2012高考物理一轮能力提升 5-4功能关系能的转化和守恒定律考点+重点+方法

1 第四课时第四课时 功能关系功能关系 能的转化守恒定律能的转化守恒定律 教学要求教学要求 1 了解几种常见的功能关系 2 能用功能关系解决常见的力学问题 知识再现知识再现 一 一 功能关系功能关系 1 功能关系 做功的过程就是转化过程 做多少功就有多少某种形式的能转化为其他形式 的能 2 功是能量转化的 3 常见力做功与能量转化的对应关系 重力做功 和其他能相互转化 弹簧弹力做功 和其他能相互转化 合外力做功 和其他能相互转化 除重力以外其它力做功 和其他能相互转化 滑动摩擦力做功 转化为内能 电场力做功 与其他能相互转化 安培力做功 和机械能相互转化 二 能的转化和守恒定律二 能的转化和守恒定律 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式 为别的形式 或从 一个物体 到另一个物体 在转化或转移的过程中其总量不变 这就是能的转化和守恒定 律 三 能源与能量耗散三 能源与能量耗散 1 库仑定律的内容 真空中两个点电荷间的相互作用力 跟 成正比 跟 成反比 作用力的方向在 数学表达式为 2 适用条件 库仑定律适用于 对可以视为点电荷的两个带电体间也可 用库仑定律 3 关于静电常量 k k 为静电常量 在国际单位制中 k 它的单位为导出单 位 k 的物理意义是 重点突破 知识点一摩擦力做功与能量转化摩擦力做功与能量转化 1 静摩挤力做功的特点 静摩攘力存在于相对静止的两个物体之间 当两物体相对地面静止时 静摩擦力对两个 物体都不做功 当两物体相对地面运动时 静摩擦力对两个物体要么都不做功 要么做功为 一正一负 代数和为零 因此得出以下结论 1 静摩擦力可以做正功 负功 也可以不做功 一对静摩擦力做的总功必定为零 2 在静摩擦力做功的过程中 只有机械能的相互转移 静摩攘力起看传递机械能的作 用 而没有机械能转化成其他形式的能 2 滑动摩擦力做功的特点 2 1 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 2 一对滑动摩攘力做功的过程中 能量的变化有两种情况 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其相对路程的 乘积 3 相互摩擦的系统内 一对滑动摩擦力所做的功总是负值 其绝对值恰等于滑动摩擦力 与其相对路程的乘积 即恰等于系统损失的机械能 应用应用 1 1 如图所示 A 物体放在 B 物体的左侧 用水平恒力 F 将 A 拉至 B 的右端 第一次 B 固定在地面上 F 做功为 W1 产生热量 Q1 第二次让 B 在光滑地面上自由滑动 F 做功为 W2 产生热量为 Q2 则应有 A W1 W2 Q1 Q2 B W1 W2 Q1 Q2 C W1 W2 Q1 Q2 D W1 W2 Q1 Q2 导示导示 功的公式 W FS 中 力 F 指恒力 S 指物体对地的位移 第二次对地 位移大 所以 W1 W2 Q fs 中 S 是物体 A 与 B 的相对位移 两种情况下相对位移都等于 B 物 体的长度 所以 Q1 Q2 故选 A 运用功公式求解功问题时 一定要分析这个力做功的特点 F 是恒力还是变力 S 是指位移还是路程还是相对位移 知识点二能的转化与守恒的理解能的转化与守恒的理解 能的转化与守恒定律可从两个方面理解 1 某种形式的能量减少 一定存在另外形式的能量增加 且减少量和增加量相等 2 某个物体的能量减少 一定存在别的物体的能量增加 且减少量和增加量相等 说明 以上两点也是我们应用能量守恒定律解决问题的两条基本思路 应用应用 2 2 一质量均匀不可伸长的绳索 重为 G A B 两端固定在天花板上 如图所示 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 A 逐渐升高 B 逐渐降低 C 先降低后升高 D 始终不变 导示导示 外力将绳最低点从 C 拉到 D 点的过程中 外力做正功 绳的动能不增加 它的重力热 能增加了 也就是重心升高了 故选 A 应用能的转化与守恒定律解题的基本步骤 1 明确研究对象及运动过程 做好受力分析 2 分析哪些力做功 哪些力不做功 做功的结果导致了哪些能量增加 哪些能量减少 3 减少的能量一定等于增加的能量 据此列出等式 E减 E增 方法探究 类型一类型一功能关系的应用功能关系的应用 例例 1 1 如图所示 物体以 100J的初动能从斜面底端向上运动 中途第一次通过斜面上M点 时 其动能减少了 80J 机械能减少了 32J 则当物体沿斜面重新返回底端时 其动能为 3 J 导示导示 物体沿斜面上滑的过程中 克服摩擦力做的功等于物体机械能的减少量 即 Esmg cos 设物体在上滑过程中动能的减少量为 Ek 由动能定理得 k Esmgmg cossin k Esmgmg cossin 由 得 k E E cossin cos 即在上滑过程中 物体减少的机械能和减少的动能之比为定 值 并且 5 2 80 32 k E E 物体到达最高点时动能减少了 100J 减少的机械能为 JEE k 405 2 由此可知 物体在上滑过程中克服摩擦力做的功为 40J 由于物体下滑时摩擦力大小和位移 大小没变 所以 下滑过程中克服摩擦力做的功也是 40J 即在全过程中物体损失的机械能 为 80J 物体返回底端是动能为 20J 解答本题要注意两点 1 物体与斜面间的动摩擦因素一定 正压力一定 故物体上滑 下滑过程的滑动摩擦力大小相等而方向相反 摩擦力始终做负功 2 重力 做功与路径无关的特点的应用 类型二类型二摩擦力功与内能关系摩擦力功与内能关系 例例 2 2 南京外国语学校高三年级第一次月考南京外国语学校高三年级第一次月考 如图所示 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 将一质量m 10kg 的工件 可看为质点 轻轻放在皮带的底端A点 工件能被传送 到顶端B点 已 知工件与皮带间 的动摩擦因数 23 A点与B点的高度 差h 1 4m 取g 10m s2 求 1 工件由A点到B点经过的时间t 2 此过程中摩擦力对工件做的功W 3 因运送此工件 电动机需多消耗的电能E 导示导示 1 工件相对传送带滑动时 受力如图 由牛顿第二定律有 mamgf sin 1 cos 1 mgf 由上式 代入数据解得 5 2 am s2 A点到B点的距离 mhs8 2sin 当工件与传送带恰好相对 静止时 工件移动的距离 avs o 2 2 1 0 8m s 则工件在传送带上先做匀加速运动 后做匀速运动 匀加速运动时间 8 0 0 1 avt s 工件与传送带一起做匀速运动时间 0 1 012 vsst s 则 t t1 t2 1 8s 2 工件匀加速运动阶段滑动摩擦力做的功 11 cossmgW 工件与传送带一起匀速运动阶段静摩擦力做的功 sin 12 ssmgW 且 21 WWW 代入数据解得 W 160J 另法 160 2 1 2 0 mghmvEEW pk J h v0 A B v0 a mg f1 N 4 3 在工件匀加速运动阶段 皮带走过的位移为s1 有 s1 v0 t1 1 6m 在运送工件的整个过程中 因皮带与工件之间的摩擦而产生的热量为 cos 111 ssmgsfQ 60J 故在运送工件的整个过程中电动机多消耗的电能为 220 QWE J 运用能的转化与守恒定律解题时应首先弄清楚各种能量间的转化关系 这种 转化是靠做功实现的 因此 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 举一反三举一反三如图所示 由理想电动机带动的传送带以速度 v 保持水平方向的匀速传动 传送带 把 A 处的无初速度放人的一个工件 其质量为 m 运送到 B 处 A B 之间的距离为 L L 足够 长 那么该电动机每传送完这样一个工件多消耗的电能为 A mgL B mgL mv2 2 C mv2 2 D m v2 成功体验 1 0707 年年 4 4 月苏州中学调研卷 月苏州中学调研卷 如图所示 弹簧下面挂一质量为m的物体 物体在竖直方向 上作振幅为A的简谐运动 当物体振动到最高点时 弹簧正好为原长 则物 体在振动过程中 A C A 物体在最低点时的弹力大小应为 2mg B 弹簧的弹性势能和物体动能总和不变 C 弹簧的最大弹性势能等于 2mgA D 物体的最大动能应等于mgA 2 南平一中南平一中 20082008 学年段阶段考试 学年段阶段考试 如图所示 滑块以某一速率沿固定斜面由底端 A 向上 运动 到达最高点 B 时离地面的高度为 H 然后又沿斜面返回 回到出发点 A 时的速率为原 来速率的一半 若取斜面底端重力势能为零 求上升过程中滑块动能等于重力势能时的位置 离地面的高度 3 上海市建虹高级中学上海市建虹高级中学 20072007 学年学年月考试卷 月考试卷 如图所示 水平桌面 AB 长L 1 5m B 端连接一个光滑斜面 使一个质量为m 0 5kg 的小木 块在F 1 5N 的水平拉力作用下 从桌面上 A 端由静止开始向右运动 木块到达 B 端时撤去 拉力F 木块由于惯性冲上斜面 而后又沿斜面滑下 最后停在 AB 的中点 忽略在连接处由 于碰撞损失的能量 取g 10m s2 求 1 木块与水平桌面间的动摩擦因数 2 木块沿斜面上升的最大高度h 4 如图是建筑工地常用的一种 深穴打夯机 电动机带动两个滚轮匀速转动将夯杆从深坑 提上来 当夯杆底端刚到达坑口时 两个滚轮彼此分开 将夯杆释放 夯杆只在重力作用下运动 落回深坑 夯实坑底 且不反弹 然后两个 滚轮再次压紧 夯杆被提到坑口 如此周而复始 已知两个滚轮边缘的 线速度恒为v 4m s 滚轮对夯杆的正压力 FN 2 104N 滚轮与夯杆间 B A F 5 的动摩擦因数 0 3 夯杆质