第4讲功能关系能量守恒定律.doc

海门市四甲中学一体化讲义 高三物理（选修）第5讲功能关系能量守恒定律【学习内容】 制卷：汪兰平 审核：张建荣 审批： 日期：2011-9-11、知道能量守恒定律是自然界最普遍规律之一，了解守恒思想的重要性。2、运用能量守恒定律分析生产、生活中能量转化的实际问题，体会能量守恒。【重点难点】对“功是能量转化的亮度”的理解【知识梳理】一、功能关系1功和能的关系做功的过程就是_的过程，做了多少功，就有多少能量发生了_，功是能量转化的_2功能关系的几种表达形式(1)合外力对物体所做的功等于物体动能的增量，即_，即动能定理(2)重力做正功，重力势能减小；重力做负功，重力势能增加由于“增量”是末态量减去始态量，所以重力的功等于重力势能增量的负值，即WGEp_.(3)弹簧的弹力做的功等于弹性势能增量的负值，即W弹E弹_.(4)重力和弹簧弹力之外的力对物体所做的功等于物体_的增量，即W其他E机2E机1E机1.1一个系统的机械能减少了，究其原因，下列推测正确的是()A可能是系统克服重力做了功 B可能是系统克服摩擦力做了功C一定是系统克服外力做了功 D一定是系统向外界传递了能量1.2 轻质弹簧吊着小球静止在右图中的A位置，现用水平外力F将小 球缓慢拉到B位置，此时弹簧与竖直方向的夹角为，在这一过程中，对于整个系统，下列说法正确的是()A系统的弹性势能不变 B系统的弹性势能增加C系统的机械能不变 D系统的机械能增加二、能量守恒定律1内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体_到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保_2表达式：E减_【重难点突破】一、几种常见的功能关系功是能量转化的量度，分析做功问题时，关键是要清楚哪种力做功，与哪种形式的能量转化相对应下面是常见力做功与能量转化的对应关系1合外力做功等于物体动能的改变。即W合Ek2Ek1Ek。2重力做功等于物体重力势能的改变。即WGEp1Ep2Ep。3弹簧弹力做功等于弹性势能的改变。即W弹Ep1Ep2Ep.4除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功，等于物体机械能的改变，即W其他E2E1E.5一对滑动摩擦力做功的代数和的绝对值等于因摩擦而产生的内能，即Qfx相，x相为物体间相对滑动的距离6电场力做功等于电势能的改变，即W电Ep1Ep2Ep.7分子力做的功等于分子势能的变化 说明：求某个力的功时，要弄清力对“谁”做功，引起“谁”的能量变化【例1】如右图所示，卷扬机的绳索通过定滑轮用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移动在移动过程中，下列说法正确的是()AF对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和BF对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和C木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力势能DF对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力做的功之和准确把握功和对应能的转化关系是解答此类问题的关键应用功能关系解题时，要弄清楚有哪些力在做功，这些力做功等于哪种形式能量的变化【变式训练】一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出，对于这一过程，下列说法正确的是()A子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统内能的增加量C子弹减少的机械能等于木块增加的动能和内能之和D子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块系统增加的内能之和二、摩擦力做功的特点静摩擦力滑动摩擦力不同点能量的转化方面在静摩擦力做功的过程中，只有机械能从一个物体转移到另一个物体(静摩擦力起着传递机械能的作用)而没有机械能转化为其他形式的能量(1)相互摩擦的物体通过摩擦力做功，将部分机械能从一个物体转移到另一个物体(2)部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量一对摩擦力的总功方面一对静摩擦力所做功的代数总和等于零一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功，等于摩擦力与两个物体相对路程的乘积，即Wffx相对表示物体克服摩擦力做功，系统损失机械能转变成内能相同点两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功说明：一对相互作用的滑动摩擦力做功所产生的热量Qfx相对，其中x相对是物体间相对路径长度 【例2】如右图所示，水平长传送带始终以速度v=3 m/s匀速运动现将一质量为m=1 kg的物块放于左端(无初速度)，最终物块与传送带一起以3 m/s的速度运动在物块由速度为零增加至v=3 m/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多少电能？【变式训练】如右图所示，传送带与水平面之间的夹角为=30，其上A、B两点间的距离为x=5 m，传送带在电动机的带动下以v=1 m/s的速度匀速运动，现将一质量为m=10 kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A点，已知小物体与传送带之间的动摩擦因数=，在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中，求：(1)传送带对小物体做的功；(2)电动机做的功(g取10 m/s2)三、对能量守恒定律的理解和应用1对定律的理解(1)某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本思路2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增说明：(1)应用能量守恒定律解决有关问题，关键是准确分析有多少种形式的能量在变化，求出减少的总能量E减和增加的总能量E增，然后再依据能量守恒定律列式求解(2)高考考查该类问题，常综合平抛运动、圆周运动以及电磁学知识考查判断、推理及综合分析能力【例3】如下图所示，某人乘雪橇从雪坡经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70 kg.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：(g10 m/s2)位置ABC速度(m/s)2.012.00时刻(s)0410(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 段所受阻力恒定，求阻力大小小结：从能量的角度来看，功是量度能量转化的物理量，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，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【变式训练】当今流行一种“蹦极”运动，如右图所示，距河面45 m高的桥上A点系弹性绳，另一端系住重50 kg男孩的脚，弹性绳原长AB为15 m，设男孩从桥面自由下坠直至紧靠水面的C点，末速度为0.假定整个过程中，弹性绳遵循胡克定律，绳的质量、空气阻力忽略不计，男孩视为质点弹性势能可用公式：Es =(k为弹性绳的劲度系数，x为弹性绳的形变长度)计算(g=10 m/s2)则：(1)男孩在最低点时，绳具有的弹性势能为多大？绳的劲度系数又为多大？(2)在整个运动过程中，男孩的最大速度又为多大？ 第5讲功能关系能量守恒定律【巩固练习】一、选择题 制卷：汪兰平 审核：张建荣 审批： 日期：2011-9-11、一物块由静止开始从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点，在此过程中重力对物块做的功等于()A物块动能的增加量B物块重力势能的减少量与物块克服摩擦力做的功之和C物块重力势能的减少量和物块动能的增加量以及物块克服摩擦力做的功之和D物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和 2、如右图所示，一质量均匀的不可伸长的绳索重为G，A、B两端固定在天花板上，今在最低点C施加一竖直向下的力将绳拉至D点，在此过程中绳索AB的重心位置将()A逐渐升高B逐渐降低C先降低后升高 D始终不变3、一竖直弹簧下端固定于水平地面上，小球从弹簧的正上方高为h的地方自由下落到弹簧上端，如右图所示，经几次反弹以后小球落在弹簧上静止于某一点A处，则()Ah愈大，弹簧在A点的压缩量愈大B弹簧在A点的压缩量与h无关C小球第一次到达A点时的速度与h无关Dh愈小，小球第一次到达A点时的速度愈大4、(2010年武汉模拟)如图所示，足够长的水平传送带以速度v沿顺时针方向运动，传送带的右端与光滑曲面的底部平滑连接，曲面上的A点距离底部的高度为h0.45 m一小物块从A点静止滑下，再滑上传送带，经过一段时间又返回曲面，g取10 m/s2，则下列说法正确的是()A若v=1 m/s，则小物块能回到A点B若v=3 m/s，则小物块能回到A点C若v=5 m/s，则小物块能回到A点D无论v等于多少，小物块均能回到A点5、(2008年高考四川理综)一物体沿固定斜面从静止开始向下运动，经过时间t0滑至斜面底端已知在物体运动过程中物体所受的摩擦力恒定若用F、v、x和E分别表示该物体所受的合力、物体的速度、位移和机械能，则下列图象中正确的是()6、(2009年高考广东单科)某缓冲装置可抽象成如右图所示的简单模型图中K1、K2为原长相等，劲度系数不同的轻质弹簧下列表述正确的是()A缓冲效果与弹簧的劲度系数无关B垫片向右移动时，两弹簧产生的弹力大小相等C垫片向右移动时，两弹簧的长度保持相等D垫片向右移动时，两弹簧的弹性势能发生改变7、(2010年郑州模拟)如右图所示，倾角为30的斜面体置于水平地面上一根不可伸长的轻绳两端分别系着小球A和物块B，跨过固定于斜面体顶端的小滑轮O，A的质量为m，B的质量为4m.开始时，用手托住A，使OA段绳恰处于水平伸直状态(绳中无拉力)，OB绳平行于斜面，此时B静止不动将A由静止释放，在其下摆过程中，斜面体始终保持静止，下列判断中错误的是()A物块B受到的摩擦力先减小后增大B地面对斜面体的摩擦力方向一直向右C小球A的机械能守恒D小球A的机械能不守恒，A、B系统的机械能守恒8、一带负电的小球从空中的a点运动到b点的过程中，受重力、空气阻力和电场力的作用，小球克服重力做功5 J，克服空气阻力做功1 J，电场力对小球做功2 J，则下列说法正确的是()A小球在a点的重力势能比在b点大5 JB小球在a点的机械能比在b点小1 JC小球在a点的电势能比在b点多2 JD小球在a点的动能比在b点多4 J9、如右图所示，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Ff，物块滑到小车的最右端时，小车运动的距离为x，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(FFf)(lx)B物块到达小车最右端时，小车具有的动能为FfxC物块克服摩擦力所做的功为Ff(lx)D物块和小车增加的机械能为Fx10、如右图所示，水平面上的轻弹簧一端与物体相连，另一端固定在墙上的P点，已知物体的质量为m=2.0 kg，物体与水平面间的动摩擦因数=0.4，弹簧的劲度系数k=200 N/m.现用力F拉物体，使弹簧从处于自然状态的O点由静止开始向左移动10 cm，这时弹簧具有弹性势能Ep=1.0 J，物体处于静止状态若取g=10 m/s2，则撤去外力F后()A物体向右滑动的距离可以达到12.5 cmB物体向右滑动的距离一定小于12.5 cmC物体回到O点时速度最大D物体到达最右端时动能为零，系统机械能也为零二、计算题11、 如右图所示，一质量为m的物块放在水平地面上，现在对物块施加一个大小为F的水平恒力，使物块从静止开始向右移动距离x后立即撤去F.物块与水平地面间的动摩擦因数为.求：(1)撤去F时，物块的速度大小；(2)撤去F后，物块还能滑行多远？12、 如右图所示，A、B、C质量分别为mA=0.7 kg，mB=0.2 kg，mC=0.1 kg，B为套在细绳上的圆环，A与水平桌面的动摩擦因数=0.2，另一圆环D固定在桌边，离地面高h2=0.3 m，当B、C从静止下降h1=0.3 m，C穿环而过，B被D挡住，不计绳子质量和滑轮的摩擦，取g=10 m/s2，若开始时A离桌边足够远，试