第4讲功能关系、能量转化与守恒定律课件

第4讲功能关系 能量转化与守恒定律 考点1 功和能的关系 1 功是能量转化的量度 做功的过程是能量转化的过程 做了多少功 就有多少能量发生转化 反之 转化了多少能量就说明做了多少功 2 常见的功与能的转化关系如下表所示 运用功能关系解题时 应弄清楚重力做什么功 合外力做什么功 除重力 弹力外的力做什么功 从而判断重力势能或弹性势能 动能 机械能的变化 Ep Ep E Ek Ep E电 E分 自主检测 1 一块质量为m的木块放在地面上 用一根弹簧连着木块 如图5 4 1所示 用恒力F拉弹簧 使木块离开地面 如果力F的作用点向上移动的距离为h 则 A 木块的重力势能增加了mghB 木块的机械能增加了FhC 拉力所做的功为FhD 木块的动能增加了Fh 图5 4 1 解析 选C 木块上升的高度小于h 所以重力势能增量小于mgh A错 弹性势能与重力势能的增加之和为Fh 故BD错 由功的定义式可知C对 2 2011年韶关调研 如图5 4 1所示 两物体A B用轻质弹簧相连 静止在光滑水平面上 现同时对A B两物体施加等大反向的水平恒力F1 F2 使A B同时由静止开始运动 在运动过程中 对A B两物体及弹簧组成的系统 正确的说 法是 整个过程中弹簧不超过其弹性限度 A 机械能守恒B 机械能不断增加C 当弹簧伸长到最长时 系统的机械能最大D 当弹簧弹力的大小与F1 F2的大小相等时 A B两物体的速度为零 解析 A B开始时分别向左 向右做加速度减小的加速运动 运动时机械能增大 当F1 F2 F弹时 加速度为零 速度达到最大 以后F1 F2 F弹 A B向两侧做减速运动 至速度为零 弹簧伸长到最长 在此过程中F1 F2都做正功 故系统机械能增大 但以后 A又向右 B又向左运动 此过程F1 F2又做负功 机械能又减小 故A B D不对 选择C 答案 C 考点2 能量转化与守恒定律 转移 不变 相互转化 1 内容 能量既不会凭空产生 也不会被凭空消失 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体 到另一个物体 而在转化或转移的过程中 能量的总量保持 2 对能量转化与守恒的理解 每一种运动形式都对应一种能量形式 通过力做功 不同形式的能可以 能量是沟通各个物理现象和物理过程的最根本的属性 直接从整个过程的能的转化和守恒的观点出发 可免去许多对复杂的细节变化的处理 直达问题的症结所在 这是综合思想的又一具体体现 自主检测 2 双选 行驶中的汽车制动后滑行一段距离 最后停下 流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰 降落伞在空中匀速下降 条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈 线圈中产生电流 上述 不同现象中所包含的相同的物理过程是 A 物体克服阻力做功B 物体的动能转化为其他形式的能量C 物体的势能转化为其他形式的能量D 物体的机械能转化为其他形式的能量 解析 汽车制动 受摩擦阻力减速 克服摩擦力做功 机械能转化为内能 流星坠落 受空气阻力 机械能转化为内能 降落伞在空中匀速下降 受空气阻力 重力势能转化为内能 条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈 由于电磁感应 受到磁场力的阻碍作用 把机械能转化为电能 所以A D两项正确 答案 AD 考点3 摩擦力做功与机械能 内能之间的转化关系 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 还可以不做功 2 相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零 3 静摩擦力做功时 只有机械能的相互转移 不会转化为内能 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 相互间存在滑动摩擦力的系统内 一对滑动摩擦力做功 将产生两种可能效果 机械能全部转化为内能 有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移 另外部分转 化为内能 3 摩擦生热的计算 Q Ffs相对 自主检测 3 一木块静止在光滑水平面上 被一水平方向飞来的子弹击中 子弹进入木块的深度为2cm 木块相对于桌面移动了1cm 设木块对子弹的阻力恒定 则产生的热能和子弹损失的动能之比是多少 解 由功能关系 摩擦产生的热能为Q Ffs相对子弹损失的动能等于合外力对子弹做功的负值 即 E损 Ffs子弹 热点1 判断各力做功所对应的能量转化 例1 双选 2012年深圳一模 在奥运比赛项目中 高台跳水是我国运动员的强项 质量为m的跳水运动员入水后受到水的阻力而竖直向下做减速运动 设水对他的阻力大小恒为F 那么在他减速下降深度为h的过程中 下列说法正确的是 g 为当地的重力加速度 A 他的动能减少了Fh B 他的重力势能减少了mghC 他的动能减少了 F mg hD 他的机械能减少了 F mg h 解析 跳水运动员在水中减速下降h的过程中 他的重力势能减少了mgh 则B选项正确 由动能定理知 动能减少了 F mg h 则C选项正确 重力以外的力做的功等于机械能的变化 机械能减少了Fh D错误 答案 BC 拓展提升 运用功能关系解题时 应弄清楚重力做什么功 合外力做什么功 除重力 弹力外的力做什么功 从而判断重力势能或弹性势能 动能 机械能的变化 触类旁通 1 双选 如图5 4 2所示 倾角 30 的粗糙斜面固定在地面上 长为l 质量为m 粗细均匀 质量分布均匀的软绳置于斜面上 其上端与斜面顶端齐平 用细线将物块与软绳连接 物块由静止释放后向下运动 直到软绳刚好全部离开斜面 此时 物块未到达地面 在此过程中 图5 4 2 B 软绳重力势能共减少了mgl A 物块的机械能逐渐增加 C 物块重力势能的减少等于软绳克服摩擦力所做的功D 软绳重力势能的减少小于其动能的增加与克服摩擦力 所做功之和 答案 BD 2 如图5 4 6所示 一质量均匀的不可伸长的绳索重为G A B两端固定在天花板上 今在最低点C施加一竖直向下的力将绳索拉至D点 在此过程中绳索AB的重心位置将 A 逐渐升高B 逐渐降低C 先降低后升高D 始终不变 解析 由题意知外力对绳索做正功 机械能增加 重心升高 故选A 热点2 传送带模型中的能量转化与守恒 模型简介 传送带模型是高中物理中比较成熟的模型 典型的有水平和倾斜两种情况 一般设问的角度有两个 1 动力学角度 首先要正确分析物体的运动过程 做好受力情况分析 然后利用运动学公式结合牛顿第二定律 求物体及传送带在相应时间内的位移 找出物体和传送带之间的位移关系 2 能量角度 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 例2 如图5 4 4所示 质量为m的物体在水平传送带上由静止释放 传送带由电动机带动 始终保持以速度v匀速运动 物体与传送带间的动摩擦因数为 物体过一会儿能保持与传送带相对静止 对于物体从静止释放到相对静止这一过程 下列说法正确的是 A 电动机做的功为mv2B 摩擦力对物体做的功为mv2C 传送带克服摩擦力做的功为mv2D 电动机增加的功率为 mgv 选D 由能量守恒 电动机做的功等于物体获得的动能和由于摩擦而产生的热量 故A错 对物体受力分析 知仅有摩擦力对物体做功 由动能定理知B错 传送带克服摩擦力做功等于摩擦力与传送带对地位移的乘积 而易知这个位移是木块对地位移的两倍 即W mv2 故C错 由功率公式易知传送带增加的功率为 mgv 故D对 要把握功能关系 能量的增加是由做功引起的 触类旁通 2 如图5 4 6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 圆弧的底端B与水平传送带平滑相接 已知传送带匀速运行的速度为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