导学教程高考物理总复习 第五章 机械能及其守恒定律 第四节 功能关系 能量守恒定律课件 新人教版.ppt

第四节功能关系能量守恒定律 考点一功能关系的理解与应用1 对功能关系的理解 1 做功的过程就是能量转化的过程 不同形式的能量发生相互转化是通过做功来实现的 2 功是能量转化的量度 功和能的关系 一是体现到不同的力做功 对应不同形式的能转化 具有一一对应关系 二是做功的多少与能量转化的多少在数值上相等 2 几种常见的功能关系及其表达式 考向1用功能关系定性分析问题 例1 如图5 4 1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 图5 4 1 a 物块a重力势能的增加量一定等于mghb 物块a动能的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机械能的增加量小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和弹簧组成的系统机械能的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 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错误 物块a和弹簧组成的系统机械能的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 答案 d 考向2用功能关系进行定量计算 例2 多选 2013 大纲全国 如图5 4 2所示 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 图5 4 2a 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 解析 除重力和弹簧弹力之外的其他力做功等于机械能的变化 即w e机或者 e机 ek ep 答案 ac 规律总结求解功能关系题的解答技巧对各种功能关系熟记于心 力学范围内 应牢固掌握以下三条功能关系 1 重力的功等于重力势能的变化 弹力的功等于弹性势能的变化 2 合外力的功等于动能的变化 3 除重力 弹力外 其他力的功等于机械能的变化 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 考点二摩擦力做功与能量的关系1 两种摩擦力做功的比较 2 求解相对滑动物体的能量问题的方法 1 正确分析物体的运动过程 做好受力分析 2 利用运动学公式 结合牛顿第二定律分析物体的速度关系及位移关系 3 公式q ff s相对中s相对为两接触物体间的相对位移 若物体在传送带上做往复运动时 则s相对为总的相对路程 图5 4 3 1 滑块到达b端时 轨道对它支持力的大小 2 车被锁定时 车右端距轨道b端的距离 3 从车开始运动到被锁定的过程中 滑块与车面间由于摩擦而产生的内能大小 滑块在小车上的运动 属滑块 木板模型滑块和小车的受力及运动示意图 答案 1 30n 2 1m 3 6j 1 如图5 4 4所示 质量为m的长木块a静止于光滑水平面上 在其水平的上表面左端放一质量为m的滑块b 已知木块长为l 它与滑块之间的动摩擦因数为 现用水平向右的恒力f拉滑块b 图5 4 4 1 当长木块a的位移为多少时 b从a的右端滑出 2 求上述过程中滑块与木块之间产生的内能 考点三能量守恒定律的理解和应用1 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用的一条规律 3 表达式 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 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 2 应用能量守恒定律的一般步骤 1 分清有多少种形式的能 如动能 势能 内能 电能等 在变化 2 分别列出减少的能量 e减和增加的能量 e增的表达式 3 列恒等式 e减 e增 图5 4 5 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 规律总结涉及弹簧的能量问题的解题方法两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的过程 具有以下特点 1 能量变化上 如果只有重力和系统内弹簧弹力做功 系统机械能守恒 2 如果系统每个物体除弹簧弹力外所受合外力为零 则当弹簧伸长或压缩到最大程度时两物体速度相同 3 当弹簧为自然状态时系统内某一端的物体具有最大速度 图5 4 6 1 小球从开始下滑到与弹簧自由端相碰所经历的时间t 2 小球运动过程中达到的最大速度vm 3 若使小球在p点以初速度v0下滑后又恰好回到p点 则v0需多大 答案 1 1s 2 2m s 3 4 9m s 考点四用能量观点分析传送带模型 物理模型 规范答题 1 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 一般分析问题的角度有两个 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 2 传送带模型问题中的功能关系分析 1 功能关系分析 w ek ep q 2 对w和q的理解 传送带做的功 w fx传 产生的内能q ffx相对 传送带模型问题的分析流程 例5 14分 2016 厦门质检 如图5 4 7所示 水平传送带在电动机带动下以速度v1 2m s匀速运动 小物体p q质量分别为0 2kg和0 3kg 由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连 t 0时刻p放在传送带中点处由静止释放 已知p与传送带间的动摩擦因数为0 5 传送带水平部分两端点间的距离为4m 不计定滑轮质量及摩擦 p与定滑轮间的绳水平 取g 10m s2 图5 4 7 1 判断p在传送带上的运动方向并求其加速度大小 2 求p从开始到离开传送带水平端点的过程中 与传送带间因摩擦产生的热量 3 求p从开始到离开传送带水平端点的过程中 电动机多消耗的电能 审题探究 物块p在水平方向受几个力的作用 合力的方向如何 物块p的位移大小和方向如何 传送带的位移大小和方向如何 两者相对位移是多少 整个运动过程能量是如何转化的 规范解答 1 传送带给p的摩擦力f m1g 1n小于q的重力m2g 3n p将向左运动 2分 答案 1 向左4m s2 2 4j 3 2j 3 如图5 4 8所示 传送带与地面的夹角 37 a b两端间距l 16m 传送带以速度v 10m s 沿顺时针方向运动 物体m 1kg 无初速度地放置于a端 它与传送带间的动摩擦因数 0 5 试求 图5 4 8 1 物体由a端运动到b端的时间 2 系统因摩擦产生的热量 故物体由a端运动到b端的时间t t1 t2 2s 2 物体与传送带间的相对位移x相 vt1 x1 l x1 vt2 6m故q mgcos x相 24j 答案 1 2s 2 24j 1 如图5 4 9为武警队员体能对抗赛中的负重跑 即在粗糙塑胶跑道上拖着大轮胎跑 轻质弹性橡皮条一端套在武警队员的腰上 另一端系在一个大轮胎上 其起跑过程可简化如下 武警队员起跑拉动橡皮条使其变长 稍后轮胎在橡皮条牵引下开始运动 最后轮胎与武警队员一起匀速运动 则起跑过程中 下列说法正确的是 随堂巩固 图5 4 9 a 橡皮条增加的弹性势能等于轮胎动能的增加量b 橡皮条对轮胎做的正功等于轮胎动能的增加量c 队员和轮胎对橡皮条做的总功等于橡皮条弹性势能的增加量d 橡皮条克服队员的拉力做的功等于橡皮条弹性势能的增加量 解析橡皮条增加的弹性势能等于克服橡皮条弹力做的功 与轮胎动能的增加量之间无联系 a错误 橡皮条对轮胎做的正功与摩擦力对轮胎做的负功之和等于轮胎动能的增加量 所以橡皮条对轮胎做的正功大于轮胎动能的增加量 b错误 队员对橡皮条做的功 一部分转化为橡皮条的弹性势能 轮胎的动能 另一部分则转化为摩擦产生的内能 所以队员和轮胎对橡皮条做的总功等于橡皮条弹性势能的增加 c正确 而橡皮条克服队员的拉力做的功等于橡皮条的弹性势能 轮胎的动能以及摩擦产生的内能 d错误 答案c 图5 4 10 答案d 3 2014 福建理综 如图5 4 11所示 两根相同的轻质弹簧 沿足够长的光滑斜面放置 下端固定在斜面底部挡板上 斜面固定不动 质量不同 形状相同的两物块分别置于两弹簧上端 现用外力作用在物块上 使两弹簧具有相同的压缩量 若撤去外力后 两物块由静止沿斜面向上弹出并离开弹簧 则从撤去外力到物块速度第一次减为零的过程 两物块 图5 4 11a 最大速度相同b 最大加速度相同c 上升的最大高度不同d 重力势能的变化量不同 答案c 4 多选 2016 琼海模拟 如图5 4 12所示 质量为m 长为l的木板置于光滑的水平面上 一质量为m的滑块放置在木板左端 滑块与木板间滑动摩擦力大小为ff 用水平的恒定拉力f作用于滑块 当滑块运动到木板右端时 木板在地面上移动的距离为x 滑块速度为v1 木板速度为v2 下列结论中正确的是 图5 4 12 解析由功能关系可知 上述过程中 f做功的大小等于二者增加的动能与系统产生的热量之和 选项a错 其他条件不变的情况下 m越大 木板的加速度越小 x越小 选项b对 其他条件不变的