高考物理总复习专题5机械能第4讲功能关系能量守恒

第4讲功效关系、能量守恒【考纲解读】1.知道功是能量转化量度，掌握功与对应能量改变关系；2.知道自然界中各种能量转化，并能应用能量守恒定律分析解答相关问题．1/50一、功效关系1．功是___________量度，即做了多少功就有多少能量发生了转化．2．做功过程一定伴伴随__________，而且__________必经过做功来实现．二、能量守恒定律1．内容：能量既不会__________，也不会凭空消失，它只能从一个形式________为另一个形式，或者从一个物体________到别物体，在转化和转移过程中，能量总量__________．2．表示式：(1)E1＝E2；(2)ΔE减＝________.考点O讲堂梳理自查能量转化

能量转化

能量转化

凭空产生

转化

转移

保持不变

ΔE增

2/501．[对功效关系考查](多项选择)(届湖南衡阳检测)如图所表示，固定在水平面上光滑斜面倾角为30°，质量分别为M、m两个物体经过细绳及轻弹簧连接于光滑轻滑轮两侧，斜面底端有一与斜面垂直挡板．开始时用手按住物体M，此时M距离挡板距离为s，滑轮两边细绳恰好伸直，且弹簧处于原长状态．已知M＝2m，空气阻力不计．松开手后，关于二者运动以下说法中正确是()A．M和m组成系统机械能守恒B．当M速度最大时，m与地面间作用力为零C．若M恰好能抵达挡板处，则此时m速度为零D．若M恰好能抵达挡板处，则此过程中重力对M做功等于弹簧弹性势能增加量与物体m机械能增加量之和3/50【答案】BD【解析】因M，m之间有弹簧，故两物体受弹簧弹力做功，机械能不守恒，故选项A错误；M重力分力为Mgsinθ＝mg，物体先做加速运动，当受力平衡时M速度抵达最大，则此时m受拉力为mg，故m恰好与地面间作用力为零，故选项B正确；从m开始运动至M抵达底部过程中，弹力大小一直大于m重力，故m一直做加速运动，M抵达底部时，m速度不为零，故选项C错误；M恰好能抵达挡板处，则此过程中重力对M做功等于弹簧弹性势能增加量与物体m机械能增加量之和，故选项D正确．4/502．[对能量守恒考查](年江西九江检测)秋千是中国古代北方少数民族创造一个运动.春秋时期传入中原地域，因其设备简单，轻易学习，故而深受人们喜爱，很快在各地流行起来．会荡秋千人不用他人推，就能越摆越高，而不会荡秋千人则一直也摆不起来．要使秋千越摆越高，以下做法合理是()A．从高处摆下来时候身体快速下蹲，而从最低点向上摆起时，身体快速直立起来B．从高处摆下来时候身体要保持直立，而从最低点向上摆起时，身体快速下蹲C．不论从高出摆下来还是从低点向上摆起，身体都要保持下蹲D．不论从高处摆下来还是从最低点向上摆起，身体都要保持直立5/50【答案】A【解析】在荡秋千时，是不停地将本身化学能转化成机械能，在向上摆时站起就是将化学能转化成机械能，摆回时又将重力势能转化成动能，选项A正确．6/501．几个常见功效关系及其表示式考点1功效关系了解和应用力做功能改变定量关系协力功动能改变W＝Ek2－Ek1＝ΔEk重力功重力势能改变①重力做正功，重力势能降低②重力做负功，重力势能增加③WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2弹力功弹性势能改变①弹力做正功，弹性势能降低②弹力做负功，弹性势能增加③WF＝－ΔEp＝Ep1－Ep27/50力做功能改变定量关系其它力做功机械能改变①其它力做多少正功(负功)，物体机械能就增加(降低)多少②W＝ΔE一对相互作用滑动摩擦力总功内能改变①作用于系统一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加②Q＝Ff·L相对8/502.应用定律普通步骤9/50例1(届江苏启东中学期中)如图所表示，竖直平面内放一直角杆AOB，杆水平部分粗糙，动摩擦因数为0.20，杆竖直部分光滑，两部分各套有质量分别为2.0kg和1.0kg小球A和B，A、B间用细绳相连，初始位置OA＝1.5m，OB＝2.0m，g取10m/s2，则：(1)若用水平拉力F1沿杆向右迟缓拉A，使之移动0.5m，该过程中拉力F1做功多少？(2)若小球A、B都有一定初速度，A在水平拉力F2作用下，使B由初始位置以1.0m/s速度匀速上升0.5m，此过程中拉力F2做功多少？10/50思绪剖析：(1)小球A、B组成系统为研究对象，受到了哪些外力？它们做功吗？(2)小球A、B组成系统内力做功吗？(3)怎样由功效关系对系统列式？【答案】(1)8J(2)6.8J【解析】从系统来看，拉力F做功一方向使系统内能增加，另首先使系统机械能增加，所以由功效关系直接列式求解．11/50(1)A，B两小球和细绳整体竖直方向处于平衡，A受到水平杆弹力为N＝(mA＋mB)g则A受到摩擦力为Ff＝μ(mA＋mB)g＝6N由几何关系有sB＝0.5m由功效关系，拉力F1做功为W1＝FfsA＋mBgsB代入数字得W1＝8J.12/5013/50练1(年河北衡水检测)如图所表示，质量为m＝0.2kg小球(可视为质点)从水平桌面左端点A以初速度v0水平抛出，桌面右侧有一竖直放置光滑轨道MNP，其形状为半径R＝0.8m圆环剪去了左上角135°圆弧，MN为其竖直直径．P点到桌面竖直距离也为R.小球飞离桌面后恰由P点无碰撞地落入圆轨道，g＝10m/s2，求：(1)小球在A点初速度v0及AP间水平距离x；(2)小球抵达圆轨道最低点N时对N点压力；(3)判断小球能否抵达圆轨道最高点M.【答案】(1)4m/s1.6m(2)11.17N，方向竖直向下(3)小球不能抵达圆轨道最高点M14/5015/5016/5017/50功效关系选取技巧1．在应用功效关系处理详细问题过程中，若只包括动能改变用动能定理分析．2．只包括重力势能改变用重力做功与重力势能改变关系分析．3．只包括机械能改变用除重力和弹力之外力做功与机械能改变关系分析．4．只包括电势能改变用电场力做功与电势能改变关系分析．18/50静摩擦力与滑动摩擦力做功特点比较考点2摩擦力做功特点及应用比较静摩擦力滑动摩擦力不一样点能量转化在静摩擦力做功过程中，机械能从一个物体转移到另一个物体，机械能不转化为其它形式能量相互摩擦物体经过滑动摩擦力做功，将部分机械能从一个物体转移到另一个物体，另一部分机械能转化为内能一对摩擦力总功一对静摩擦力所做功代数总和等于零一对相互作用滑动摩擦力对物体系统所做总功Wf＝－f·L相对，表示物体克服摩擦力做功，大小等于系统损失机械能相同点两种摩擦力对物体能够做正功、负功，还能够不做功19/50例2如图所表示，斜面倾角为θ，质量为m滑块距挡板P距离为s0，滑块以初速度v0沿斜面上滑，滑块与斜面间动摩擦因数为μ.滑块所受摩擦力小于使滑块沿斜面下滑重力分力．若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求滑块经过总旅程．思绪剖析：整个过程中机械能转化为内能，而产生内能等于摩擦力与滑块经过总旅程乘积．20/5021/50练2(多项选择)如图所表示，长木板A放在光滑水平地面上，物体B以水平速度v0冲上A后，因为摩擦力作用，最终停顿在木板A上，则从B冲到木板A上到相对木板A静止过程中，下述说法中正确是()A．物体B动能降低许等于系统损失机械能B．物体B克服摩擦力做功等于系统内能增加量C．物体B损失机械能等于木板A取得动能与系统损失机械能之和D．摩擦力对物体B做功和对木板A做功总和等于系统内能增加量负值【答案】CD22/50【解析】物体B以水平速度冲上木板A后，因为摩擦力作用，B减速运动，木板A加速运动，依据能量守恒定律，物体B动能降低许等于木板A增加动能和产生热量之和，选项A错误；依据动能定理，物体B克服摩擦力做功等于物体B损失动能，选项B错误；由能量守恒定律可知，物体B损失机械能等于木板A取得动能与系统损失机械能之和，选项C正确；摩擦力对物体B做功等于物体B动能降低许，摩擦力对木板A做功等于木板A动能增加量，由能量守恒定律，摩擦力对物体B做功和对木板A做功总和等于系统内能增加量负值，选项D正确．23/50求解相对滑动物体能量问题方法1．摩擦力方向总与相对位移方向相反，故摩擦力做总功为Wf＝－Ffs相对，产生热量为Q＝ΔE内＝－Wf＝Ffs相对．2.公式Q＝Ffs相对中s相对为两接触物体间相对位移，若物体做往复运动，则s相对为总相对旅程．24/501．模型概述传送带模型是高中物理中比较成熟模型，经典有水平和倾斜两种情况．普通设问角度有两个：(1)动力学角度：首先要正确分析物体运动过程，做好受力情况分析，然后利用运动学公式结合牛顿第二定律，求物体及传送带在对应时间内位移，找出物体和传送带之间位移关系．微课堂＋功效关系中传送带25/50(2)能量角度：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．2．传送带模型问题中功效关系分析(1)功效关系分析：WF＝ΔEk＋ΔEp＋Q.(2)对WF和Q了解①传送带功：WF＝Fx传；②产生内能：Q＝Ffs相对．26/5027/50审题突破：(1)小物体轻放在传送带A点，表明初速度为零；小物体刚放上传送带时，受到滑动摩擦力方向怎样？小物体怎样运动？当小物体速度与传送带速度相等时，小物体又怎样运动？(2)传送带对小物体做功转化成什么能量？电动机做功又转化为何能量？【答案】(1)255J(2)270J28/5029/50练3光电计时器试验简易示意图如图所表示，当有不透光物体从光电门间经过时，光电计时器就能够显示物体挡光时间．光滑水平导轨MN上放两个相同小物块A，B，其宽度a＝3.0×10－2m，左端挡板处有一弹射装置P，右端N处与水平传送带理想连接，今将挡光效果好、宽度为d＝3.6×10－3m两块黑色磁带分别贴在物块A和B上，且高出物块，并使高出物块部分在经过光电门时挡光．传送带水平部分长度L＝8m，沿逆时针方向以恒定速度v＝6m/s匀速传动．物块A，B与传送带间动摩擦因数μ＝0.2，质量mA＝mB＝1kg.开始时在A、B间压缩一轻弹簧，锁定其处于静止状态，现解除锁定，弹开A，B，快速移去轻弹簧，两物块第一次经过光电门，计时器显示读数均为t＝9.0×10－4s．取g＝10m/s2，试求：30/50(1)弹簧储存弹性势能Ep；(2)物块B沿传送带向右滑动最远距离sm；(3)物块B滑回水平面MN速度大小vB′.【答案】(1)16J(2)4m(3)4m/s31/5032/5033/50热点题组一功效关系1．(多项选择)(届襄阳模拟)如图所表示，在升降机内固定一光滑斜面体，一轻弹簧一端连在位于斜面体上方固定木板B上，另一端与质量为m物块A相连，弹簧与斜面平行．整个系统由静止开始加速上升高度h过程中()模拟精选·组合专练A．物块A重力势能增加量一定等于mghB．物块A动能增加量等于斜面支持力和弹簧拉力对其做功代数和C．物块A机械能增加量等于斜面支持力和弹簧拉力对其做功代数和D．物块A和弹簧组成系统机械能增加量等于斜面对物块支持力和B对弹簧拉力做功代数和34/50【答案】CD【解析】因为斜面光滑，物块A静止时弹簧弹力与斜面支持力协力与重力平衡，当整个装置加速上升时，由牛顿第二定律可知物块A受到协力应向上，故弹簧伸长量增加，物块A相对斜面下滑一段距离，故选项A错误；依据动能定理可知，物块A动能增加量应等于重力、支持力及弹簧弹力对其做功代数和，故选项B错误；物块A机械能增加量应等于除重力以外其它力对其做功代数和，选项C正确；物块A和弹簧组成系统机械能增加量应等于除重力和弹簧弹力以外其它力做功代数和，故选项D正确．35/502．(多项选择)(年江苏南京检测)一物体悬挂在细绳下端，由静止开始沿竖直方向向下运动，运动过程中，物体机械能与位移关系图象如图所表示，其中0～s1过程图象为曲线，s1～s2过程图象为直线，依据该图象，以下说法正确是()A．0～s1过程中物体所受拉力一定是变力，且不停增大B．s1～s2过程中物体可能在做匀速直线运动C．s1～s2过程中物体可能在做变加速直线运动D．0～s2过程中物体动能可能在不停增大【答案】ABD36/5037/50热点题组二能量转化和守恒问题3．(年新课标Ⅱ卷)轻质弹簧原长为2l，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为5m物体由静止释放，当弹簧被压缩到最短时，弹簧长度为l.现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接．AB是长度为5l水平轨道，B端与半径为l光滑半圆轨道BCD相切，半圆直径BD竖直，如图所表示．物块P与AB间动摩擦因数μ＝0.5.用外力推进物块P，将弹簧压缩至长度l，然后放开，P开始沿轨道运动，重力加速度大小为g.38/50(1)若P质量为m，求P抵达B点时速度大小，以及它离开圆轨道后落回到AB上位置与B点间距离；(2)若P能滑上圆轨道，且仍能沿圆轨道滑下，求P质量取值范围．39/5040/5041/5042/50热点题组三传送带问题4．(多项选择)(年安徽滁州检测)如图，足够长传送带与水平方向倾角为θ，物块a经过平行于传送带轻绳跨过光滑轻滑轮与物块b相连，b质量为m，开始时，a，b及传送带均静止且a不受传送带摩擦力作用，