湖南省高考历史一轮复习 第5章 第4节 功能关系 能量转化与守恒定律课件 粤教版.ppt

第4节功能关系能量转化与守恒定律 例1 双选 一物体获得一竖直向上的初速度从某点开始向上运动 运动过程中加速度始终竖直向下 大小为4m s2 g取10m s2 则下列说法正确的是 a 上升过程中物体的机械能不断增加 重力势能增加b 下降过程中物体的机械能不断增加 重力势能减少c 整个过程中物体的机械能不变d 物体下落回抛出点的机械能和抛出的机械能相等 功是能量转化的量度 解析 设物体受到力f的作用 根据牛顿第二定律得 f mg ma f 6n 方向向上 即除重力外物体始终还受到一大小为6n 方向向上的恒力作用 上升过程f做正功 机械能增加 重力做负功 重力势能增加 下降过程f做负功 机械能减少 重力做正功 重力势能减少 故选项a正确 b不正确 c不正确 从抛出到落回整个过程看f做的功代数和为零 答案 ad 点评 根据物体的运动情况分析物体在运动过程中受到的作用力 明确不同力的功引起不同形式能的变化是解决功能问题的基础 重力的功引起重力势能的变化 总功引起物体动能的变化 除重力和弹力之外的力对物体所做的功引起机械能的变化 滑动摩擦力做功与能量转化 图5 4 1 切入点 本题是否受摩擦力 知道了物体所受摩擦力的情况就抓住了解题的关键 答案 ac 点评 每一种力做功都会使能量由一种形式向另一种形式转化 不同的力做功 转化能量的形式不同 应理顺各种功能关系及相关能的转化情况 特别注意机械能的变化等于除重力 弹力 之外的力做的功 1 在机械能守恒定律中 对守恒量理解错误 应该是系统内各部分的动能 重力势能 弹性势能 的总量守恒 2 在系统机械能守恒中 高度的变化计算错误 误认为升高和降低高度差都一样 3 系统内各部分之间速度关系寻找错误 误认为系统内各部分速度大小相等 4 忽略摩擦力做功可以转化为内能 错误地认为摩擦力一定做负功 例3 双选 如图5 4 2所示 物体a放在足够长的木板b上 木板b放在水平地面上 在拉力f的作用下 使物体a做匀加速直线运动 当物体a相对于地面运动了0 1m时 b对a的摩擦力做的功为 10j 则a对b的摩擦力做功的大小可能是 a 0b 10jc 大于10jd 无法确定 图5 4 2 错解 b对a的摩擦力做功为10j 则反作用力即a对b的摩擦力做功也为10j 所以选b 错解原因 牛顿第三定律指出 作用力和反作用力大小相等 方向相反 作用在同一直线上 有些同学错误地认为作用力和反作用力的功也一定大小相等 这就难免出现错误 纠错心得 简单地理解为作用力和反作用力的功大小相等是导致错解的罪魁祸首 作用力和反作用力分别作用在两个物体上 两个物体的运动状态不一定相同 在相互作用力方向上的位移也不一定相同 所以作用力和反作用力的功不一定相等 例4 如图5 4 3所示 物体a无初速地沿光滑圆弧滑下至最低点c后 又沿水平轨道前进至d与质量 大小完全相同的物体b发生动能没有损失的碰撞 碰撞后两球交换速度 b用长l的细线悬于o点 恰与水平地面切于d点 a与水平地面间动摩擦因数 0 1 已知a初始高度h 2m cd 1m g取10m s2 问 题型一功能原理与能量转化和守恒定律 1 若悬线l 2m a与b能碰几次 最后a停在何处 2 若b能绕悬点o在竖直平面内旋转 l满足什么条件时 a b将只能碰两次 a最终停于何处 切入点 本题涉及的过程很多 但解题方法并不难 你要想一下如何使复杂问题简单化 这是追求的最高境界 本题的关键是两个物体碰撞后速度交换 图5 4 3 思维拓展 本题考查功能关系 向心力公式 机械能守恒定律等物理学主干知识的综合运用能力 主要是考查考生对物理过程的分析能力 运用功能关系时选择适当的状态列方程 对临界状态条件的准确确定 复习时要格外重视物理过程的分析 才能灵活地运用物理规律解题 跟踪训练1如图5 4 4所示 某电站蓄水池 上游水库 可视为长方体 有效总库容量 可用于发电 为v 蓄水后水位高出下游水面h 发电过程中上游水库水位最大落差为d 统计资料表明 该电站年抽水用电为2 4 108kw h 年发电量为1 8 108kw h 水的密度为 重力加速度为g 涉及重力势能的计算均以下游水面为零势能面 求 1 该电站日均发电量为多少 2 能用于发电的水的最大重力势能是多少 电站的总效率有多大 图5 4 4 例5 如图5 4 5所示 利用皮带运输机将物体由地面运送到高出水平地面的c平台上 c平台离地面的竖直高度为5m 已知皮带和物体间的动摩擦因数为0 75 运输机的皮带以2m s的速度匀速顺时针运动且皮带和轮子之间不打滑 g 10m s2 sin37 0 6 1 假设皮带在运送物体的过程中始终是张紧的 为了将地面上的物体能够运送到平台上 皮带的倾角 最大不能超过多少 题型二传送带与功能原理相关的问题 2 皮带运输机架设好之后 皮带与水平面的夹角为 30 现将质量为1kg的小物体轻轻地放在皮带的a处 运送到c处 试求由于运送此物体 运输机比空载时多消耗的能量 图5 4 5 切入点 本题的难度在第 2 问 在运输机运送物体的过程中 要理清有哪些能量参与了转化 运输机多消耗的能量都转化成了什么能 为了求这些能量需求什么量 解析 1 要将物体运送到平台上 物体所受到的力应该满足 mgcos mgsin tan 0 75 所以 37 思维拓展 传送带问题设问的角度一般有两个 动力学角度 如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 方法是牛顿第二定律结合运动学规律 还要与实际情况相符 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 分析清楚有哪些能参与了转化是关键 在求解时特别注意因摩擦而产生的热能q等于滑动摩擦力与相对路程的乘积 跟踪训练2一质量为m 2 0kg的小物块与足够长的水平传送带一起运动 被一水平向左飞来的子弹击中并从物块中穿过 如图5 4 6所示 地面观察者记录了小物块被击穿后的速度随时间的变化关系如图5 4 7所示 图中所示向右方向为正方向 已知传送带的速度保持不变 g取10m s2 图5 4 6 1 计算物块与传送带间的动摩擦因数 2 计算传送带总共对外做了多少功 子弹射穿物块后系统有多少能量转化为内能 图5 4 7 图5 4 8 a 两球同时落地b 相遇时两球速度大小相等c 从开始运动到相遇 球a动能的减少量等于球b动能的增加量d 相遇后的任意时刻 重力对球a做功功率和对球b做功功率相等答案 c 2 双选 2010 江苏卷 如图5 4 9所示 平直木板ab倾斜放置 板上的p点距a端较近 小物块与木板间的动摩擦因数由a到b逐渐减小 先让物块从a由静止开始滑到b 然后 将a着地 抬高b 使木板的倾角与前一过程相同 再让物块从b由静止开始滑到a 上述两过程相比较 下列说法中一定正确的有 a 物块经过p点的动能 前一过程较小b 物块从顶端滑到p点的过程中因摩擦产生的热量 前一过程较少c 物块滑到底端的速度 前一过程较大d 物块从顶端滑到底端的时间 前一过程较长 图5 4 9 ad 解析 考查功能关系及力和运动关系 由于小物块与木板间的动摩擦因数由a到b逐渐减小 因此物块在ap段的摩擦力大于bp段的摩擦力 物块由a滑到p的合力小于由b滑到p的合力 又由于p离a端较近 因此a滑到p过程合力做功小于b滑到p合力做功 根据动能定理可知 a项正确 产生的热量等于克服摩擦力做功 由于a到p摩擦力大而位移小 b到p摩擦力小而位移大 因此无法比较克服摩擦力做功 b项错误 从顶端滑到底端的过程中重力做功相等 克服摩擦力做功相等 根据动能定理 到底端时的动能相等 速度相等 c项错误 由下滑的v t图象可知 在位移相同 末速度相同的情况下 前一过程时间较长 3 2010 全国卷 如图5 4 10所示 mnp为竖直面内一固定轨道 其圆弧段mn与水平段np相切于n p端固定一竖直挡板 m相对于n的高度为h np长度为s 一木块自m端从静止开始沿轨道下滑 与挡板发生一次完全弹性碰撞后停止在水平轨道上某处 若在mn段的摩擦可忽略不计 物块与np段轨道间的动摩擦因数为 求物块停止的地方与n点距离的可能值 图5 4 10 4 佛山模拟 滔天浊浪排空来 翻江倒海山为摧 的钱塘江大潮 被誉为天下奇观 小莉设想用钱塘江大潮来发电 在江海交接某处建一大坝 形成一个面积为1 0 107m2 涨潮时水深达25m的蓄水湖 关上水闸 退潮后坝内外水位差为2m 若发电时水重力势能的12 转变为电能 并只有退潮时发电 每天涨潮两次 求该电站每天能发多少电 根据图中情景 说明图5 4 11中的a b两台机器 有一台是发电机 另一台是电动机 哪台是发电机 已知水的密度 1 0 103kg m3 g 10m s2 图5 4 11 5 单选 中山模拟 如图5 4 12 质量为m 长度为l的小车静止在光滑的水平面上 质量为m的小物块 可视为质点 放在小车的最左端 现用一水平恒力f作用在小物块上 使物块从静止开始做匀加速直线运动 物块和小车之间的摩擦力为f 物块滑到小车的最右端时 小车运动的距离为s 在这个过程中 以下结论正确的是 a 物块到达小车最右端时具有的动能为f l s b 物块到达小车最右端时 小车具有的动能为fsc 物块克服摩擦力所做的功为fld 物块和小车增加的机械能为f l s fl答案 d 图5 4 12 解析 物块动能的增加等于合外力对它做的功 所以物块到达最右端时具有的动能为 f f s l a不正确 小车具有的动能为fs b不正确 物块克服摩擦力做的功为f