天之骄子高考物理一轮总复习 第5章 机械能 第4节 功能关系、能量守恒定律课件 新人教版.pptVIP

2017高三一轮总复习 物理 必修二 第五章机械能 第四节功能关系能量守恒定律 栏目导航 基础知识整合 热门考点研析 考题随堂演练 物理模型构建 基础知识整合 能源问题是当前的热门问题 传统的能源 煤和石油储量有限 使用过程中也带来污染 寻找新的 无污染能源是人们努力的方向 利用潮汐发电就是一例 关于潮汐 古人说 潮者 据朝来也 汐者 言夕至也 我国大部分海区潮汐特点是海水在一日内有两涨两落 并且两次高潮位及低潮位大致接近 如图表示的是利用潮汐单向发电的示意图 左方为陆地和海湾 中间为水坝 其下有通道 涨潮时 水进入海湾 待内外水面高度相同 堵住通道 图a 潮落至最低点时开始放水带动发电机发电 图b 待内外水面高度相同 再堵住通道 直到下次涨潮到最高点 又放水发电 设海湾面积为5 0 108m2 高潮与低潮间高度差为3 0m 海水密度近似取1 0 103kg m3 求 1 一天内水流的平均功率 两进两出 2 如果海水落潮后放水发电时水流做功有20 转化为电 则发电机组一个月 30天 可提供多少kw h的电能 g 10m s2 思路引导 1 如何计算水的重心的变化 重力势能的变化 2 如何利用能量守恒定律求解电能的产生 解析 本题属于教材阅读材料中关于潮汐发电知识的考查 关键是根据能量守恒定律得到水的重力势能的减少量 1 计算高潮与低潮之间 海湾内水的质量 m s h 5 0 108 3 0 1 0 103kg 1 5 1012kg 2 一天时间内水做功转化成的电能 w电 w 20 4 5 1013j 9 1012j 2 5 106kw h 发电机组一个月可提供的电能 w总 30 w电 30 2 5 106kw h 7 5 107kw h 功能关系1 功和能 1 功是 的量度 即做了多少功 就有多少 发生了转化 2 做功的过程一定伴随有 而且 必须通过做功来实现 知识点1 能量转化 能量 能量的转化 能量的转化 2 常见的功能关系 1 重力做的功等于 的减少量 即wg 2 弹力做的功等于 的减少量 即w弹 3 合力做的功等于 的变化量 即w合 4 除了重力和弹簧弹力之外的其他力做功等于机械能的变化量 即w其他 5 一对滑动摩擦力做功的代数和等于系统内能的增加量 即滑动摩擦力与相对位移的乘积等于系统摩擦生热 q e内 重力势能 ep 弹性势能 ep 动能 ek e机 ff x 能量守恒1 内容 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式 为另一种形式 或者从一个物体 到别的物体 在转化或转移的过程中 能量的总量保持不变 这个规律叫做能量守恒定律 2 表达式 知识点2 转化 转移 e减 e增 特别提醒对于存在摩擦力做功的问题 可以用动能定理和能量守恒定律求解 1 应用动能定理求解的关键是 分析哪些力参与做功 做正功还是负功 不要漏功 2 应用能量守恒定律求解的关键是 分析哪些能量参与变化 增加还是减少 不要漏能 热门考点研析 1 几种常见的功能关系 1 重力做功引起重力势能的变化 重力做正功 重力势能减少 重力做负功 重力势能增加 2 弹簧弹力做功引起弹性势能的变化 弹力做正功 弹性势能减少 弹力做负功 弹性势能增加 3 合外力做功引起动能的变化 合外力做正功 动能增加 合外力做负功 动能减少 4 除了重力 弹簧弹力以外的其他力做功引起机械能的变化 其他力做正功 机械能增加 其他力做负功 机械能减少 5 一对滑动摩擦力做功引起内能的变化 功能关系的应用 考点1 2 功能关系应用中的注意点 1 和力的独立性 运动的独立性一样 做功同样具有独立性 分析某一力做功情况 与其他力是否存在没有关系 2 运用功能关系解题时 应清楚重力做什么功 合外力做什么功 除重力 弹簧弹力以外的力做什么功 从而判断重力势能 动能和机械能的变化 例1 思路引导 1 重力做功与重力势能具有何种关系 2 哪些力做功引起动能的变化 如何求解机械能的变化 答案 c 总结提升 功是能量转化的量度 重力做功导致重力势能变化 合力做功导致动能变化 除重力外其他力做功导致机械能变化 弹簧弹力做功导致弹性势能变化 多选 2015年江苏高考 如图所示 轻质弹簧一端固定 另一端与一质量为m 套在粗糙竖直固定杆a处的圆环相连 弹簧水平且处于原长 圆环从a处由静止开始下滑 经过b处的速度最大 到达c处的速度为零 ac h 圆环在c处获得一竖直向上的速度v 恰好能回到a 弹簧始终在弹性限度内 重力加速度为g 则圆环 a 下滑过程中 加速度一直减小d 上滑经过b的速度大于下滑经过b的速度 针对训练1 答案 bd 1 静摩擦力做功的特点 1 静摩擦力可以做正功也可以做负功 也可以不做功 2 静摩擦力做功的过程 是机械能从一个物体转移到另一个物体的过程 没有机械能向其他形式能的转化 3 系统中 一对静摩擦力做功的代数和为零 不涉及到热量的产生 摩擦力做功与生热 考点2 2 滑动摩擦力做功的特点 1 滑动摩擦力可以做正功也可以做负功 还可以不做功 2 一对滑动摩擦力做功的过程 系统的机械能一部分由一个物体转移到另一个物体 另一部分机械能转化为内能 这部分是系统机械能的损失量 3 一对滑动摩擦力做功的代数和等于系统内能的增加量 等于滑动摩擦力与相对位移的乘积 1 物块运动至圆轨道的下端时受到的支持力fn 2 小车被锁定时 其右端距圆轨道的下端的距离x 3 物块静止时 系统增加的内能q 思路引导 1 小车被锁定前 做什么运动 2 物块静止时 相对于小车的位移是多少 如何求解增加的内能 例2 答案 1 30n方向向上 2 1 5m 3 6 5j 总结提升 摩擦生热问题的注意点1 正确分析物体的受力情况和运动情况 2 利用牛顿运动定律和运动学公式分析物体的速度关系和位移关系 3 根据公式q ff x 求解热量的产生 其中x为接触物体间的相对位移 涉及到往复运动时 指的是路程 如图所示 木块a放在木块b的左端 用恒力f将a拉至b的右端 第一次将b固定在地面上 f做功为w1 生热为q1 第二次让b可以在光滑地面上自由滑动 仍将a拉到b的右端 这次f做功为w2 生热为q2 则应有 针对训练2 a w1 w2 q1 q2b w1 w2 q1 q2c w1 w2 q1 q2d w1 w2 q1 q2解析 摩擦力做功等于力乘以位移 木块从木板左端滑到右端克服摩擦力所做的功w ffs 因为木板不固定时木块的位移要比固定时长 所以w1 w2 摩擦产生的热量q ffs相对 两次都从木板左端滑到右端 相对位移相等 所以q1 q2 a选项正确 b c d选项错误 答案 a 功和能的关系是高考的重中之重 用能量观点解题是高考应试的必备技巧 1 能量守恒定律的应用 关键是把实际情况转化为物理模型 比如水力发电 水的重力势能转化为动能 动能转化为电能 如何确定水位的变化是解题的突破口 2 应用能量守恒定律解题的思路 1 分清有多少种形式的能在发生变化 2 明确哪些能量在增加 哪些能量在减少 3 确定能量的增加量和减少量 4 列出能量守恒关系式 能量守恒定律 考点3 如图所示 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 sin37 0 6 cos37 0 8 求 计算结果小数点后保留2位有效数字 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 弹簧的最大弹性势能epm 思路引导 1 物体从a点下滑 到弹回d点的过程中 弹性势能是否发生变化 2 弹簧处于什么位置时 弹性势能最大 例3 答案 1 0 52 2 24 46j 总结提升 能量守恒定律解题的注意点1 题干中出现摩擦力做功时 机械能一定不守恒 此时应用能量守恒定律来求解 2 应用能量守恒定律解题 关键是分清哪些能量参与变化 千万不能丢掉能量 如图所示 光滑水平面ab与竖直面内的半圆形导轨在b点相切 半圆形导轨的半径为r 一个质量为m的物体将弹簧压缩至a点后由静止释放 在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧 当它经过b点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍 之后向上运动恰能到达最高点c c o b三点在同一竖直线上 不计空气阻力 试求 1 物体在a点时弹簧的弹性势能 2 物体从b点运动至c点的过程中产生的内能 针对训练3 物理模型构建 传送带模型传送带模型涉及到的内容无非两点 一是考查物体间的相对运动问题 这和前面讲过的 板块 模型类似 二是考查摩擦生热 即一对滑动摩擦力做功的代数和等于系统内能的产生 具体题型分为水平传送带和倾斜传送带两类 1 水平传送带 1 动力学分析 物块轻放在传送带上 受到滑动摩擦力作用 做匀加速直线运动 与传送带共速后 不再受摩擦力作用 做匀速直线运动 2 能量分析 物块受滑动摩擦力作用时摩擦生热 q mg x 传送带对物块做功增加了物块的动能 同时产生了热量 2 倾斜传送带 以传送带顺时针匀速转动为例 1 动力学分析 物块由静止开始随传送带向上运动 受到滑动摩擦力作用 做匀加速直线运动 与传送带共速后 受到静摩擦力作用 tan 为传送带倾角 做匀速直线运动 2 能量分析 物块受滑动摩擦力作用时摩擦生热 q mg x 传送带对物块做功增加了物块的机械能 同时产生了热量 2015年天津高考 某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意如图 皮带在电动机的带动下保持v 1m s的恒定速度向右运动 现将一质量为m 2kg的邮件轻放在皮带上 邮件和皮带间的动摩擦因数 0 5 设皮带足够长 取g 10m s2 在邮件与皮带发生相对滑动过程中 求 1 邮件滑动的时间t 2 邮件对地的位移大小x 3 邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功w 思路引导 1 根据动量定理求解邮件滑动时间 2 如何求解摩擦力对皮带做功 力乘以位移还是力乘以相对位移 例4 解析 1 设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为f 则f mg 取向右为正方向 对邮件应用动量定理 ft mv 0 由两式并代入数据得 t 0 2s 3 邮件与皮带发生相对滑动的过程中 设皮带相对地面的位移为s s vt 摩擦力对皮带做的功w fs 联立各式并代入数据得 w 2j 答案 1 0 2s 2 0 1m 3 2j 针对训练5 1 物体a b处于静止状态时物体b c间的距离 2 从物体b开始下落到与物体c碰撞的过程中 电场力对物体b所做的功 考题随堂演练 1 多选 2016届广东省阳东广雅月考 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6m s 则此过程中 g取10m s2 a 升降机对物体做功1800jb 合外力对物体做功1800jc 物体的重力势能增加了6800jd 物体的机械能增加了6800j 答案 bd 2 多选 2016届杭州市西湖高级中学月考 水平地面上有两个固定的 高度相同的粗糙斜面甲和乙 底边长分别为l1 l2 且l1 l2 如图所示 两个完全相同的小滑块a b 可视为质点 与两个斜面间的动摩擦因数相同 将小滑块a b分别从甲 乙两个斜面的顶端同时由静止开始释放 取地面所在的水平面为参考平面 则 a 从顶端到底端的运动过程中 由于克服摩擦而产生的热量一定相同b 滑块a到达底端时的动能一定比滑块b到达底端时的动能大c 两个滑块从顶端运动到底端的过程中 重力对滑块a做功的平均功率比滑块b的大d 两个滑块加速下滑的过程中 到达同一高度时 机械能可能相同 答案 bc 3 多选 2016届保定摸底考试 如图所示 水平传送带ab两端距离l 3m a端放置一个质量为m 2kg的物块 与传送带间动摩擦因数 0 1 某时刻起 传送带以加速度a0 2m s2匀加速启动 速度达到v0 2m s时转为匀速运动 则在物块从a端传送到b端的过程中 g 10m s2 最大静摩擦因数等于动摩擦因数 a 物块获得的动能为6jb 物块获得的动能为4jc 物块与传送带摩擦生热为4jd 物块与传送带摩擦生热为2j 答案 bd 4 多选 2016届九江模拟 将一长木板静止放在光滑的水平面上 如图甲所示 一个小铅块 可视为质点 以水平初速度v0由木板左端向右滑动 到达右端时恰能与木板保持相对静止 现将木板分成a和b两段 使b的长度和质量均为a的2倍 并紧挨着放在原水平面上 让小铅块仍以初速度v0由木块a的左端开始向右滑动 如图乙所示 若小铅块相对滑动过程中所受的摩擦力始终不变 则下列有关说法正确的是 a 小铅块将从木板b的右端飞离木板b 小铅块滑到木板b的右端前就与木板b保持相对