17-18版 第5章 第4节　功能关系　能量守恒定律.doc

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)合外力的功等于物体的动能的变化(2)重力做功等于物体重力势能的变化(3)弹簧弹力做功等于弹性势能的变化(4)除重力和系统内弹力以外的力做功等于物体机械能的变化知识点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功能关系的理解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A人缓慢推水袋，对水袋做正功，由功能关系可知，水的重力势能一定增加，A正确3摩擦生热的理解如图542所示，木块A放在木板B的左端上方，用水平恒力F将A拉到B的右端，第一次将B固定在地面上，F做功W1，生热Q1；第二次让B在光滑水平面可自由滑动，F做功W2，生热Q2，则下列关系中正确的是() 【导学号：92492233】图542A. W1W2，Q1Q2BW1W2，Q1Q2CW1W2，Q1Q2DW1W2，Q1Q2A设木板B长s，木块A从木板B左端滑到右端克服摩擦力所做的功WFfs，因为木板B不固定时木块A的位移要比木板B固定时长，所以W1，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546(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. 【导学号：92492235】【解析】(1)A与斜面间的滑动摩擦力f2 mgcos ，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3将小球以10 m/s的初速度从地面竖直向上抛出，取地面为零势能面，小球在上升过程中的动能Ek、重力势能Ep与上升高度h间的关系分别如图547中两直线所示g取10 m/s2，下列说法正确的是()图547A小球的质量为0.2 kgB小球受到的阻力(不包括重力)大小为0.20 NC小球动能与重力势能相等时的高度为 mD小球上升到2 m时，动能与重力势能之差为0.5 JD在最高点，Epmgh得m0.1 kg，A项错误；由除重力以外其他力做功E其E可知：fhE高E低，E为机械能，解得f0.25 N，B项错误；设小球动能和重力势能相等时的高度为H，此时有mgHmv2，由动能定理得：fHmgHmv2mv，解得H m，故C项错；当上升h2 m时，由动能定理得：fhmghEk2mv，解得Ek22.5 J，Ep2mgh2 J，所以动能与重力势能之差为0.5 J，故D项正确摩擦力做功与能量的转化关系1.对摩擦生热的理解(1)从功的角度看，一对滑动摩擦力对系统做的功等于系统内能的增加量(2)从能量的角度看，是其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量2两种摩擦力做功情况比较静摩擦力滑动摩擦力 不同点能量的转化方面只有能量的转移，而没有能量的转化既有能量的转移，又有能量的转化一对摩擦力的总功方面一对静摩擦力所做功的代数和等于零一对滑动摩擦力所做功的代数和不为零，总功WFfl相对，产生的内能QFfl相对相同点正功、负功、不做功方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功母题如图548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，g取10 m/s2，求：图 5-4-8(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【自主思考】(1)1.9 s内工件是否一直加速？应如何判断？提示：若工件一直匀加速，由t可得：工件的最大速度vm m/sv0，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【解析】(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 J母题迁移迁移1水平传送带问题1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：92492236】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，电动机做的功等于物体获得的动能和由于摩擦而产生的内能，选项A错误；对物体受力分析知，仅有摩擦力对物体做功，由动能定理知，其大小应为mv2，选项B错误；传送带克服摩擦力做功等于摩擦力与传送带对地位移的乘积，可知这个位移是物体对地位移的两倍，即Wmv2，选项C错误；由功率公式知电动机增加的功率为mgv，选项D正确迁移2倾斜传送带逆时针转动2(多选)(2017太原模拟)如图5410所示，与水平面夹角为37的传送带以恒定速率v2 m/s沿逆时针方向运动将质量为m1 kg的物块静置在传送带上的A处，经过1.2 s到达传送带的B处已知物块与传送带间的动摩擦因数为0.5，其他摩擦不计，物块可视为质点，重力加速度g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.下列对物块从传送带A处运动到B处过程的相关说法正确的是() 【导学号：92492237】图5410A物块动能增加2 JB物块机械能减少11.2 JC物块与传送带因摩擦产生的热量为4.8 JD物块对传送带做的功为12.8 JBC由题意可知tan 37，因而物块与传送带速度相同后仍然要加速运动物块与传送带速度相同前，由牛顿第二定律有mg(sin cos )ma1，va1t1，x1a1t， 解得a110 m/s2，t10.2 s，x10.2 m，物块与传送带速度相同后，由牛顿第二定律有mg(sin cos )ma2，vva2t2，x2vt2a2t，而t1t21.2 s，解得a22 m/s2，v4 m/s，x23 m，物块到达B处时的动能为Ekmv28 J，选项A错误；由于传送带对物块的摩擦力做功，物块机械能变化，摩擦力做功为Wfmgx1cos mgx2cos 11.2 J，故机械能减少11.2 J，选项B正确；物块与传送带因摩擦产生的热量为Qmg(vt1x1x2vt2)cos