南方新高考高考物理一轮总复习 专题五 第4讲 功能关系 能量转化与守恒定律课件 新人教版.ppt

第4讲功能关系能量转化与守恒定律 一 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 就有多少能量发生了转化 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 ep ep e ek ep e电 e分 二 能量转化与守恒定律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 能量转化与守恒的两种表述 1 某种形式的能减少 一定存在其他形式的能增加 且减 少量等于增加量 转移 不变 相互转化 2 某个物体的能量减少 一定存在其他物体的能量增加 且减少量等于增加量 3 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 基础检测 1 2015年河南商丘模拟 自然现象中蕴藏着许多物理知识 如图5 4 1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5 4 1 a 增大 b 变小 c 不变 d 不能确定 答案 a 2 2014年广东卷 如图5 4 2是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图 图中 和 为楔块 和 为垫板 楔块与弹簧盒 垫板间均有摩擦 在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中 a 缓冲器的机械能守恒b 摩擦力做功消耗机械能c 垫板的动能全部转化为内能 图5 4 2 d 弹簧的弹性势能全部转化为动能答案 b 考点1 摩擦力做功的特点 重点归纳1 静摩擦力做功的特点 1 静摩擦力既可以做正功 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 滑动摩擦力既可以做正功 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 一部分机械能在相互摩擦的物体间转移 另一部分机械 能转化为内能 3 摩擦生热的计算q fs相对 典例剖析例1 电动机带动水平传送带以速度v匀速转动 一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上 传送带足够长 若小木块与传送带之间的动摩擦因数为 如图5 4 3所示 当小木块与传送带相对静止时 求 1 小木块的位移 2 传送带转过的路程 3 小木块获得的动能 4 摩擦过程产生的热量 图5 4 3 思维点拨 摩擦力对小木块做的功对应小木块动能的增量 而传送带克服摩擦力做的功为摩擦力与传送带的对地位移的乘积 电动机所做的功应为小木块获得的动能和由于摩擦而产生的热量之和 解 小木块刚放在传送带上时速度为零 受到向右的摩擦力作用而做匀加速直线运动 与传送带共速后不再相互滑动 整个过程中木块获得一定的能量 系统要产生摩擦热 1 由牛顿第二定律 mg ma得a g 备考策略 求解物体在传送带上运动的问题 首先要正解分析物体的运动过程 对研究对象进行受力分析 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 再利用q fs相对求摩擦热 利用功能关系求功 考点练透 1 2015年安徽安庆模拟 如图5 4 4所示 一足够长的木板在光滑的水平面上以速度v向右匀速运动 现将质量为m的物体竖直向下轻轻地放置在木板上的右端 已知物体m和木板之间的动摩擦因数为 为保持木板的速度不变 从物体m放到木板上到它相对木板静止的过程中 须对木板施一水平向右的作用力f 那么力f对木 板做功的数值为 图5 4 4 解析 由能量转化和守恒定律可知 拉力f对木板所做的功w一部分转化为物体m的动能 一部分转化为系统内能 故 答案 c 2 2015年山东实验中学模拟 如图5 4 5所示 有一个可视为质点的质量为m 1kg的小物块 从光滑平台上的a点以v0 2m s的初速度水平抛出 到达c点时 恰好沿c点的切线方向进入固定在水平地面上的光滑圆弧轨道 最后小物块滑上紧靠轨道末端d点的质量为m 3kg的长木板 已知木板上表面与圆弧轨道末端切线相平 木板下表面与水平地面之间光滑 小物块与长木板间的动摩擦因数 0 3 圆弧轨道的半径为r 0 4m c点和圆弧的圆心连线与竖直方向的夹角 60 不计空气阻力 g取10m s2 求 1 小物块刚要到达圆弧轨道末端d点时对轨道的压力 2 要使小物块不滑出长木板 木板的长度l至少多大 图5 4 5 2 设小物块刚好滑到木板左端且达到共同速度的大小为v 小物块在木板上滑行的过程中 小物块与长木板的加速度大小分别为 速度分别为v vd a1t v a2t对小物块和木板系统 由能量守恒定律得l 2 5m 考点2 能量守恒定律的应用 重点归纳应用定律解题的步骤 1 分清有多少形式的能 如动能 势能 包括重力势能 弹性势能 电势能 内能等 在变化 2 明确哪种形式的能量增加 哪种形式的能量减少 并且列出减少的能量 e减和增加的能量 e增的表达式 3 列出能量守恒关系式 e减 e增 典例剖析 例2 如图5 4 6所示 某人乘雪橇沿雪坡经a点滑至b点 接着沿水平路面滑至c点停止 人与雪橇的总质量为70kg 表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据 请根据图表中的数据解决下列问题 取g 10m s2 1 人与雪橇从a到b的过程中 损失的机械能为多少 2 设人与雪橇在bc段所受的阻力恒定 求阻力大小 图5 4 6 思维点拨 首先根据表格中的数据计算出动能的变化量及重力势能的变化量 并进一步计算出机械能的变化量 在bc段上 可根据 v at及牛顿第二定律计算出阻力 解 1 从a点到b点的过程中 人与雪橇损失的机械能为 根据牛顿第二定律得f阻 ma 70 2 n 140n负号表示阻力方向与运动方向相反 备考策略 从能量的角度来看 功是能量转化的量度 功的正 负表示了能量的传输方向 外力对物体做正功 则外界向物体传输能量 外力对物体做负功 则物体将一部分能量向外界传输 如本例中求人与雪橇从a到b的过程中损失的机械能为多少 由能量关系可知 就是求这一过程中克服阻力做了多少功 考点练透 3 2015年安徽安庆模拟 2013年2月15日中午12时30分左右 俄罗斯车里雅宾斯克州发生天体坠落事件 如图5 4 7所示 根据俄紧急情况部的说法 坠落的是一颗陨石 这颗陨石重量接近1万吨 进入地球大气层的速度约为4万英里每小时 随后与空气摩擦而发生剧烈燃烧 并在距离地面上空12至15英里处发生爆炸 产生大量碎片 假定某一碎片自爆炸后落至 地面并陷入地下一定深度过程中 其质量不变 则 a 该碎片在空中下落过程中重力做的功等于动能的增加量b 该碎片在空中下落过程中重力做的功 小于动能的增加量 图5 4 7 c 该碎片在陷入地下的过程中重力做的功等于动能的改变量d 该碎片在整个过程中克服阻力做的功等于机械能的减少量 解析 由能量转化和守恒定律可知 该碎片在空气中下落过程中 重力和空气阻力做功之和等于动能的增加量 因空气阻力做负功 故重力做的功大于动能的增加量 a b均错误 该碎片陷入地下的过程中 因有阻力做负功 且克服阻力做的功等于其机械能的减少量 故d正确 c错误 答案 d 4 2014年福建质检 如图5 4 8所示 光滑曲面ab与水平 圆管cd 管口d端正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧 轻弹簧一端固定 另一端恰好与管口d端平齐 质量为m的滑块在曲面上距bc的高度为2r处从静止开始下滑 滑块与bc间的动摩擦因数 0 5 进入管口c端时与圆管恰好无作用力 通过cd后压缩弹簧 在压缩弹簧过程中滑块速度最大时弹簧的弹性势能为ep 求 1 滑块到达b点时的速度大小vb 2 水平面bc的长度x 3 在压缩弹簧过程中滑块的最大速度vm 图5 4 8 模型 用功能关系分析传送带模型 传送带模型是高中物理中比较典型的模型 有水平和倾斜两种情况 一般设问的角度有两个 一是动力学角度 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等 运用牛顿第二定律结合运动学规律求解 二是能量的角度 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 解决传送带系统能量转化问题的方法是 明确传送带和物体的运动情况 求出物体在传送带上的相对位移 进而求出摩擦力对系统所做的总功 明确能量分配关系 由能量守恒定律建立方程求解 1 物体与传送带相对滑动时摩擦力的总功 1 摩擦力对系统做的总功等于摩擦力对物体和传送带做 的功的代数和 即w wf1 wf2 fx1 fx2 f x 结论 滑动摩擦力对系统总是做负功 这个功的数值等于 摩擦力与相对位移的积 2 摩擦力对系统做的总功的物理意义是 物体与传送带相 对运动过程中系统产生的热量 即q f x 2 传送带系统能量的分配 传送带克服外力做的功w等于外界注入到传送带系统的能量e 通常情况下 这部分能量一部分转化为被传送物体的机械能e机 一部分由于相互摩擦转化为内能 由能的转化和守恒定律得 e e机 q或w ek ep q 例3 如图5 4 9所示 水平长传送带始终以速度v 3m s匀速运动 现将一质量为m 1kg的物块轻放于左端 最终物体与传送带一起以3m s的速度运动 在物块由速度为零增加至v 3m s的过程中 求 1 由于摩擦而产生的热量 2 由于放了物块 带动传送带的电动机多消耗了多少电能 图5 4 9 审题突破 物块做初速度为零的匀加速直线运动 传送带匀速运动 电动机输入到系统的能量一部分转化为物块的动能 一部分克服摩擦力做功转化为内能 解 1 小物块刚放到传送带上时其速度为零 受到传送带向右的滑动摩擦力 使物块加速 最终与传送带达到相同速度v 物块所受的滑动摩擦力为f mg 2 电动机多消耗的电能为物块获得的动能及系统产生的 热量之和 题外拓展 在利用传送带传送物体时 因物体与传送带间存在相对滑动而产生摩擦热 故使得动力系统要多消耗一部分能量 在计算传送带动力系统因传送物体而消耗的能量时 一定不要忘记物体在传送带上运动时因相对滑动而产生的摩擦热的计算 触类旁通 2015年江苏徐州模拟 某电视娱乐节目装置可简化为如图5 4 10所示模型 倾角 37 的斜面底端与水平传送带平滑接触 传送带bc长l 6m 始终以v0 6m s的速度顺时针运动 将一个质量m 1kg的物块由距斜面底端高度h1 5 4m的a点静止滑下 物块通过b点时速度的大小不变 物块与斜面 物块与传送带间动摩擦因数分别为 1 0 5 2 0 2 传送带上表面距地面的高度h 5m g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 求物块由a点运动到c点的时间 2 若把物块从距斜面底端高度h2 2 4m处静止释放 求 物块落地点到c点的水平距离 3 求物块距斜面底端高度满足什么条件时 将物块静止释 放均落到地面上的同一点d 图5 4 10 解 1 a到b过程 根据牛顿第二定律mgsi