专题功能关系、能量转化和守恒定律.ppt

一 功能关系1 功能关系 1 能的概念 一个物体能对外做功 这个物体就具有能量 第4讲专题功能关系 能量转化和守恒定律 2 功能关系 功是 的量度 即做了多少功就有 发生了转化 做功的过程一定伴随着 而且 必通过做功来实现 能量转化 多少能量 能量的转化 能量的转化 3 功与对应能量的变化关系 动能 重力势能 弹性势能 电势能 机械能 1 单选 升降机底板上放一质量为100kg的物体 物体随升降机由静止开始竖直向上移动5m时速度达到4m s 则此过程中 g取10m s2 A 升降机对物体做功5800JB 合外力对物体做功5800JC 物体的重力势能增加500JD 物体的机械能增加800J 即学即练 答案A 二 能量守恒定律1 内容 能量既不会消灭 也 它只会从一种形式 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 2 表达式 E减 不会创生 转移 保持不变 E增 转化 2 说明下列有关能量转化的问题中 分别是什么能向什么能的转化 1 列车刹车时由运动变为静止 2 太阳能电池发电 3 风力发电 4 潮汐发电 5 太阳能热水器工作时 6 汽车由静止启动答案 1 动能 内能 2 太阳能 电能 3 风能 空气动能 电能 4 水的势能 电能 5 太阳能 内能 6 化学能 动能 即学即练 常见的功能关系 典例1 多选 如图4 4 1所示 在抗洪救灾中 一架直升机通过绳索 用恒力F竖直向上拉起一个漂在水面上的木箱 使其由水面开始加速上升到某一高度 若考虑空气阻力而不考虑空气浮力 则在此过程中 以下说法正确的有 题型一对功能关系的理解 图4 4 1 A 力F所做功减去克服空气阻力所做的功等于重力势能的增量B 木箱克服重力所做的功等于重力势能的增量C 力F 重力 空气阻力三者合力所做的功等于木箱动能的增量D 力F和空气阻力的合力所做的功等于木箱机械能的增量 解析对木箱受力分析如图所示 则由动能定理 WF mgh WFf Ek 故C对 由上式得 WF WFf Ek mgh 故A错 D对 由重力做功与重力势能变化关系知B对 故B C D对 答案BCD 图4 4 2 答案BD 功能关系的选用技巧1 在应用功能关系解决具体问题的过程中 若只涉及动能的变化用动能定理分析 2 只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析 3 只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析 4 只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析 借题发挥 典例2 如图4 4 3所示在水平地面上固定一个半径为R的半圆形轨道 其中圆弧部分光滑 水平段长为L 一质量为m的小物块紧靠一根被压缩的弹簧固定在水 题型二能量转化与守恒定律的应用 图4 4 3 平轨道的最右端 小物块与水平轨道间的动摩擦因数为 现突然释放小物块 小物块被弹出 恰好能够到达圆弧轨道的最高点A 取g 10m s2 且弹簧长度忽略不计 求 1 小物块的落点距O 的距离 2 小物块释放前弹簧具有的弹性势能 变式跟踪2 如图4 4 4所示 光滑坡道顶端距水平面高度为h 质量为m的小物块A从坡道顶端由静止滑下 进入水平面上的滑道时无机械能损 图4 4 4 失 为使A制动 将轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线M处的墙上 另一端恰位于坡道的底端O点 已知在OM段 物块A与水平面间的动摩擦因数为 其余各处的摩擦不计 重力加速度为g 求 1 物块滑到O点时的速度大小 2 弹簧为最大压缩量d时的弹性势能 设弹簧处于原长时弹性势能为零 3 若物块A能够被弹回到坡道上 则它能够上升的最大高度是多少 1 滑动摩擦力做功的特点 1 滑动摩擦力可以对物体做正功 也可以做负功 还可以不做功 2 在相互摩擦的物体系统中 一对相互作用的滑动摩擦力 对物体系统所做总功的多少与路径有关 其值是负值 等于摩擦力与相对位移的积 即 W Ffl相对 表示物体系统损失了机械能 克服了摩擦力做功 E损 Q Ffl相对 摩擦生热 3 一对滑动摩擦力做功的过程中能量的转化和转移的情况 一是相互摩擦的物体通过摩擦力做功将部分机械能转移到另一个物体上 二是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 借题发挥 2 运用能量守恒定律解题的基本思路 1 解决力学问题的方法选取 1 牛顿第二定律揭示了力的瞬时效应 在研究某一物体所受力的瞬时作用与物体运动的关系时 优选运动学公式和牛顿第二定律 2 动能定理反映了力对空间的累积效应 对于不涉及物体运动过程中的加速度和时间 优选动能定理 3 如果物体只有重力和弹簧弹力做功而又不涉及物体运动过程中的加速度和时间 此类问题优选用机械能守恒定律求解 解题技法3力学规律优选法 4 在涉及相对滑动问题时则优先考虑能量守恒定律 即系统的动能转化为系统的内能 5 在涉及摩擦力 电场力 磁场力 安培力 做功时优先考虑能量守恒定律 传送带模型是高中物理中比较成熟的模型 一般设问的角度有两个 1 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 依据牛顿第二定律结合运动学规律求解 2 传送带 模型中的解题方法 2 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 常依据功能关系或能量守恒定律求解 若利用公式Q Ffl相对求摩擦热 式中l相对为两接触物体间的相对位移 若物体在传送带上往复运动时 则l相对为总的相对路程 2013 常州模拟 如图4 4 5所示 一质量为m 2kg的滑块从半径为R 0 2m的光滑四分之一圆弧轨道的顶端A处由静止滑下 A点和圆弧对应的圆心O点等高 圆弧的底 典例 图4 4 5 端B与水平传送带平滑相接 已知传送带匀速运行速度为v0 4m s B点到传送带右端C点的距离为L 2m 当滑块滑到传送带的右端C点时 其速度恰好与传送带的速度相同 g 10m s2 求 1 滑块到达底端B时对轨道的压力 2 滑块与传送带间的动摩擦因数 3 此过程中 由于滑块与传送带之间的摩擦而产生的热量Q 答案 1 60N方向竖直向下 2 0 3 3 4J 应用 如图4 4 6所示 绷紧的传送带与水平面的夹角 30 皮带在电动机的带动下 始终保持v0 2m s的速率运行 现把一质量为m 10kg的工件 可看做质点 轻 图4 4 6 轻放在皮带的底端 经过时间1 9s 工件被传送到h 1 5m的高处 取g 10m s2 求 1 工件与传送带间的动摩擦因数 2 电动机由于传送工件多消耗的电能 一 对功能关系的理解1 单选 2013 天门模拟 如图4 4 7所示 质量为m的跳高运动员先后用背越式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度 该高度比他起跳时的重心高出h 则他从起跳后至越过横杆的过程中克服重力所做的功 图4 4 7 A 都必须大于mghB 都不一定大于mghC 用背越式不一定大于mgh 用跨越式必须大于mghD 用背越式必须大于mgh 用跨越式不一定大于mgh解析采用背越式跳高方式时 运动员的重心升高的高度可以低于横杆 而采用跨越式跳高方式时 运动员的重心升高的高度一定高于横杆 故用背越式时克服重力做的功不一定大于mgh 而采用跨越式时克服重力做的功一定大于mgh C正确 答案C 2 多选 2012 海南卷 7 下列关于功和机械能的说法 正确的是 A 在有阻力作用的情况下 物体重力势能的减少不等于重力对物体所做的功B 合力对物体所做的功等于物体动能的改变量C 物体的重力势能是物体与地球之间的相互作用能 其大小与势能零点的选取有关D 运动物体动能的减少量一定等于其重力势能的增加量解析物体重力势能的减少始终等于重力对物体所做的功 A项错误 运动物体动能的减少量等于合外力对物体做的功 D项错误 答案BC 二 功能关系 能量转化与守恒定律的应用3 单选 2013 北京东城二模 如图4 4 8所示 在轻弹簧的下端悬挂一个质量为m的小球A 若将小球A从弹簧原长位置由静止释放 小球A能够下降的最大高度为h 若将小球A换为质量为2m的小球B 仍从弹簧原长位置由静止释放 则小球B下降h时的速度为 重力加速度为g 不计空气阻力 图4 4 8 答案B 4 多选 如图4 4 9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 放在小车的最左端 现用一水平力F 图4 4 9 作用在小物块上 小物块与小车之间的摩擦力为f 经过一段时间小车运动的位移为x 小物块刚好滑到小车的右端 则下列说法中正确的是 A 此时物块的动能为F x L B 此时小车的动能为fxC 这一过程中 物块和小车增加的机械能为Fx fLD 这一过程中 因摩擦而产生的热量为fL 解析对物块 所受四个力中水平力F和物块与小车间的滑动摩擦力做功 这两个力做功的位移都是 x L 则由动能定理可知小物块的动能 等于增加的动能 Ek Ek F f x L A项错误 对小车 只有物块对小车的滑动摩擦力做正功 且W fx 由动能定理可知B项正确 系统增加的机械能等于除重力和弹力外的其他力 包括内力和外力 做功的代数和 即 E F x L fL C项错误 这一过程中 因摩擦而产生的热量等于滑动摩擦力与相对路程的乘积 即 Q fL D项正确 答案BD 5 如图4 4 10所示 一水平方向的传送带以恒定的速度v 2m s沿顺时针方向匀速转动 传送带右端固定着一光滑的四分之一圆弧面轨道 并与弧面下端相切