2012届高考一轮复习课件：54功能关系能的转化和守恒定律.ppt

第4讲 功能关系能的转化和守恒定律 1 功是能量转化的量度 即做了多少功就对应有多少能量转化 反之转化了多少能量 就说明做了多少功 2 常见的几种力做功与能量转化的对应关系 1 重力所做的功的大小等于重力势能的变化 即WG Ep1 Ep2 Ep 2 弹簧弹力做功等于弹性势能变化 W弹 Ep 3 合外力的功等于物体动能的变化 即W合 Ek2 Ek1 Ek 4 重力 弹簧弹力之外的力对物体所做的功等于物体机械能的变化 即W非 E2 E1 E 3 功能关系除系统内重力和弹簧弹力外 其他力对系统所做的功等于物体机械能的变化 4 能的转化和守恒定律能量既不能凭空产生 也不能凭空消失 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物体 在转化和转移的过程中总量不变 这就是能的转化和守恒定律 一 功能关系的理解和应用问题 力学领域中功能关系主要有哪几种重要形式 解答 同的力做功对应不同形式的能的转变 列表说明 例1 已知货物的质量为m 在某段时间内起重机将货物以a的加速度加速升高h 则在这段时间内叙述正确的是 重力加速度为g A 货物的动能一定增加mah mghB 货物的机械能一定增加mahC 货物的重力势能一定增加mahD 货物的机械能一定增加mah mgh 解析 准确把握功和对应能量变化之间的关系是解答此类问题的关键 具体分析如下 点评 力学范围内 应掌握的几条功能关系 1 物体动能的增量由外力做的总功来量度 W外 Ek 这就是动能定理 2 物体重力势能的增量由重力做的功来量度 弹性势能的增量是由弹力做功来量度 WG Ep WF Ep 这就是势能定理 3 物体机械能的增量由重力 弹力以外的其他力做的功来量度 W除G F外 Ek W除G F外表示除重力 弹力以外的其他力做的功 这就是机械能定理 警示 要准确理解做功与能量转化的对应关系的几种常见情形 必须明确什么力做功 引起什么能增加或减少 二 摩擦力做功过程中的能量转化问题 能量转化过程中摩擦力做功有什么特点 解答 1 静摩擦力做功的特点 静摩擦力可以做正功 也可以做负功 还可以不做功 在静摩擦力做功的过程中 只有机械能的相互转移 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 相互摩擦的系统内 一对静摩擦力所做功的和总是等于零 2 滑动摩擦力做功的特点 如图5 4 1所示 表面粗糙的小车 放在光滑的水平地面上 具有一定速度的小木块由小车左端滑上小车 当木块与小车相对静止时木块相对小车的位移为d 小车相对于地面的位移为l 则滑动摩擦力对木块做的功为 W木 Ff d l 由动能定理得木块的动能增量为 Ek木 Ff d l 滑动摩擦力对小车做的功为W车 Ffl 同理 小车动能增量为 Ek车 Ffl 两式相加得 Ek木 Ek车 Ffd 式表明木块和小车组成的系统机械能减少量等于滑动摩擦力与木块相对于小车的位移的乘积 这部分能量转化为内能 综上所述 滑动摩擦力做功有以下特点 滑动摩擦力可以对物体做正功 也可以对物体做负功 还可以不做功 一对滑动摩擦力做功的过程中能量的转化有两种情况 一是相互摩擦的物体之间机械能的转移 二是机械能转化为内能 转化为内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积 相互摩擦的系统内 一对滑动摩擦力所做功总是负值 其绝对值恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积 即恰等于系统损失的机械能 例2 2009 合肥模拟 如图5 4 2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的物块放于左端 无初速度 最终物块与传送带一起以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 物块从速度为零增至3m s的过程中 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 解析 1 小物块刚放到传送带上时其速度为零 将相对传送带向左滑动 受到一个向右的滑动摩擦力 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Ff mg 物块加速度 点评 求解物体在传送带上运动的问题 首先要正确分析物体的受力和运动情况 一般情况下物体的运动有两个或两个以上的过程 要对各个过程的做功和能量的转化弄清楚 然后根据题目条件求解 警示 一对相互作用的滑动摩擦力做功所产生的热量Q Ff l相路 l相路是物体间相对路径长度 如果两物体同向运动 l相路为两物体对地位移大小之差 如果两物体反向运动 l相路为两物体对地位移大小之和 如果一个物体相对另一个物体做往复运动 则l相路为两物体相对滑动路径的总长度 三 功能关系的综合应用问题 运用能的转化和守恒定律解题时应注意哪些问题 解答 运用能的转化和守恒定律解题时首先应弄清楚各种能量间的转化关系 这种转化关系是靠做功实现的 因此 弄清物体运动过程中各个力的功是解题的关键 抓住能量转化和各个力的功是解决这种问题的基础 例3 如图5 4 3所示 一物体质量m 2kg 在倾角为 37 的斜面上的A点以初速度v0 3m s下滑 A点距弹簧上端B的距离AB 4m 当物体到达B后将弹簧压缩到C点 最大压缩量BC 0 2m 然后物体又被弹簧弹上去 弹到的最高位置为D点 D点距A点AD 3m 挡板及弹簧质量不计 g取10m s2 求 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 弹簧的最大弹性势能Epm 点评 弹簧类问题 画好位置草图至关重要 警示 高考在考查该类问题时 常综合牛顿运动定律 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 希望引起重视 四 能的转化和守恒定律的应用问题 如何理解和应用能量守恒定律 解答 1 对定律的理解 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 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 2 应用定律解题步骤 分清有多少形式的能 动能 势能 包括重力势能 弹性势能 电势能 内能 在变化 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 列出能量守恒关系式 E减 E增 例4 三峡水力发电站是我国最大的水力发电站 三峡水库二期蓄水后 水位落差约为135m 水的流量约1 35 104m3 s 船只通航需要约3500m3 s的流量 其余流量全部用来发电 水流冲击轮机发电时 水流减少的机械能有20 转化为电能 试求 三峡发电站的发电功率最大是多少 解析 由题意可知 三峡水库二期蓄水后 用于发电的水流量为 1 35 104m3 s 3500m3 s 1 0 104m3 s 每秒钟转化为电能为 mgh Vgh 2 7 109J 故发电功率最大是 2 7 109W 2 7 106kW 点评 应用能量守恒定律解决有关问题 关键是准确分析有多少形式的能量在转化 求出减少的总能量 E减和增加的总能量 E增 然后根据能量守恒定律列式求解 在本题中 水流减少的机械能的20 等于发电站产生的电能 警示 在物理问题的分析中 如果能运用能量的观点做一些定性或定量的分析 往往可以使物理问题的分析过程大为简化 1 单选 如图5 4 4所示 木块A放在木块B上左端 用恒力F将A拉至B的右端 第一次将B固定 F做功为W1 摩擦生热为Q1 第二次让B可以在光滑地面上滑动 F做功为W2 摩擦生热为Q2 则 A W1 W2 Q1 Q2B W1 W2 Q1 Q2C W1 W2 Q1 Q2D W1 W2 Q1 Q2 解析 W mg lA 第一次lA比第二次lA小 故W1 W2 而Q mg l相对 故Q1 Q2 答案 A 2 多选 如图5 4 5所示 一个质量为m的物体 可视为质点 以某一初速度由A点冲上倾角为30 的固定斜面 其加速度大小为g 物体在斜面上运动的最高点为B B点与A点的高度差为h 则从A点到B点的过程中 下列说法正确的是 BC 3 多选 如图5 4 6所示 内壁光滑的环形凹槽半径为R 固定在竖直平面内