高考物理总复习 专题五 第4讲 功能关系、能量转化与守恒定律配套课件.ppt

第4讲功能关系 能量转化与守恒定律 考点1 功和能的关系 1 功是能量转化的量度 做功的过程是能量转化的过程 做了多少功 就有多少能量发生转化 反之 转化了多少能量就说明做了多少功 2 常见的功与能的转化关系如下表所示 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 ep ep e ek ep e电 e分 自主检测 1 2011年韶关调研 如图5 4 1所示 两物体a b用轻质弹簧相连 静止在光滑水平面上 现同时对a b两物体施加等大反向的水平恒力f1 f2 使a b同时由静止开始运动 在运动过程中 对a b两物体及弹簧组成的系统 正确的说 法是 整个过程中弹簧不超过其弹性限度 图5 4 1a 机械能守恒b 机械能不断增加c 当弹簧伸长到最长时 系统的机械能最大d 当弹簧弹力的大小与f1 f2的大小相等时 a b两物体的速度为零 解析 a b开始时分别向左 向右做加速度减小的加速运动 运动时机械能增大 当f1 f2 f弹时 加速度为零 速度达到最大 以后f1 f2 f弹 a b向两侧做减速运动 至速度为零 弹簧伸长到最长 在此过程中f1 f2都做正功 故系统机械能增大 但以后 a又向右 b又向左运动 此过程f1 f2又做负功 机械能又减小 故a b d不对 选择c 答案 c 考点2 能量转化与守恒定律 转移 不变 相互转化 1 内容 能量既不会凭空产生 也不会被凭空消失 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体 到另一个物体 而在转化或转移的过程中 能量的总量保持 2 对能量转化与守恒的理解 每一种运动形式都对应一种能量形式 通过力做功 不同形式的能可以 能量是沟通各个物理现象和物理过程的最根本的属性 直接从整个过程的能的转化和守恒的观点出发 可免去许多对复杂的细节变化的处理 直达问题的症结所在 这是综合思想的又一具体体现 自主检测 2 双选 行驶中的汽车制动后滑行一段距离 最后停下 流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰 降落伞在空中匀速下降 条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈 线圈中产生电流 上述 不同现象中所包含的相同的物理过程是 a 物体克服阻力做功b 物体的动能转化为其他形式的能量c 物体的势能转化为其他形式的能量d 物体的机械能转化为其他形式的能量 解析 汽车制动 受摩擦阻力减速 克服摩擦力做功 机械能转化为内能 流星坠落 受空气阻力 机械能转化为内能 降落伞在空中匀速下降 受空气阻力 重力势能转化为内能 条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈 由于电磁感应 受到磁场力的阻碍作用 把机械能转化为电能 所以a d两项正确 答案 ad 考点3 摩擦力做功与机械能 内能之间的转化关系 1 静摩擦力做功的特点 1 静摩擦力可以做正功 也可以做负功 还可以不做功 2 相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零 3 静摩擦力做功时 只有机械能的相互转移 不会转化为内能 2 滑动摩擦力做功的特点 1 滑动摩擦力可以做正功 也可以做负功 还可以不做功 2 相互间存在滑动摩擦力的系统内 一对滑动摩擦力做功 将产生两种可能效果 机械能全部转化为内能 有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移 另外部分转 化为内能 3 摩擦生热的计算 q ffs相对 自主检测 3 一木块静止在光滑水平面上 被一水平方向飞来的子弹击中 子弹进入木块的深度为2cm 木块相对于桌面移动了1cm 设木块对子弹的阻力恒定 则产生的热能和子弹损失的动能之比是多少 解 由功能关系 摩擦产生的热能为q ffs相对子弹损失的动能等于合外力对子弹做功的负值 即 e损 ffs子弹 热点1 判断各力做功所对应的能量转化 例1 双选 2012年深圳一模 在奥运比赛项目中 高台跳水是我国运动员的强项 质量为m的跳水运动员入水后受到水的阻力而竖直向下做减速运动 设水对他的阻力大小恒为f 那么在他减速下降深度为h的过程中 下列说法正确的是 g 为当地的重力加速度 a 他的动能减少了fh b 他的重力势能减少了mghc 他的动能减少了 f mg hd 他的机械能减少了 f mg h 思路导引 对人做减速运动过程受力分析 明确各力做功 与能的转化关系可判断 解析 跳水运动员在水中减速下降h的过程中 他的重力势能减少了mgh 则b选项正确 由动能定理知 动能减少了 f mg h 则c选项正确 重力以外的力做的功等于机械能的变化 机械能减少了fh d错误 答案 bc 拓展提升 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 触类旁通 1 双选 如图5 4 2所示 倾角 30 的粗糙斜面固定在地面上 长为l 质量为m 粗细均匀 质量分布均匀的软绳置于斜面上 其上端与斜面顶端齐平 用细线将物块与软绳连接 物块由静止释放后向下运动 直到软绳刚好全部离开斜面 此时 物块未到达地面 在此过程中 图5 4 2 b 软绳重力势能共减少了mgl a 物块的机械能逐渐增加 c 物块重力势能的减少等于软绳克服摩擦力所做的功d 软绳重力势能的减少小于其动能的增加与克服摩擦力 所做功之和 答案 bd 热点2 多过程问题中的能量转化与守恒 例2 2013年广东卷 如图5 4 3所示 两块相同平板p1 p2置于光滑水平面上 质量均为m p2的右端固定一轻质弹簧 左端a与弹簧的自由端b相距l 物体p置于p1的最右端 质量为2m 且可看作质点 p1与p以共同速度v0向右运动 与静止的p2发生碰撞 碰撞时间极短 碰撞后p1与p2粘连在一起 p压缩弹簧后被弹回并停在a点 弹簧始终在弹性限度内 p与p2之间的动摩擦因数为 求 1 p1 p2刚碰完时的共同速度v1和p的最终速度v2 2 此过程中弹簧的最大压缩量x和相应的弹性势能ep 图5 4 3 思路导引 p1 p2碰后速度相同 最终p1 p2和p速度相同 可以用动量守恒处理第 1 问 p在p2上运动第一段摩擦力做功 动能转化为热能 和弹簧接触后摩擦力和弹力做功 动能转化为热能和弹性势能 机械能虽然不守恒 但是可以用能量守恒处理 p1 p2碰后到最终三者速度一样过程 动能减少全转化为热能 考虑整个过程应用能量守恒 答题规范 解 1 p1和p2碰撞前后动量守恒mv0 m m v1 p在p2上滑行过程 p1 p2 p组成的系统动量守恒2mv0 2mv1 4mv2 2 p1 p2 p第一次等速 弹簧最大压缩量x最大 由能量守恒得 拓展提升 这类问题审题要求高 一定要分清有哪些过程 明确过程中哪些力做了功 引起了哪种能的转化 物体系统中存在哪些能量形式 在转化中是哪种能转化为哪种能 即明确研究对象的能量来源与去向 根据能量守恒来列方程 这类问题虽然过程多 但分清了过程中的能量 对每一过程列方程 再联立方程求解 问题就不会那么难 触类旁通 2 2012年广东六校联考 如图5 4 4所示 两个圆形光滑细管在竖直平面内交叠 组成 8 字形通道 在 8 字形通道底端b处连接一内径相同的粗糙水平直管ab 已知e处距地面的高度h 3 2m 一质量m 1kg的小球a从a点以速度v0 12m s的速度向右运动进入直管道 到达b点后沿 8 字形轨道向上运动 到达d点时恰好与轨道无作用力 直接进入de管 de管光滑 并与原来静止于e处的质量为m 4kg的小球b发生正碰 ab均可视为质点 已知碰撞后a球沿原路返回 速度大小为碰撞前速度大小的 而b球从e点水平抛出 其水平射程s 0 8m 取g 10m s2 1 求碰后b球的速度大小 2 求 8 字形管道上下两圆的半径r和r 3 若小球a在管道ab中运动时所受阻力为定值 请判断a 球返回到ba管道时 能否从a端穿出 图5 4 4 解 1 设碰后b球的速度大小为vb b球离开de后做平抛 运动 则 水平方向有s vbt解得vb 1m s 2 a b碰撞过程 动量守恒 设碰前a球的速度大小为va 以水平向右为正方向 有解得va 3m s碰前a在d处恰好与轨道无作用力 满足 解得r 0 9m由几何关系有h 2r 2r 解得r h 2r2 0 7m 热点3 传送带模型中的能量转化与守恒 模型简介 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 1 动力学角度 首先要正确分析物体的运动过程 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 求物体及传送带在相应时间内的位移 找出物体和传送带之间的位移关系 2 能量角度 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 常依据功能关系或能量守恒定律求解 例3 如图5 4 5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v0 2m s的速率运行 现把一质量为m 10kg的工件 可看做质点 轻轻放在皮带的底端 经过时间t 1 9s 工件被传送到h 1 5m的高处 取g 10m s2 求 图5 4 5 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 思路导引 1 由速度公式和位移公式求出工件加速时的加速度 然后分析工件的受力情况 物体受到重力 支持力和沿斜面向上的摩擦力作用 合力沿斜面向上 物体加速运动 由牛顿第二定律求出工件与传送带间的动摩擦因数 2 传送带匀速运动 求出位移 即可求出摩擦力对传送带所做的功 即产生的内能 电动机对运输机所做的功是内能与物体所做的功的和 匀速运动的位移为x x1 v0 t t1 解得加速运动的时间t1 0 8s由牛顿第二定律有 mgcos mgsin ma 2 根据能量守恒的观点 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 v0t1 1 6m 在时间t1内 工件相对皮带的位移x相 x皮 x1 0 8m在时间t1内 摩擦产生的热量q mgcos x相 60j 工件增加的势能ep mgh 150j 电动机多消耗的电能w q ek ep 230j 拓展提升 1 传送带模型问题中的功能关系分析 功能关系分析 wf ek ep q 对wf和q的理解 传送带的功 wf fx传 产生的内 能q ffs相 2 传送带模型问题的分析流程 触类旁通 3 如图5 4 6所示 一质量为m 2kg的滑块从半径为r 0 2m的光滑四分之一圆弧轨道的顶端a处由静止滑下 a点和圆弧对应的圆心o点等高 圆弧的底端b与水平传送带平滑相接 已知传送带匀速运行的速度为v0 4m s b点到传送带右端c点的距离为l 2m 当滑块滑到传送带的右端c时 其速度恰好与传送带的速度相同 g 10m s2 求 1 滑块到达底端b时对轨道的压力 2 滑块与传送带间的动摩擦因数 3 此过程中 由于滑块与传送带之间