然后分析状态改变过程中哪种形式能量降低，哪种形式能量增加，求出降低能量总和ΔE减与增加能量总和ΔE增，最终由ΔE减＝ΔE增列式求解.23/33考向1包括弹簧能量问题【典题3】如图5-4-5所表示，固定斜面倾角θ＝30°，物体A与斜面之间动摩擦因数为μ＝，轻弹簧下端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于C点，用一根不可伸长轻绳通过轻质光滑定滑轮连接物体A和B，滑轮右侧绳子与斜面平行，A质量为2m＝4kg，B质量为m＝2kg，初始时物体A到C点距离为L＝1m，现给A、B一初速度v0＝3m/s，使A开始沿斜面向下运动，B向上运动，物体A将弹簧压缩到最短24/33后又恰好能弹到C点.已知重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力，整个过程中轻绳一直处于伸直状态，求此过程中：图5-4-5(1)物体A向下运动刚到C点时速度大小.(2)弹簧最大压缩量.(3)弹簧中最大弹性势能.25/3326/33(3)设弹簧最大弹性势能为Epm，由能量守恒定律可得：解得：Epm＝6J.27/33方法技巧：两个或两个以上物体与弹簧组成系统相互作用过程，含有以下特点：(1)能量改变上，假如只有重力和系统内弹簧弹力做功，系统机械能守恒.(2)假如系统每个物体除弹簧弹力外所受合外力为零，则当弹簧伸长或压缩到最大程度时两物体速度相同.(3)当弹簧为自然状态时系统内某一端物体含有最大速度.28/33考向2传送带模型中功效问题

[热点归纳] 求传送带对物体所做功、物体和传送带因为相对滑动而产生热量、因放上物体而使电动机多消耗电能等，常依据功效关系或能量守恒定律求解.29/33

【典题4】(多项选择，年安徽合肥第一中学高三第三阶段考试)如图5-4-6所表示，甲、乙两传送带与水平面夹角相同，都以恒定速率v向上运动.现将一质量为m小物体(视为质点)轻轻放在A处，小物体在甲传送带上抵达B处时恰好抵达传送带速率v；在乙传送带上抵达离B处竖直高度为h

C处时抵达传送带速率v，已知B处离地面高度均为H.则在小物体从A到B过程中()图

5-4-630/33A.小物体与甲传送带间动摩擦因数较小B.两传送带对小物体做功相等C.两传送带消耗电能相等D.两种情况下因摩擦产生热量相等

解析：依据公式v2＝2ax，可知物体加速度关系a甲<a乙，再由牛顿第二定律μmgcosθ－mgsinθ＝ma，得知：μ甲<μ乙，故A项正确；传送带对小物体做功等于小物体机械能增加量，动能增加量相等，重力势能增加量也相同，故两传送带对小物体做功相等，故B项正确；由摩擦生热Q＝fs相对知，