2011年高考物理 5-4功能关系 能量守恒定律复习课件 人教版

自主学习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 能量转化 转化 量度 深化拓展1 几种常见的功能关系 1 合力对物体做功等于物体动能的改变 W Ek2 Ek1 即动能定理 2 重力做功对应重力势能的改变WG Ep Ep1 Ep2重力做多少正功 重力势能减少多少 重力做多少负功 重力势能增加多少 3 弹簧弹力做功与弹性势能的改变相对应 W Ep Ep1 Ep2弹力做多少正功 弹性势能减少多少 弹力做多少负功 弹性势能增加多少 4 除重力或弹簧的弹力以外的其他力的功与物体机械能的增量相对应 即W其他 E W其他 0 物体的机械能就增加 W其他 0 物体的机械能就减小 W其他 0 物体的机械能不变或守恒 点拨 功是能量转化的量度 但功是过程量 能是状态量 因此 功 不是 能 2 两种摩擦力的功及功能关系 点拨 一对相互作用的滑动摩擦力做功所产生的热量Q Ff l相对 其中l相对是物体接触面间相对路径的长度 如果两物体同向运动 l相对为两物体对地位移大小之差 如果两物体反向运动 l相对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往复运动 则l相对为两物体相对滑行路径的总长度 针对训练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 解析 物块在运动过程中有重力和摩擦力做功 在物块的运动过程中 由动能定理W Ek得 WG Wf Ek 即WG Ek Wf 从上式可见 重力做功 重力势能减少 减少的重力势能一部分增加物体的动能 一部分克服摩擦力做功 D选项正确 答案 D 自主学习能量既不会 也不会凭空消失 它只能从一种形式为别的形式 或者从一个物体到别的物体 在转化或转移的过程中其总量不变 凭空产生 转化 转移 深化拓展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 2 应用定律解题的步骤 1 分清共有多少种形式的能 如动能 势能 电能 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 3 减少的总能量一定等于增加的总能量 据此列出方程 E减 E增 特别提醒 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在变化 求出减少的能量总和 E减和增加的能量总和 E增 然后再依据 E减 E增列式求解 针对训练某海湾共占面积1 0 107m2 涨潮时平均水深20m 此时关上水坝闸门 可使水位保持20m不变 退潮时 坝外水位降至18m并保持不变 如图所示 假如利用此水坝建设水电站 且重力势能变为电能的效率是10 每天有两次涨潮 问该电站一天最多能发出多少电能 g取10m s2 不计发电机的能量损失 解析 由题知 水重力势能的10 转化为电能 由能量守恒定律得 该电站每天最多发电E mgh 10 2 S h2 h1 g 10 2 1 0 103 1 0 107 20 18 10 10 2J 4 1010J答案 4 1010J 例1 2007 高考海南卷 如图所示 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 A F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B F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 木箱克服重力做功等于木箱增加的重力势能D F对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力所做的功之和 思维点拔 准确把握功和对应能的转化关系是解答此类问题的关键 解析 克服重力做的功等于物体重力势能的增加 Ep WG C正确 由动能定理 WG Wf WF mv2 Wf mv2 WG Wf Ek Ep Wf A B不对 D对 答案 CD 总结提升 1 解答本题时易错选B 原因是没有分析清木箱加速上升时 通过拉力F做的功 还有一部分转化为木箱的动能 2 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 节日燃放礼花弹时 要先将礼花弹放入一个竖直炮筒中 然后点燃礼花弹的发射部分 通过火药剧烈燃烧产生的高压燃气 将礼花弹由炮筒底部射向空中 若礼花弹在由炮筒底部出发至炮筒口的过程中 克服重力做功W1 克服炮筒阻力及空气阻力做功W2 高压燃气对礼花弹做功W3 则礼花弹在炮筒内运动的过程中 设礼花弹发射过程中质量不变 A 礼花弹的动能变化量为W3 W2 W1B 礼花弹的动能变化量为W3 W2 W1C 礼花弹的机械能变化量为W3 W2D 礼花弹的机械能变化量为W3 W1 解析 由动能定理 动能变化量等于合外力做的功 即W3 W2 W1 B正确 除重力之外的力的功对应机械能的变化 即W3 W2 C正确 答案 BC 规律方法应用功能关系需注意的问题 1 搞清力对 谁 做功 对 谁 做功就对应 谁 的位移 引起 谁 的能量变化 2 搞清不同的力做功对应不同形式的能的变化 例2 一小物体以Ek1 100J的初动能滑上斜面 当动能减少 Ek 80J时 机械能减少E 32J 则当物体滑回原出发点时动能为多少 解析 设斜面倾角为 滑动摩擦力为Ff 动能减少80J时位移为s1 根据功能关系 动能减少量等于合外力的功 即 Ek1 mgsin Ff s1 机械能减少量等于除重力以外的力 此题中即为Ff 所做的功 即E Ffs1 设物体从斜面底端到最高点位移为s2 则动能的减少量为100J 即Ek1 mgsin Ff s2 设机械能的减少量为Wf 即为上滑过程中滑动摩擦力所做的总功 所以有 Wf Ff s2综合 有 所以Wf 40J 上滑及下滑过程中 滑动摩擦力都做负功 且数值相等 所以一个往返摩擦力做负功总和为Wf总 2Wf 80J所以最后物体的动能为Ek末 Ek1 Wf总 20J 答案 20J 如图所示 质量为m的长木块A静止在光滑的水平面上 在其水平的上表面左端放一质量为m的滑块B 已知木块长为L 滑块与木块之间的动摩擦因数为 现用水平向右的恒力F拉滑块B 1 当长木块A的位移为多少时 B从A的右端滑出 2 求上述过程中滑块与木块之间产生的内能 分析 由于有外力F和摩擦力做功 系统的机械能不守恒 可用功能关系求解 经分析可知A B的受力情况和位移关系 可分别对A B使用动能定理 系统产生的内能可由能的转化和守恒定律求出 答案 1 2 mgL总结提升 对单个物体或者系统来说 若机械能不守恒 可运用动能定理或能的转化和守恒定律解题 例3 如图所示 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5m 传送带在电动机的带动下以v 1m s的速度匀速运动 现将一质量为m 10kg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间的动摩擦因数 则在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中 求 1 传送带对小物体做了多少功 2 为传送小物体 电动机需额外做多少功 g取10m s2 解析 1 对小物体 因为 mgcos mgsin 所以一开始小物体能向上做匀加速运动 由牛顿第二定律得 mgcos mgsin ma 解得a 当v 1m s时 位移l 0 2m这之后小物体相对皮带静止 一直到达B点 传送带对小物体做的功就等于小物体机械能的增加W Ek Ep mv2 mglAB sin30 255J 2 电动机所做的功一方面使小物体的机械能增加 另一方面由于小物体与传送带之间有相对滑动而产生热量 即W电 W Q W mgl相cos 其中l相 vt l 而由v at可知t 0 4sl相 0 4m 0 2m 0 2m所以W电 W Q W mgl相cos 270J 答案 1 255J 2 270J 总结提升 计算因摩擦而产生的热量时要用小物体和传送带之间的相对位移 沙河抽水蓄能电站自2003年投入运行以来 在缓解用电高峰电力紧张方面 取得了良好的社会效益和经济效益 抽水蓄能电站的工作原理是 在用电低谷时 如深夜 电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中 到用电高峰时 再利用蓄水池中的水发电 如图所示 蓄水池 上游水库 可视为长方体 有效总库容量 可用于发电 为V 蓄水后水位高出下游水面H 发电过程中上游水库水位最大落差为d 统计资料表明 该电站年抽水用电为2 4 108kW