高考物理总复习 第五章 机械能 第3课时 功能关系 能量守恒定律课件 教科版.ppt

第3课时功能关系能量守恒定律 基础回顾 核心探究 演练提升 基础回顾自主梳理 融会贯通 知识梳理 一 功能关系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着 而且必须通过做功来实现 能量转化 能量的转化 能量 能量的转化 3 常见的功能关系 ek 动能 动能 ep 减少 增加 ep 减少 增加 ep 电势能 电势能 e机 机械能 热量 水平面上固定一半径为r且圆弧部分光滑的半圆形轨道 小物体质量为m 压紧理想弹簧后突然释放 弹出后经动摩擦因数为 长为l的粗糙水平面后恰能到轨道最高点a 如图所示 则 1 滑动摩擦力做功 wf 物体与水平面内能 物体机械能将 2 到达a点过程中 重力做功 wg 重力势能 动能 3 恰到达最高点a 说明此时物体动能为eka 4 开始时 物体压缩弹簧 弹力对物体做 弹性势能 大小为 mgl 增加 mgl 减少 mgl 2mgr 增加2mgr 减少2mgr 负功 增加 二 能量守恒定律1 内容 能量既不会凭空 也不会凭空消失 它只能从一种形式为另一种形式 或者从一个物体到另一个物体 在的过程中其总量 2 表达式 1 e初 e末 初状态各种能量的等于末状态各种能量的 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 产生 转化 转移 转化和转移 保持不变 总和 总和 自主检测 1 思考判断 1 力对物体做了多少功 物体就有多少能 2 物体在速度增大时 其机械能可能在减小 3 滑动摩擦力做功时 一定会引起机械能的转化 4 一个物体的能量增加 必定有别的物体能量减少 5 功可以变为能 能可以变为功 答案 1 2 3 4 5 2 多选 下列对能量守恒定律的认识 正确的是 a 某种形式的能量减少 一定存在其他形式的能量增加b 某个物体的能量减少 必然有其他物体的能量增加c 散失到周围环境中的内能还能回收重新利用d 石子从空中落下 最后停止在地面上 说明机械能消失了 ab 解析 由能量守恒定律可知 能量既不会消灭 也不会创生 能量只能从一种形式转化为其他形式 或者从一个物体转移到其他物体 选项a b正确 d错误 散失到周围环境中的内能不能回收重新利用 选项c错误 3 2018 河北唐山模拟 多选 光滑水平面上静置一质量为m的木块 一质量为m的子弹以水平速度v1射入木块 以v2速度穿出 木块速度变为v 对这个过程 下列说法中正确的是 a 子弹对木块做的功等于mv2b 子弹对木块做的功等于子弹克服阻力做的功c 子弹对木块做的功等于木块获得的动能与子弹跟木块间摩擦生热的内能之和d 子弹损失的动能等于木块的动能跟子弹与木块间摩擦转化的内能之和 ad 4 2018 海南三亚模拟 如图所示 长为l的轻绳悬挂一个质量为m的小球 开始时绳竖直 小球与倾角 45 且静止于水平面的三角形物块刚好接触 现用水平恒力f向左推动三角形物块 直至轻绳与斜面平行 此时小球的速度大小为v 重力加速度为g 不计所有的摩擦 下列说法中正确的是 a 上述过程中 推力f做的功为flb 上述过程中 斜面对小球做的功等于小球增加的动能c 上述过程中 推力f做的功等于小球增加的机械能d 轻绳与斜面平行时 绳对小球的拉力大小为mgsin45 a 核心探究分类探究 各个击破 考点一功能关系的理解与应用 功是能量转化的量度 力学中几种常见的功能关系如下 典例1 2018 山东潍坊模拟 多选 如图所示 在升降机内固定一光滑的斜面体 一轻弹簧的一端连在位于斜面体上方的固定木板b上 另一端与质量为m的物块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的过程中 a 物块a的重力势能增加量一定等于mghb 物块a的动能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和c 物块a的机械能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和d 物块a和弹簧组成的系统的机械能增加量等于斜面对物块的支持力和b对弹簧的拉力做功的代数和 cd 核心点拨 升降机加速上升 根据牛顿第二定律 判断弹簧弹力是否发生变化 根据除重力以外其他力做的功等于机械能的增量 判断物体机械能的变化 解析 物块a开始受重力 支持力 弹簧的弹力处于平衡状态 当具有向上的加速度时 合力向上 弹簧弹力和支持力在竖直方向上的分力大于重力 所以弹簧的弹力增大 物块a相对于斜面向下运动 物块a上升的高度小于h 所以重力势能的增加量小于mgh 选项a错误 物块a受重力 支持力 弹簧的弹力 对物块a用动能定理 物块a的动能增加量等于斜面的支持力 弹簧的拉力和重力对其做功的代数和 选项b错误 物块a机械能的增加量等于斜面支持力和弹簧弹力做功的代数和 选项c正确 物块a和弹簧组成系统的机械能增加量应等于除重力和弹簧弹力以外的其他力做功的代数和 即应等于除重力和弹簧力以外的其他力做功的代数和 即等于斜面对物块的支持力和b对弹簧拉力做功的代数和 选项d正确 反思总结功能关系的选用方法对于一般的能量变化采用直接法来判断 如重力做功是重力势能变化的原因和量度 弹簧的弹力做功是弹性势能变化的原因和量度 电场力做功是电势能变化的原因和量度 合外力做功是动能变化的原因和量度 除重力以外的力做功是机械能变化的原因和量度 1 弹力和摩擦力做功时的功能关系 2018 河北唐山模拟 轻质弹簧右端固定在墙上 左端与一质量m 0 5kg的物块相连 如图 甲 所示 弹簧处于原长状态 物块静止且与水平面间的动摩擦因数 0 2 以物块所在处为原点 水平向右为正方向建立x轴 现对物块施加水平向右的外力f f随x轴坐标变化的关系如图 乙 所示 物块运动至x 0 4m处时速度为零 则此时弹簧的弹性势能为 g取10m s2 a 3 1jb 3 5jc 1 8jd 2 0j a 多维训练 解析 物块与水平面间的摩擦力为f mg 1n 现对物块施加水平向右的外力f 由f x图像面积表示外力f做的功 可知f做功w 3 5j 克服摩擦力做功wf fx 0 4j 由功能关系可知w wf ep 此时弹簧的弹性势能为ep 3 1j 选项a正确 2 导学号58826112 重力 摩擦力做功时的功能关系 多选 如图 一固定斜面倾角为30 一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度 沿斜面向上做匀减速运动 加速度的大小等于重力加速度的大小g 若物块上升的最大高度为h 则此过程中 物块的 a 动能损失了2mghb 动能损失了mghc 机械能损失了mghd 机械能损失了mgh ac 考点二摩擦力做功与能量的关系 两种摩擦力做功情况比较 典例2 2018 江西南昌模拟 多选 在大型物流货场 广泛应用着传送带搬运货物 如图 甲 所示 与水平面倾斜的传送带以恒定速率运动 皮带始终是绷紧的 将m 1kg的货物放在传送带上的a处 经过1 2s到达传送带的b端 用速度传感器测得货物与传送带的速度v随时间t变化图像如图 乙 所示 已知重力加速度g 10m s2 由v t图可知 a a b两点的距离为2 4mb 货物与传送带间的动摩擦因数为0 5c 货物从a运动到b过程中 传送带对货物做功大小为12 8jd 货物从a运动到b过程中 货物与传送带摩擦产生的热量为4 8j bd 核心点拨 1 前后两段时间 传送带对货物的摩擦力方向斜向下与斜向上 对货物做正功 做负功 2 前后两段时间 货物与传送带间的相对位移 x1 vt1 x1 x2 x2 vt2 反思总结摩擦生热掌握 三点 1 大小 系统内因滑动摩擦力做功产生的热量q fx相对 2 原因 有滑动摩擦力的系统内存在相对位移 摩擦生热q fx相对中 x相对是两物体间相对运动的位移 即同向相加 反向相减 3 能量转化有两种形式 一是相互摩擦的物体之间机械能转移 二是机械能转化为内能 即热量 多维训练 1 导学号58826113 动能与内能的转化 多选 如图所示 水平传送带由电动机带动 并始终保持以速度v匀速运动 现将质量为m的某物块无初速地放在传送带的左端 经过时间t物块保持与传送带相对静止 设物块与传送带间的动摩擦因数为 对于这一过程 下列说法正确的是 acd 2 弹性势能与内能的转化 如图所示 劲度系数为k的轻弹簧一端固定在墙上 个小物块 可视为质点 从a点以初速度v0向左运动 接触弹簧后运动到c点时速度恰好为零 弹簧始终在弹性限度内 a c两点间距离为l 物块与水平面间动摩擦因数为 重力加速度为g 则物块由a点运动到c点的过程中 下列说法正确的是 a 弹簧和物块组成的系统机械能守恒b 物块克服摩擦力做的功为mc 弹簧的弹性势能增加量为 mgld 物块的初动能等于弹簧的弹性势能增加量与摩擦产生的热量之和 d 考点三能量守恒定律的理解与应用 1 对能量守恒定律的理解 1 转化 某种形式的能量减少 一定存在其他形式的能量增加 且减少量和增加量一定相等 2 转移 某个物体的能量减少 一定存在其他物体的能量增加 且减少量和增加量相等 2 运用能量守恒定律解题的基本思路 典例3 2018 山东泰安模拟 如图所示 一物体质量m 2kg 在倾角 37 的斜面上的a点以初速度v0 3m s下滑 a点距弹簧上端b的距离ab 4m 当物体到达b点后将弹簧压缩到c点 最大压缩量bc 0 2m 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ad 3m 挡板及弹簧质量不计 g取10m s2 sin37 0 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 审题指导 答案 1 0 52 2 24 46j 反思总结能量的转化问题小结涉及滑动摩擦力做功 机械能不守恒 机械能要转化为内能 热量 若涉及弹簧类问题 研究系统包含弹簧 则弹力做功不影响系统的机械能 若研究对象不包含弹簧 则部分能量转化为弹性势能 当弹簧伸长或缩短到最大限度时弹性势能最大 当弹簧为自然状态时 系统内某一端的物体具有最大速度 针对训练 导学号58826114如图所示 半圆形轨道mon竖直放置且固定在地面上 直径mn是水平的 一小物块从m点正上方高度为h处自由下落 正好在m点滑入半圆轨道 测得其第一次离开n点后上升的最大高度为 小物块接着下落从n点滑入半圆轨道 在向m点滑行过程中 整个过程不计空气阻力 a 小物块正好能到达m点b 小物块一定到不了m点c 小物块一定能冲出m点d 不能确定小物块能否冲出m点 c 演练提升真题体验 强化提升 1 动能定理 重力做功与重力势能关系 2016 四川卷 1 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1900j 他克服阻力做功100j 韩晓鹏在此过程中 a 动能增加了1900jb 动能增加了2000jc 重力势能减小了1900jd 重力势能减小了2000j c 解析 由题可得 重力做功1900j 则重力势能减少1900j 选项c正确 d错误 由动能定理wg wf ek可得动能增加1800j 选项a b错误 2 系统能量转化综合问题 2014 海南卷 多选 如图所示 质量相同的两物体a b 用不可伸长的轻绳跨接在同一光滑的轻质定滑轮两侧 a在水平桌面的上方 b在水平粗糙桌面上 初始时用力压住b使a b静止 撤去此压力后 a开始运动 在a下降的过程中 b始终未离开桌面 在此过程中 a a的动能小于b的动能b 两物体机械能的变化量相等c a的重力势能的减小量等于两物体总动能的增加量d 绳的拉力对a所做的功与对b所做的功的代数和为零 ad 解析 轻绳两端沿绳方向的速度分量大小相等 故可知a的速度等于b的速度沿绳方向的分量 a的动能比b的动能小 选项a正确 因为b与地面有摩擦力 运动时有热量产生 所以该系统机械能减少 而b c两项均为系统机械能守恒的表现 选项b c错误 轻绳不可伸长 两端分别对a b做功大小相等 符号相反 选项d正确 3 功能原理应用 2017 全国 卷 24 一质量为8 00 104kg的