高考物理一轮总复习 专题5 机械能 第4讲 功能关系、能量守恒课件.ppt

第4讲功能关系 能量守恒 考纲解读 1 知道功是能量转化的量度 掌握功与对应能量变化的关系 2 知道自然界中各种能量的转化 并能应用能量守恒定律分析解答相关问题 一 功能关系1 功是 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 而且 必通过做功来实现 二 能量守恒定律1 内容 能量既不会 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 到别的物体 在转化和转移的过程中 能量的总量 2 表达式 1 e1 e2 2 e减 考点o讲堂梳理自查 能量转化 能量转化 能量转化 凭空产生 转化 转移 保持不变 e增 1 对功能关系的考查 多选 2017届湖南衡阳检测 如图所示 固定在水平面上的光滑斜面倾角为30 质量分别为m m的两个物体通过细绳及轻弹簧连接于光滑轻滑轮两侧 斜面底端有一与斜面垂直的挡板 开始时用手按住物体m 此时m距离挡板的距离为s 滑轮两边的细绳恰好伸直 且弹簧处于原长状态 已知m 2m 空气阻力不计 松开手后 关于二者的运动下列说法中正确的是 a m和m组成的系统机械能守恒b 当m的速度最大时 m与地面间的作用力为零c 若m恰好能到达挡板处 则此时m的速度为零d 若m恰好能到达挡板处 则此过程中重力对m做的功等于弹簧弹性势能的增加量与物体m的机械能增加量之和 答案 bd 解析 因m m之间有弹簧 故两物体受弹簧的弹力做功 机械能不守恒 故选项a错误 m的重力分力为mgsin mg 物体先做加速运动 当受力平衡时m速度达到最大 则此时m受拉力为mg 故m恰好与地面间的作用力为零 故选项b正确 从m开始运动至m到达底部过程中 弹力的大小一直大于m的重力 故m一直做加速运动 m到达底部时 m的速度不为零 故选项c错误 m恰好能到达挡板处 则此过程中重力对m做的功等于弹簧弹性势能的增加量与物体m的机械能增加量之和 故选项d正确 2 对能量守恒的考查 2017年江西九江检测 秋千是中国古代北方少数民族创造的一种运动 春秋时期传入中原地区 因其设备简单 容易学习 故而深受人们的喜爱 很快在各地流行起来 会荡秋千的人不用别人推 就能越摆越高 而不会荡秋千的人则始终也摆不起来 要使秋千越摆越高 以下做法合理的是 a 从高处摆下来的时候身体迅速下蹲 而从最低点向上摆起时 身体迅速直立起来b 从高处摆下来的时候身体要保持直立 而从最低点向上摆起时 身体迅速下蹲c 不论从高出摆下来还是从低点向上摆起 身体都要保持下蹲d 不论从高处摆下来还是从最低点向上摆起 身体都要保持直立 答案 a 解析 在荡秋千时 是不断地将自身的化学能转化成机械能 在向上摆时站起就是将化学能转化成机械能 摆回时又将重力势能转化成动能 选项a正确 1 几种常见的功能关系及其表达式 考点1功能关系的理解和应用 2 应用定律的一般步骤 例1 2017届江苏启东中学期中 如图所示 竖直平面内放一直角杆aob 杆的水平部分粗糙 动摩擦因数为0 20 杆的竖直部分光滑 两部分各套有质量分别为2 0kg和1 0kg的小球a和b a b间用细绳相连 初始位置oa 1 5m ob 2 0m g取10m s2 则 1 若用水平拉力f1沿杆向右缓慢拉a 使之移动0 5m 该过程中拉力f1做功多少 2 若小球a b都有一定的初速度 a在水平拉力f2的作用下 使b由初始位置以1 0m s的速度匀速上升0 5m 此过程中拉力f2做功多少 思路剖析 1 小球a b组成的系统为研究对象 受到了哪些外力 它们做功吗 2 小球a b组成的系统的内力做功吗 3 如何由功能关系对系统列式 答案 1 8j 2 6 8j 解析 从系统来看 拉力f做功一方向使系统的内能增加 另一方面使系统的机械能增加 所以由功能关系直接列式求解 1 a b两小球和细绳整体竖直方向处于平衡 a受到水平杆的弹力为n ma mb g则a受到的摩擦力为ff ma mb g 6n由几何关系有sb 0 5m由功能关系 拉力f1做功为w1 ffsa mbgsb代入数字得w1 8j 练1 2017年河北衡水检测 如图所示 质量为m 0 2kg的小球 可视为质点 从水平桌面左端点a以初速度v0水平抛出 桌面右侧有一竖直放置的光滑轨道mnp 其形状为半径r 0 8m的圆环剪去了左上角135 的圆弧 mn为其竖直直径 p点到桌面的竖直距离也为r 小球飞离桌面后恰由p点无碰撞地落入圆轨道 g 10m s2 求 1 小球在a点的初速度v0及ap间水平距离x 2 小球到达圆轨道最低点n时对n点的压力 3 判断小球能否到达圆轨道最高点m 答案 1 4m s1 6m 2 11 17n 方向竖直向下 3 小球不能到达圆轨道最高点m 功能关系的选用技巧1 在应用功能关系解决具体问题的过程中 若只涉及动能的变化用动能定理分析 2 只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析 3 只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析 4 只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析 静摩擦力与滑动摩擦力做功特点比较 考点2摩擦力做功的特点及应用 例2如图所示 斜面的倾角为 质量为m的滑块距挡板p的距离为s0 滑块以初速度v0沿斜面上滑 滑块与斜面间的动摩擦因数为 滑块所受摩擦力小于使滑块沿斜面下滑的重力分力 若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失 求滑块经过的总路程 思路剖析 整个过程中机械能转化为内能 而产生的内能等于摩擦力与滑块经过总路程的乘积 练2 多选 如图所示 长木板a放在光滑的水平地面上 物体b以水平速度v0冲上a后 由于摩擦力作用 最后停止在木板a上 则从b冲到木板a上到相对木板a静止的过程中 下述说法中正确的是 a 物体b动能的减少量等于系统损失的机械能b 物体b克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量c 物体b损失的机械能等于木板a获得的动能与系统损失的机械能之和d 摩擦力对物体b做的功和对木板a做的功的总和等于系统内能的增加量的负值 答案 cd 解析 物体b以水平速度冲上木板a后 由于摩擦力作用 b减速运动 木板a加速运动 根据能量守恒定律 物体b动能的减少量等于木板a增加的动能和产生的热量之和 选项a错误 根据动能定理 物体b克服摩擦力做的功等于物体b损失的动能 选项b错误 由能量守恒定律可知 物体b损失的机械能等于木板a获得的动能与系统损失的机械能之和 选项c正确 摩擦力对物体b做的功等于物体b动能的减少量 摩擦力对木板a做的功等于木板a动能的增加量 由能量守恒定律 摩擦力对物体b做的功和对木板a做的功的总和等于系统内能的增加量的负值 选项d正确 求解相对滑动物体的能量问题的方法1 摩擦力方向总与相对位移方向相反 故摩擦力做的总功为wf ffs相对 产生的热量为q e内 wf ffs相对 2 公式q ffs相对中s相对为两接触物体间的相对位移 若物体做往复运动 则s相对为总的相对路程 1 模型概述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 微课堂 功能关系中的传送带 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 2 传送带模型问题中的功能关系分析 1 功能关系分析 wf ek ep q 2 对wf和q的理解 传送带的功 wf fx传 产生的内能 q ffs相对 审题突破 1 小物体轻放在传送带的a点 表明初速度为零 小物体刚放上传送带时 受到的滑动摩擦力方向如何 小物体如何运动 当小物体的速度与传送带速度相等时 小物体又如何运动 2 传送带对小物体做的功转化成什么能量 电动机做的功又转化为什么能量 答案 1 255j 2 270j 练3光电计时器的实验简易示意图如图所示 当有不透光物体从光电门间通过时 光电计时器就可以显示物体的挡光时间 光滑水平导轨mn上放两个相同小物块a b 其宽度a 3 0 10 2m 左端挡板处有一弹射装置p 右端n处与水平传送带理想连接 今将挡光效果好 宽度为d 3 6 10 3m的两块黑色磁带分别贴在物块a和b上 且高出物块 并使高出物块部分在通过光电门时挡光 传送带水平部分长度l 8m 沿逆时针方向以恒定速度v 6m s匀速传动 物块a b与传送带间的动摩擦因数 0 2 质量ma mb 1kg 开始时在a b间压缩一轻弹簧 锁定其处于静止状态 现解除锁定 弹开a b 迅速移去轻弹簧 两物块第一次通过光电门 计时器显示读数均为t 9 0 10 4s 取g 10m s2 试求 1 弹簧储存的弹性势能ep 2 物块b沿传送带向右滑动的最远距离sm 3 物块b滑回水平面mn的速度大小vb 答案 1 16j 2 4m 3 4m s 热点题组一功能关系1 多选 2017届襄阳模拟 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 模拟精选 组合专练 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 答案 cd 解析 由于斜面光滑 物块a静止时弹簧弹力与斜面支持力的合力与重力平衡 当整个装置加速上升时 由牛顿第二定律可知物块a受到的合力应向上 故弹簧伸长量增加 物块a相对斜面下滑一段距离 故选项a错误 根据动能定理可知 物块a动能的增加量应等于重力 支持力及弹簧弹力对其做功的代数和 故选项b错误 物块a机械能的增加量应等于除重力以外的其他力对其做功的代数和 选项c正确 物块a和弹簧组成的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 故选项d正确 2 多选 2017年江苏南京检测 一物体悬挂在细绳下端 由静止开始沿竖直方向向下运动 运动过程中 物体的机械能与位移的关系图象如图所示 其中0 s1过程的图象为曲线 s1 s2过程的图象为直线 根据该图象 下列说法正确的是 a 0 s1过程中物体所受拉力一定是变力 且不断增大b s1 s2过程中物体可能在做匀速直线运动c s1 s2过程中物体可能在做变加速直线运动d 0 s2过程中物体的动能可能在不断增大 答案 abd 热点题组二能量转化和守恒问题3 2016年新课标 卷 轻质弹簧原长为2l 将弹簧竖直放置在地面上 在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放 当弹簧被压缩到最短时 弹簧长度为l 现将该弹簧水平放置 一端固定在a点 另一端与物块p接触但不连接 ab是长度为5l的水平轨道 b端与半径为l的光滑半圆轨道bcd相切 半圆的直径bd竖直 如图所示 物块p与ab间的动摩擦因数 0 5 用外力推动物块p 将弹簧压缩至长度l 然后放开 p开始沿轨道运动 重力加速度大小为g 1 若p的质量为m 求p到达b点时速度的大小 以及它离开圆轨道后落回到ab上的位置与b点间的距离 2 若p能滑上圆轨道 且仍能沿圆轨道滑下 求p的质量的取值范围 热点题组三传送带问题4 多选 2017年安徽滁州检测 如图 足够长的传送带与水平方向的倾角为 物块a通过平行于传送带的轻绳跨过光滑轻滑轮与物块b相连 b的质量为m 开始时 a b及传送带均静止且a不受传送带摩擦力作用 现让传送带逆时针匀速转动 则在b上升h高度 未与滑轮相碰 过程中 a 物块a的重力势能减少mghsin b 摩擦力对a做的功大于a机械能的增加c 摩擦力对a做的功等于物块a b动能增加之和d 任意时刻 重力对a b做功的瞬时功率大小不相等 答案 bc 5 2017届哈尔滨模拟 如图所示 一质量为m 1kg的可视为质点的滑块 放在光滑的水平平台上 平台的左端与水平传送带相接 传送带以v 2m s的速度沿顺时针方向匀速转动 传送带不打滑 现将滑块缓慢向右压缩轻弹簧 轻弹簧的原长小于平台的长度 滑块静止时弹簧的弹性势能为ep