高考物理总复习配套课件54功能关系能量守恒定律

1、第4讲功能关系能量守恒定律 知识点一功能关系 想一想 如图所示，质量为m的物体在力F的作 用下由静止从地面运动到离地h高处， 已知F mg，试分别求出在此过程中 重力、力F和合力的功，以及物体的重力 势能、动能和机械能的变化量，并分析 这些量之间存在什么关系？,记一记 1功和能 (1)功是 的量度，即做了多少功，就有多少发生了转化。 (2)做功的过程一定伴随有，而且 必须通过做功来实现。 2力学中常用的四种功能对应关系 (1)合外力做功等于物体动能的改变： 即。(动能定理),能量转化,能量,能量的转化,能量的转化,W合Ek2Ek1Ek,(2)重力做功等于物体重力势能的减少： 即。 (3)弹簧弹

2、力做功等于弹性势能的减少： 即。 (4)除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功，等于物体机械能的改变，即。(功能原理),WGEp1Ep2Ep,W弹Ep1Ep2Ep,W其他力E2E1E,试一试 1对于功和能的关系，下列说法中正确的是() A功就是能，能就是功 B功可以变为能，能可以变为功 C做功的过程就是能量转化的过程 D功是物体能量的量度,【解析】 功和能是两个密切相关的物理量，但功和能有本质的区别，功是反映物体在相互作用过程中能量变化多少的物理量，与具体的能量变化过程相联系，是一个过程量；能是用来反映物体具有做功本领的物理量，物体处于一定的状态(如速度和相对位置)就具有一定的能量，功是反映

3、能量变化的多少，而不是反映能量的多少。 【答案】 C,知识点二能量守恒定律 想一想 试说明下列现像中，分别是什么能向什么能的转化。 (1)汽车由静止启动；(2)汽车刹车时由运动变为静止；(3)水力发电；(4)太阳能热水器工作时。 【提示】 (1)化学能动能(2)动能内能(3)水的机械能电能(4)太阳能内能,记一记 1内容 能量既不会凭空产生，也不会，它只会从一种形式为其他形式，或者从一个物体到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量。 2表达式 。,凭空消失,转化,转移,保持不变,E减E增,试一试 2某人掷铅球，出手时铅球的动能为150 J。关于人对铅球的做功情况和能量转化情况，下列说法

4、正确的是() A此人对铅球做了150 J的功，将体内的化学能转化为铅球的动能 B此人对铅球做的功无法计算 C此人对铅球没有做功，因此没有能量的转化 D此人对铅球做了150 J的功，将铅球的重力势能转化为铅球的动能,【解析】 本题要求的是人对铅球做的功，由于人对铅球的作用力是变力，且位移未知，不能运用功的计算公式来计算，可根据功能关系，人对铅球做功，使铅球动能增加，因此，此人对铅球所做的功等于铅球动能的增加，即150 J，将体内的化学能转化为铅球的动能。故只有A正确。 【答案】 A,几种常见的功能关系及其表达式,【提示】 (1)受到的力有重力、向上的拉力。 (2)各力做功情况如何？哪些力做功可引

5、起机械能的变化？ 【提示】 重力做负功，拉力做正功，除重力以外的力做功可引起机械能的变化。 【自主解答】 _ 【答案】 D,【总结提升】 功能关系问题选择题的解答技巧 对各种功能关系熟记于心，力学范围内，应牢固掌握以下三条功能关系： (1)重力的功等于重力势能的变化，弹力的功等于弹性势能的变化； (2)合外力的功等于动能的变化； (3)除重力、弹力外，其他力的功等于机械能的变化。 运用功能关系解题时，应弄清楚重力做什么功，合外力做什么功，除重力、弹力外的力做什么功，从而判断重力势能或弹性势能、动能、机械能的变化。,变式训练1 (2013山东理综)如图所示， 楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜

6、 面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同， 顶角b处安装一定滑轮。质量分别为M、m(Mm)的滑块，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中() A两滑块组成系统的机械能守恒 B重力对M做的功等于M动能的增加 C轻绳对m做的功等于m机械能的增加 D两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功,【解析】 因为M克服摩擦力做功，所以系统机械能不守恒，A错误。由功能关系知系统减少的机械能等于M克服摩擦力做的功，D正确。对M，除重力外还有摩擦力和轻绳拉力对其做功，由动能定理知B错误。对m，有拉力和重力

7、对其做功，由功能关系知C正确。 【答案】 CD,两种摩擦力的做功情况比较,【例2】 如图所示，AB为半径R0.8 m 的1/4光滑圆弧轨道，下端B恰与小车右端 平滑对接。小车质量M3 kg，车长L 2.06 m，车上表面距地面的高度h0.2 m， 现有一质量m1 kg的滑块，由轨道顶端无初速度释放，滑到B端后冲上小车。已知地面光滑，滑块与小车上表面间的动摩擦因数0.3，当车运动了t01.5 s时，车被地面装置锁定(g10 m/s2)。试求： (1)滑块到达B端时，轨道对它支持力的大小； (2)车被锁定时，车右端距轨道B端的距离；,(3)从车开始运动到被锁定的过程中，滑块与车面间由于摩擦而产生的

8、内能大小。 【解题探究】 (1)如何判断车运动1.5 s时，滑块是否已相对车静止了？ 【提示】 求出二者共速所用的时间，与1.5 s进行分析比较。 (2)如何求出因摩擦而产生的内能大小？ 【提示】 Qmgl相对。 【自主解答】 _,【答案】 (1)30 N(2)1 m(3)6 J,【总结提升】 求解相对滑动物体的能量问题的方法 (1)正确分析物体的运动过程，做好受力情况分析。 (2)利用运动学公式，结合牛顿第二定律分析物体的速度关系及位移关系。 (3)公式QFfl相对中l相对为两接触物体间的相对位移，若物体在传送带上做往复运动时，则l相对为总的相对路程。,变式训练2 (2013课标)目前，在地

9、球周围有许多人造地球卫星绕着它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是() A卫星的动能逐渐减小 B由于地球引力做正功，引力势能一定减小 C由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变 D卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小,【答案】 BD,解决能量守恒问题的方法 (1)两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的过 程，具有以下特点： 能量变化上，如果只有重力和系统内弹簧弹力做功，系统机械能守恒。 如果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

10、速度相同。 当弹簧为自然状态时系统内某一端的物体具有最大速度。 (2)不涉及弹簧时，弄清各种力做功的情况，并分析有多少种形式的能量在转化。,【例3】 如图所示，一物体质量 m2 kg，在倾角37的斜面上 的A点以初速度v03 m/s下滑，A点 距弹簧上端B的距离AB4 m。当物体到达B点后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC0.2 m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到的最高位置为D点，D点距A点的距离AD3 m。挡板及弹簧质量不计，g取10 m/s2，sin 370.6，求： (1)物体与斜面间的动摩擦因数； (2)弹簧的最大弹性势能Epm。,【解题探究】 (1)物体到达C点时，原来在A点的动能和重力

11、势能转化成了何种能量？ 【提示】 转化成了弹簧的弹性势能以及由于克服摩擦阻力做功而产生的热量。 (2)物体由A到C的整个过程中，能量是如何转化的？ 【提示】 物体在A点的动能和重力势能转化为弹簧的弹性势能和由于克服摩擦力做功所产生的热量。 【自主解答】 _,【答案】 (1)0.52(2)24.5 J,【总结提升】 能量转化问题的解题方法思路 (1)当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律。 (2)解题时，首先确定初末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和E减和增加的能量总和E增，最后由E减E增列式求解。,变式训练3 如图所示为

12、一种摆式 摩擦因数测量仪，可测量轮胎与地 面间动摩擦因数，其主要部件有： 底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连 接摆锤的轻质细杆，摆锤的质量为m，细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动，摆锤重心到O点距离为L。测量时，测量仪固定于水平地面，将摆锤从与O等高的位置处静止释放。摆锤到最低点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段距离s(sL)，之后继续摆至与竖直方向成角的最高位置。若摆锤对地面的压力可视为大小为F的恒力，重力加速度为g，求：,(1)摆锤在上述过程中损失的机械能； (2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功； (3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数。 【解析】 (1)摆锤从开始摆下克服摩擦力做功，到摆至最高点过

13、程中，依据能的转化与守恒： mgLmgL(1cos )E EmgLcos ,传送带模型 1.模型构建 传送带是应用较广泛的一种传动装置，把物体放到运动着的传送带上，物体将在静摩擦力或滑动摩擦力的作用下被传送带输送到另一端，该装置即为传送带模型。 2模型条件 (1)传送带匀速或加速运动。 (2)物体以初速度v0滑上传送带或轻轻放于传送带上，物体与传送带间有摩擦力。 (3)物体与传送带之间有相对滑动。,3模型特点 (1)若物体轻轻放在匀速运动的传送带上，物体一定要和传送带之间产生相对滑动，物体一定受到沿传送带前进方向的摩擦力。 (2)若物体静止在传送带上，与传送带一起由静止开始加速，如果动摩擦因数

14、较大，则物体随传送带一起加速；如果动摩擦因数较小，则物体将跟不上传送带的运动，相对传送带向后滑动。 (3)若物体与水平传送带一起匀速运动，则物体与传送带之间没有摩擦力；若传送带是倾斜的，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力作用。,【典例】 如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角30，皮带在电动机的带动下，始终保持v02 m/s的速率运行，现把一质量为m10 kg的工件(可看做质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间1.9 s，工件被传送到h1.5 m的高处，取g10 m/s2，求： (1)工件与传送带间的动摩擦因数； (2)电动机由于传送工件多消耗的电能。,【总结提升】 传送带上动力学问题的分析思路 (1

15、)明确研究对像。 (2)对研究对像进行受力分析、过程分析和状态分析，建立清晰的物理模型。 (3)利用牛顿运动定律和运动学规律列方程解决物体的运动问题。 (4)利用能量转化和守恒的观点，解决传送带问题中的功能转化问题。,变式训练 (2014西安模拟)如图甲所示，一倾角为37的传送带以恒定速度运行。现将一质量m1 kg的小物体抛上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，取沿传送带向上为正方向，g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。求： (1)08 s内物体位移的大小； (2)物体与传送带间的动摩擦因数； (3)08 s内物体机械能增量及因与传送带摩擦产生的热量Q。

16、,机械能增加EEpEk90 J 08 s内只有前6 s发生相对滑动。 06 s内传送带运动距离 x146 m24 m 06 s内物体位移x26 m 产生的热量Qmgcos xmgcos (x1x2)126 J。 【答案】 (1)14 m(2)0.875(3)90 J126 J,1(2013江苏单科)水平面上，一白球与一静止的灰球碰撞，两球质量相等。碰撞过程的频闪照片如图所示，据此可推断，碰撞过程中系统损失的动能约占碰撞前动能的() A30%B50% C70% D90%,【答案】 A,2如图所示，在一个盛水的杯子里有一木块。 开始时木块被一根细绳拴住而完全没入水 中，整个装置与外界绝热，断开细绳

17、，则 木块将浮到水面上，最后达到平衡，在这 一过程中，水、杯子和木块组成的系统() A内能增大 B内能减小 C内能不变 D条件不足，无法判断 【解析】 细绳断后，木块上升，同体积的水下移，系统重心下移，重力势能减小，由能量守恒定律可知，水、杯子和木块组成的系统内能一定增大，A正确。 【答案】 A,3如图所示，质量为m的跳高运动员先后用背越式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度，该高度比他起跳时的重心高出h，则他从起跳后至越过横杆的过程中克服重力所做的功() A都必须大于mgh B都不一定大于mgh C用背越式不一定大于mgh，用跨越式必须大于mgh D用背越式必须大于mgh，用跨越式不一定大于mg

18、h,【解析】 采用背越式跳高方式时，运动员的重心升高的高度可以低于横杆，而采用跨越式跳高方式时，运动员的重心升高的高度一定高于横杆，故用背越式时克服重力做的功不一定大于mgh，而用跨越式时克服重力做的功一定大于mgh，C正确。 【答案】 C,4如图所示，一轻质弹簧原长为l， 竖直固定在水平面上，一质量为m的小 球从离水平面高为H处自由下落，正 好压在弹簧上，下落过程中小球遇到的空气阻力恒为Ff，小球压缩弹簧的最大压缩量为x，则弹簧被压到最短时的弹性势能为() A(mgFf)(Hlx) Bmg(Hlx)Ff(Hl) CmgHFf(lx) Dmg(lx)Ff(Hlx),【解析】 小球重力势能的减少量为 Epmg(Hlx) 克服空气阻力做的功为WfFf(Hlx) 弹性势能的增加量为 EEpWf(mgFf)(Hlx) 故选项A正确。 【答案】 A,5(2013北京理综)蹦床比赛分成预 备运动和比赛动作两个阶段。最初， 运动员静止站在蹦床上；在预备运动 阶段，他经过若干次蹦跳，逐渐增加 上升高度，最终达到完成比赛动作所 需的高度；此后，进入比赛动作阶段。 把蹦床简化为一个竖直放置的轻弹簧，弹力大小Fkx(x为床面下沉的距离，k为常量)。质量m50