高三物理一轮复习 必考部分 第5章 机械能及其守恒定律 第4节 功能关系 能量守恒定律教师用书

到乌蒙山区的昭通;从甘肃中部的定西，到内蒙古边陲的阿尔山，看真贫、知真贫，真扶贫、扶真贫，成为“花的精力最多”的事;“扶贫先扶志”“扶贫必扶智”“实施精准扶贫”第4节功能关系能量守恒定律知识点1功能关系1内容(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(2)做功的过程一定伴随着能量的转化，而且能量的转化必须通过做功来实现2做功对应变化的能量形式(1)合外力的功影响物体的动能的变化(2)重力的功影响物体重力势能的变化(3)弹簧弹力的功影响弹性势能的变化(4)除重力或系统内弹力以外的力做功影响物体机械能的变化(5)滑动摩擦力的功影响系统内能的变化(6)电场力的功影响电势能的变化(7)分子力的功影响分子势能的变化知识点2能量守恒定律1内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变2适用范围能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适应的一条规律3表达式(1)E初E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和(2)E增E减，增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量1正误判断(1)做功的过程一定会有能量转化()(2)力对物体做了多少功，物体就有多少能()(3)力对物体做功，物体的总能量一定增加()(4)能量在转化或转移的过程中，其总量会不断减少()(5)能量的转化和转移具有方向性，且现在可利用的能源有限，故必须节约能源()(6)滑动摩擦力做功时，一定会引起能量的转化()2(对功能关系的理解)(多选)一个物体在光滑的水平面上匀速滑行，则() 【导学号：96622091】A这个物体没有能B这个物体的能量不发生变化C这个物体没有对外做功D以上说法均不对【答案】BC3(功能关系的简单应用)自然现象中蕴藏着许多物理知识，如图541所示为一个盛水袋，某人从侧面缓慢推袋壁使它变形，则水的势能()图541A增大B变小C不变 D不能确定【答案】A4(对能的转化和守恒定律的理解)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() 【导学号：96622092】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【答案】B核心精讲1对功能关系的进一步理解(1)做功的过程是能量转化的过程不同形式的能量发生相互转化是通过做功来实现的(2)功是能量转化的量度，功和能的关系，一是体现到不同的力做功，对应不同形式的能转化，具有一一对应关系，二是做功的多少与能量转化的多少在数量上相等2各种功能关系的对比各种力做功对应能的变化定量关系合力的功动能变化合力对物体做功等于物体动能的增量W合Ek2Ek1重力的功重力势能变化重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加，且WGEpEp1Ep2弹簧弹力的功弹性势能变化弹力做正功，弹性势能减少，弹力做负功，弹性势能增加，且W弹EpEp1Ep2只有重力、弹簧弹力做功不引起机械能变化机械能守恒E0非重力和弹力的功机械能变化非重力和弹力之外的力做正功，物体的机械能增加，做负功，机械能减少，且W除G、弹力外E电场力的功电势能变化电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加，且W电Ep 题组通关1(2014广东高考)如图542是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中和为楔块，和为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦，在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中()图542A缓冲器的机械能守恒B摩擦力做功消耗机械能C垫板的动能全部转化为内能D弹簧的弹性势能全部转化为动能B由于车厢撞击弹簧压缩的过程中存在克服摩擦力做功，所以缓冲器的机械能减少，选项A错误、B正确；弹簧压缩的过程中，垫板的动能转化为内能和弹簧的弹性势能，选项C、D错误2(2016四川高考)韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力对他做功1 900 J，他克服阻力做功100 J韩晓鹏在此过程中()【导学号：96622093】A动能增加了1 900 JB动能增加了2 000 JC重力势能减小了1 900 JD重力势能减小了2 000 JC根据动能定理得韩晓鹏动能的变化EWGWf1 900 J100 J1 800 J0，故其动能增加了1 800 J，选项A、B错误；根据重力做功与重力势能变化的关系WGEp，所以EpWG1 900 J，使A开始沿斜面向下运动，B向上运动，物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点已知重力加速度为g，不计空气阻力，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态，求：图543(1)物体A向下运动刚到C点时的速度；(2)弹簧的最大压缩量；(3)弹簧的最大弹性势能【规范解答】(1)A与斜面间的滑动摩擦力f2mgcos ，物体从A向下运动到C点的过程中，根据能量守恒定律可得：2mgLsin 3mv3mv2mgLfL解得v.(2)从物体A接触弹簧，将弹簧压缩到最短后又恰回到C点，对系统应用动能定理f2x03mv2解得x.(3)弹簧从压缩到最短到恰好能弹到C点的过程中，对系统根据能量守恒定律可得：Epmgx2mgxsin fx所以Epfx.【答案】(1)(2)(3)考向2能量守恒定律与图象的综合应用某汽车研发机构在汽车的车轮上安装了小型发电机，将减速时的部分动能转化并储存在蓄电池中，以达到节能的目的某次测试中，汽车以额定功率行驶700 m后关闭发动机，测出了汽车动能Ek与位移x的关系图象如图544所示，其中是关闭储能装置时的关系图线，是开启储能装置时的关系图线已知汽车的质量为1 000 kg，设汽车运动过程中所受地面阻力恒定，空气阻力不计，求：图544(1)汽车的额定功率P；(2)汽车加速运动500 m所用的时间t；(3)汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能E.【规范解答】(1)关闭发动机且关闭储能装置后，汽车在地面阻力f的作用下减速至静止，由动能定理fx0Ek解得f2103 N汽车匀速运动的动能Ekmv28105 J解得v40 m/s汽车匀速运动时牵引力大小等于阻力，故汽车的额定功率PFvfv解得P8104 W.(2)汽车加速运动过程中，由动能定理得Ptfx1EkEk0解得t16.25 s.(3)由功能关系，汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能为EEkfx解得E5105 J.【答案】(1)8104 W(2)16.25 s(3)5105 J题组通关3(多选)如图545所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块相连，弹簧处于自然长度时物块位于O点(图中未标出)物块的质量为m，ABa，物块与桌面间的动摩擦因数为.现用水平向右的力将物块从O点拉至A点，拉力做的功为W.撤去拉力后物块由静止向左运动，经O点到达B点时速度为零，重力加速度为g.则上述过程中()图545A物块在A点时弹簧的弹性势能一定大于在B点时弹性势能B物块在O点时动能最大C物块在B点时，弹簧的弹性势能大于WmgaD经O点时，物块的动能小于WmgaAD因有滑动摩擦力做负功，弹簧和物块组成的系统机械能逐渐减少，故物块在A点时弹簧的弹性势能一定大于物块在B点时弹簧的弹性势能，且有OAOB，A正确；由能量守恒定律可得，物块在O点时的动能Ek0Wmg2OA，又OA，故Ek0Wmga，D正确；物块由A向B运动过程中，当kxmg时，加速度为零，动能最大，B错误；由能量守恒定律得：EpBWmgamgOAv0，故工件在1.9 s内应先匀加速运动再匀速运动(2)工件在上升过程中其所受的摩擦力是否变化？提示：变化，先是滑动摩擦力，后是静摩擦力(3)电动机传送工件的过程中多消耗的电能转化成了哪几种能量？提示：工件的动能、重力势能及因摩擦力做功产生的热量三部分【规范解答】(1)由题图可知，皮带长x3 m工件速度达v0前，做匀加速运动的位移x1 t1t1匀速运动的位移为xx1v0(tt1)解得加速运动的时间t10.8 s加速运动的位移x10.8 m所以加速度a2.5 m/s2由牛顿第二定律有：mgcos mgsin ma解得：.(2)从能量守恒的观点，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服传送带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功产生的热量在时间t1内，皮带运动的位移x皮v0t11.6 m在时间t1内，工件相对皮带的位移x相x皮x10.8 m在时间t1内，摩擦生热Qmgcos x相60 J工件获得的动能Ekmv20 J工件增加的势能Epmgh150 J电动机多消耗的电能WQEkEp230 J.【答案】(1)(2)230 J1水平传送带：共速后不受摩擦力，不再有能量转化倾斜传送带：共速后仍有静摩擦力，仍有能量转移2滑动摩擦力做功，其他形式的能量转化为内能；静摩擦力做功，不产生内能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题组通关5如图548甲，长木板A放在光滑的水平面上，质量为m2 kg的另一物体B(可看作质点)以水平速度v02 m/s滑上原来静止的长木板A的表面由于A、B间存在摩擦，之后A、B速度随时间变化情况如图乙所示，则下列说法正确的是(g取10 m/s2)()甲乙图548A木板获得的动能为2 JB系统损失的机械能为4 JC木板A的最小长度为2 mDA、B间的动摩擦因数为0.1D由图象可知，A、B的加速度大小都为1 m/s2，根据牛顿第二定律知二者质量相等，木板获得的动能为1 J，选项A错误；系统损失的机械能Emv2mv22 J，选项B错误；由vt图象可求出二者相对位移为1 m，所以C错误；分析B的受力，根据牛顿第二定律，可求出0.1，选项D正确6如图549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，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对静止这一过程中，下列说法正确的是() 【导学号：96622095】图549A电动机做的功为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mgvD由能量守恒可知，电动