高考总复习功能关系.ppt

,(对应学生用书P91) 一、功能关系() 做功的过程就是能量的转化过程，做功的数值就是能的转化数值，这是功能关系的普遍意义不同形式的能的转化又与不同形式的功相联系，总之，功是能量变化的量度，这是贯穿整个物理学的一个重要思想学会正确分析物理过程中的功能关系，对于提高解题能力是至关重要的,功和对应的能量变化的量值关系 (1)重力的功重力势能的变化 WGEp (2)弹簧弹力的功弹性势能的变化 W弹Ep. (3)电场力的功电势能的变化 W电Ep (4)分子力的功分子势能的变化 W分子Ep (5)克服安培力的功电能的变化 |W安|E电 (6)一对滑动摩擦力的总功系统的动能变化 Wf总fL相对Ek系统 (7)一对静摩擦力的总功系统内物体间机械能的转移 W总0 (8)合力的功动能的变化 W合Ek (9)除重力和弹力以外的其他力的功系统机械能的变化W其它E机,二、能的转化和守恒定律 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其他形式或从一个物体转移到另一个物体在转化或转移的过程中其总量保持不变，这就是能的转化和守恒定律,(对应学生用书P91) 要点一 摩擦力做功的特点,利用WFfFfl相对进行热量Q的计算时，关键是对相对路程l相对的理解例如：如果两物体同向运动，l相对为两物体对地位移大小之差；如果两物体反向运动，l相对为两物体对地位移大小之和；如果一个物体相对另一个物体往复运动，则l相对为两物体相对滑行路径的总长度,如右图所示，木块A放在木块B的左端，用恒力F将A拉至B的右端，第一次将B固定在地面上，F做功为W1，产生的热量为Q1，第二次让B可以在光滑地面上自由滑动，F做的功为W2，产生的热量为Q2，则应有( ) AW1W2，Q1Q2 BW1W2，Q1Q2 CW1W2，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2,解析 设B的长度为d，则系统损失的机械能转化为内能的数量Q1Q2mAgd，所以C、D都错在两种情况下用恒力F将A拉至B的右端的过程中第二种情况下A对地的位移要大于第一种情况下A对地的位移，所以 W2W1，B错 答案 A,要点二 从能量转化的角度理解动能定理和机械能守恒定律 机械能(动能、重力势能、弹性势能)可以和其他形式的能(内能、电能等)相互转化，这种转化要通过做功来实现，即功是能量转化的量度. 例如在匀强电场中的一固定的斜面，一带负电的滑块以一定的初动能沿斜面上滑一段距离，这一过程中，电场力做正功等于电势能的减少，重力做负功绝对值等于重力势能的增加，滑动摩擦力做负功，在量值上等于增加的内能. 那么末状态的动能是增加还是减少取决于E电减与E重增E内增，若E电减E重增E内增，由能量守恒可知，动能不变，若E电减E重增E内增，则减少的电势能中有一部分转化为动能,可见，在各种形式的能相互转化过程中，从最终总的效果来看，动能起着一种调剂作用，外力做的总功(代数和)实际上是除动能之外的各种形式能的增加或减少的总和，这种增加或减少用动能的变化Ek来调节. 所以动能定理是能的转化和守恒定律的一种表达形式 机械能守恒定律是能量守恒定律的一种特殊情况，其特殊性就在于机械能没有和其他形式能相互转化，只是通过重力和弹力做功，实现动能、重力势能、弹性势能三种形式的机械能之间的转化，总的机械能不发生变化,已知货物的质量为m，在某段时间内起重机将货物加速度以a加速升高h，则在这段时间内叙述正确的是(重力加速度为g)( ) A货物的动能一定增加mahmgh B货物的机械能一定增加mah C货物的重力势能一定增加mah D货物的机械能一定增加mahmgh,解析 准确把握功和对应能量变化之间的关系是解答此类问题的关键，具体分析如下： 动能定理，货物动能的增加量等于货物合外力做的功mah，A错误；功能关系，货物机械能的增量等于除重力以外的力做的功而不等于合外力做的功，B错误；功能关系，重力势能的增量对应货物重力做的负功大小mgh，C错误；功能关系，货物机械能的增量为起重机拉力做的功m(ga)h，D正确 答案 D,(对应学生用书P92) 题型一 功能关系的理解与应用 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,例1 一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离，若已知在这一过程中，拉力F所做的功的大小(绝对值)为A，斜面对小滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为C，空气阻力做功的大小为D.当用这些量表达时，求： (1)小滑块的动能的改变量(指末态动能减去初态动能)； (2)小滑块的重力势能的改变量； (3)小滑块机械能(指动能与重力势能之和)的改变量,思路诱导 解答本题时注意三方面的关系： (1)小滑块动能的改变量对应合外力做的功； (2)小滑块重力势能的改变量对应重力做的功； (3)小滑块机械能的改变量对应除重力以外的力做的功 尝试解答 (1)据动能定理，动能的改变量等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力、斜面对滑块的作用力(因弹力不做功，实际上为摩擦阻力做的功) 因此EkABCD. (2)滑块重力势能的减少等于重力做的功，因此EpC. (3)滑块机械能的改变量等于重力之外的其他力做的功， 因此EABD. 答案 (1)ABCD (2)C (3)ABD,重力势能、弹性势能、电势能的改变量(末状态势能减去初状态势能)与对应的力做的功数值相等，但符号相反,(2011山东潍坊统考)如右图所示，滑块静止于光滑水平面上，与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态，现用恒定的水平外力F作用于弹簧右端，在向右移动一段距离的过程中，拉力F做了10 J的功. 上述过程中( ) A弹簧的弹性势能增加了10 J B滑块的动能增加了10 J C滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10 J D滑块和弹簧组成的系统机械能守恒 解析 拉力F做功既增加了弹性势能，还增加了滑块的动能，A、B错误；系统增加的机械能等于力F做的功，C对，D错 答案 C,题型二 能量守恒定律的应用 (1)能量守恒应从下面两方面去理解： 某种形式的能减少，一定存在其它形式的能增加，且减少量一定等于增加量 某个物体的能量的减少，一定存在其它物体的能量增加，且减少量一定等于增加量 以上是我们应用能量守恒定律时的两条基本思路,(2)应用能量守恒定律解题的步骤是： 分析物体的运动过程，从而在头脑中建立起一幅物体运动的正确图景 研究物体在运动过程中有多少种形式的能(如动能、势能、内能、电能等)在转化，关键是弄清什么形式的能增加，什么形式的能减少 增加的能量和减少的能量用相应的力做的功来表示，然后列出恒等式E减E增,说明：应用能量守恒定律解题的关键是首先弄清有哪几种形式的能在相互转化及相应的增减情况，然后再把变化的能量用相应力做的功来表达. 确定力做的功是思维过程中的第二步，这一点是和动能定理的应用所不同的(应用动能定理首先要考虑各力做功，而并不去考虑有什么形式的能和动能相互转化). 在考虑有多少种形式能发生转化时可以借助分析有什么力做功以及做什么功来帮助确定,例2 如右图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零). 现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态经过此过程( ),AEp全部转换为气体的内能 BEp一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 CEp全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 DEp一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能,思路诱导 绳断后最终达到平衡时，活塞的位置发生了怎样的变化？这一过程什么形式的能增加了？什么形式的能减少了？ 尝试解答 绳断后，弹簧推动活塞向上移动. 最终活塞静止后，所处的位置要比初始位置(绳未断时)高因此这一过程中能量变化情况是：弹性势能减少，重力势能增加，活塞对气体做了功因而气体的内能增加，即减少的弹性势能等于重力势能与内能增加之和因此，正确选项为D. 答案 D,如右图所示，A、B、C质量分别为mA0.7 kg，mB0.2 kg，mC0.1 kg，B为套在细绳上的圆环，A与水平桌面的动摩擦因数0.2，另一圆环D固定在桌边，离地面高h20.3 m，当B、C从静止下降h10.3 m，C穿环而过，B被D挡住，不计绳子质量和滑轮的摩擦，取g10 m/s2，若开始时A离桌边足够远. 试求： (1)物体C穿环瞬间的速度； (2)物体C能否到达地面？如果能到达地面，其速度多大？,题型三 传送带模型中的能量问题 传送带模型是高中物理中比较成熟的模型，典型的有水平和倾斜两种情况. 一般设问的角度有两个：动力学角度，如求物体在传送带上运动的时间、物体在传送带上能达到的速度、物体相对传送带滑过的位移，方法是牛顿第二定律结合运动学规律. 能量的角度：求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等,思路诱导 (1)工件放到皮带上后如何运动？向上传送过程中的运动分几个阶段？ (2)转化成的内能如何计算？电动机多消耗的电能转化为什么能？ 因为传送带不送工件时，电动机照常工作带动皮带要消耗一定的电能；传送工件时，通过皮带要把工件送到2 m高的平台上，皮带要对工件做功，多消耗的电能就是皮带在传送工件过程中多做了多少功. 多做多少功，这就要看在传送工件过程中有多少能的转化，从工件上看，工件的重力势能和动能都增加了；从整体上看，由于开始阶段的滑动摩擦力做功，内能也增加了，因此，可以依据功是能量转化的量度来解答,(2011成都石室中学第二次月考)如下图所示，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L2.06 m，车上表面距地面的高度h0.2 m现有一质量m1 kg的小滑块，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，当车运行了1.5 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内能大小； (4)滑块落地点离车左端的水平距离,答案 (1)30 N (2)1 m (3)6 J (4)0.16 m,(对应学生用书P94) 易错点：不能正确理解功能关系,AmM Bm2M C木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度 D在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能 易错分析 搞不清具体哪种力做功，是做正功还是负功，分辨不清相应能量变化的关系而出错，误选D.运用功能关系解题，要明确以下两点：做功的过程就是能量转化的过程，有一个力做功，必定存在一种形式的能向另一种形式的能转化；不要将功和能量混为一谈，不要重复计算,如图，卷扬机的绳索通过定滑轮用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移动在移动过程中，下列说法正确的是 ( ) AF对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和 BF对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和 C木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力势能 DF对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力做的功之和,答案 CD,(对应学生用书P94) 1一物块由静止开始从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点，在此过程中重力对物块做的功等于( ) A物块动能的增加量 B物块重力势能的减少量与物块克服摩擦力做的功之和 C物块重力势能的减少量和物块动能的增加量以及物块克服摩擦力做的功之和 D物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和 答案 D,2(2011广东华师大附中第二次月考)如右图所示，一物体m在沿斜面向上的恒力F作用下，由静止从底端沿光滑的斜面向上做匀加速直线运动，经时间t力F做功为60 J，此后撤去恒力F，物体又经时间t回到出发点，若以地面为零势能点，则下列说法正确的是( ) A物体回到出发点时的动能是60 J B开始时物体所受的恒力F2mgsin C撤去力F时，物体的重力势能是45 J D动能与势能相同的位置在撤去力F之前的某位置,答案 ACD,答案 A,4如右图所示是简化后的跳台滑雪的雪道示意图. 整