物理高考热点预测复习：3.6机械能守恒定律功能关系ppt课件

第6讲机械能守恒定律功能关系,【考纲资讯】,重力势能弹性势能机械能守恒定律及其应用,【考情快报】,1.对机械能守恒条件的考查题型多为选择题，对功能关系的考查题型一般为计算题。功能关系往往与电场、磁场以及典型运动规律相联系。2.预计2013年高考对该讲的考查主要是：(1)滑动摩擦力做功情况下的功能关系问题。(2)与实际问题结合成凸现思想方法的综合性问题。,【体系构建】,【核心自查】一、机械能守恒定律的三个观点1.守恒观点表达式为E2=E1或_，表示系统末状态机械能的总和与初状态机械能的总和相等。2.转化观点表达式为Ek增=Ep减或_，表示系统增加(或减少)的动能等于系统减少(或增加)的势能。,Ek2+Ep2=Ek1+Ep1,Ek减=Ep增,3.转移观点表达式为EA增=EB减或_，表示若系统由A、B两部分组成，则A物体机械能的增加(或减少)与B物体机械能的减少(或增加)相等。,EA减=EB增,二、摩擦力做功特点及其与能量的关系,类别,比较,静摩擦力,滑动摩擦力,能量的转化方面,在静摩擦力做功的过程中，只有机械能从一个物体_到另一个物体(静摩擦力起着传递机械能的作用)，而没有机械能转化为其他形式的能量,转移,(1)相互摩擦的物体通过摩擦力做功，将部分机械能从一个物体_到另一个物体。(2)部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的_,转移,损失量,类别,比较,静摩擦力,滑动摩擦力,一对摩擦力的总功方面,一对静摩擦力所做功的代数和总等于_,零,一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功，等于摩擦力与两个物体相对路程的乘积，即WFf=-Ffx相对，表示物体克服摩擦力做功，系统损失的机械能转变成_,内能,正功、负功、不做功方面,两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以_,不做功,三、功能转化关系,增加,等于重力势能的_,减少,WG=Ep1-Ep2,等于弹性势能的_,减少,W弹=Ep1-Ep2,等于分子势能的_,减少,W分=Ep1-Ep2,等于电能(或电势能)的_,减少,W电=Ep1-Ep2,分子力做功,安培力做功,除了重力和弹力之外的其他力做功,系统克服滑动摩擦力或介质阻力做功,等于电能(或电势能)的_,等于机械能的_,等于系统内能的_,W安=Ep1-Ep2,W其=E2-E1,Q=Ffx相,减少,增加,增加,【热点考向1】机械能守恒定律【典题训练1】(2012南京一模)如图所示，质量m=1.0kg的物块在倾角为的斜面上的A点，由静止开始释放，物块过B点时速度为2.0m/s，过C点时速度为3.0m/s。已知BD长为2.1m，CD长为1.6m。(g取10m/s2)则：,(1)物块下滑的加速度多大？(2)选D处为零势能面，写出物块下滑过程中最大重力势能与倾角的关系式。(3)假设物块下滑过程中机械能守恒，则倾角是多少？【解题指导】解答本题时首先要求出A点的竖直高度，然后根据机械能守恒定律求出倾角。,【解析】(1)从B到C过程中，x=0.5m，由，得a=5m/s2。(2)A点速度为零，从A到B距离为x，由，得x=0.4m。所以相对于D，A的高度为H=(x+BD)sin=2.5sin，最大重力势能Ep=mgH=25sin。,(3)若机械能守恒，则有，即：，解得=30。答案：(1)5m/s2(2)Ep=25sin(3)30,【拓展提升】【考题透视】该知识点为每年高考的重点，分析近几年高考试题，命题规律有以下三点：(1)结合物体的典型运动进行考查，如平抛运动、圆周运动、自由落体运动。(2)在综合问题中的某一过程遵守机械能守恒定律时，考查该知识点。(3)带电体在磁场中运动时洛伦兹力不做功，机械能也可以守恒，所以也有关于这方面的考查。,【借题发挥】应用机械能守恒定律解题时的三点注意(1)要注意研究对象的选取研究对象的选取是解题的首要环节,有的问题选单个物体(实为一个物体与地球组成的系统)为研究对象机械能不守恒,但选此物体与其他几个物体组成的系统为研究对象,机械能却是守恒的。如图所示，单独选物体A机械能减少,但由物体A、B二者组成的系统机械能守恒。,(2)要注意研究过程的选取有些问题研究对象的运动过程分几个阶段,有的阶段机械能守恒,而有的阶段机械能不守恒。因此，在应用机械能守恒定律解题时要注意过程的选取。(3)要注意机械能守恒表达式的选取守恒观点的表达式适用于单个或多个物体机械能守恒的问题，解题时必须选取参考平面。而后两种表达式都是从“转化”和“转移”的角度来反映机械能守恒的，不必选取参考平面。,【创新预测】如图所示，光滑固定的竖直杆上套有一个质量m=0.4kg的小物块A，不可伸长的轻质细绳通过固定在墙壁上、大小可忽略的定滑轮D，连接小物块A和小物块B，虚线CD水平，间距d=1.2m,此时连接小物块A的细绳与竖直杆的夹角为37，小物块A恰能保持静止。现在在小物块B的下端挂一个小物块Q(未画出)，小物块A可从图示位置上升并恰好能到达C处，不计摩擦和空气阻力，cos37=0.8、sin37=0.6,重力加速度g取10m/s2。求：,(1)小物块A到达C处时的加速度大小；(2)小物块B的质量；(3)小物块Q的质量。,【解析】(1)当小物块从A到达C处时，由受力分析可知：水平方向受力平衡，竖直方向只受重力作用，所以小物块A的加速度a=g=10m/s2。(2)设小物块B的质量为mB,绳子拉力为FT;根据平衡条件：FTcos37=mgFT=mBg联立解得mB=0.5kg。,(3)设小物块Q的质量为m0,根据系统机械能守恒得mghAC=(mB+m0)ghBhAC=dcot37=1.6mhB=-d=0.8m解得m0=0.3kg。答案：(1)10m/s2(2)0.5kg(3)0.3kg,【热点考向2】机械能守恒定律的综合应用【典题训练2】(2012大纲版全国卷)一探险队员在探险时遇到一山沟，山沟的一侧竖直，另一侧的坡面呈抛物线形状。此队员从山沟的竖直一侧，以速度v0沿水平方向跳向另一侧坡面。如图所示，以沟底的O点为原点建立坐标系Oxy。已知，山沟竖直一侧的高度为2h，坡面的抛物线方程为y=探险队员的质量为m。人视为质点，忽略空气阻力，重力加速度为g。,(1)求此人落到坡面时的动能。(2)此人水平跳出的速度为多大时，他落在坡面时的动能最小？动能的最小值为多少？,【解题指导】解答本题时应注意以下三点：(1)落点位置坐标为此人平抛运动轨迹方程和坡面方程组成的解；(2)根据机械能守恒定律求得此人落到坡面时的动能；(3)运用数学方法求出动能的最小值。,【解析】(1)设此人在空中做平抛运动的时间为t，运动到另一侧坡面的落点坐标为(x,y)，则有x=v0t依题意有：根据机械能守恒定律可得，此人落到坡面的动能联立以上各式得：,(2)把式变形，得当式中的平方项为零时，即时，动能Ek最小。最小的动能答案：(1)(2)mgh,【拓展提升】【考题透视】对于机械能守恒定律与力学的综合这一考点的考查，经常出现在理综压轴题中，综合性比较强，难度一般较大，物体的运动过程复杂或运动阶段繁多。出题角度多从机械能守恒定律与抛体运动或竖直面内圆周运动等运动规律相联系。,【借题发挥】解决机械能守恒综合题目的一般方法(1)对物体进行运动过程的分析，分析每一运动过程的运动规律。(2)对物体进行每一过程中的受力分析，确定有哪些力做功，有哪些力不做功，哪一过程中满足机械能守恒定律的条件。(3)分析物体的运动状态，根据机械能守恒定律及有关的力学规律列方程求解。,【创新预测】一轻质细绳一端系一质量为m=kg的小球A，另一端挂在光滑水平轴O上，O到小球的距离为L=0.1m，小球跟水平面接触，但无相互作用，在球的左侧距离s处固定一个光滑的斜面，如图所示，水平距离s为1m。现有一滑块B，质量也为m，从斜面上由静止滑下，与小球发生弹性碰撞。滑块B与水平面间动摩擦因数为025。不计空气阻力，并将滑块和小球都视为质点，g取10ms2，试问：,(1)若滑块B从斜面某一高度h处由静止滑下与小球发生弹性碰撞后(碰后A、B交换速度)，使小球恰好在竖直平面内做圆周运动，求此高度h。(2)若滑块B从h=5m处由静止滑下，求滑块B与小球碰后(碰后A、B交换速度)，小球达到最高点瞬间绳子对小球的拉力。,【解析】(1)滑块B从静止滑下的过程中，机械能守恒，则：滑块B在水平面上滑动的过程中，根据动能定理得：由于滑块B与小球A的碰撞交换速度，所以碰后A球的速度:vA=v2碰撞后，小球恰好能在竖直面内做圆周运动，圆周运动过程中机械能守恒，在最高点时，满足联立以上各式，代入数值解得：h=0.5m,(2)设滑块B与小球A碰前的速度为vB，由动能定理得：mgh-mgs=又vA=vB从碰撞后到小球运动到最高点，由机械能守恒定律得设小球到达最高点时，绳的拉力为F，由牛顿第二定律得：,解得F=45N答案：(1)0.5m(2)45N,【热点考向3】功能关系的综合应用【典题训练3】如图所示，质量m1=0.3kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L=1.5m，现有质量m2=0.2kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v0=2m/s从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止。物块与车面间的动摩擦因数=0.5，取g=10m/s2，求(1)物块在车面上滑行的时间t；(2)物块克服摩擦力做的功；(3)在此过程中转变成的内能。,【解题指导】解答本题时应注意把握以下两点：(1)正确分析物块和小车的受力情况及运动情况。(2)正确利用功能关系求摩擦力的功和产生的内能。【解析】(1)小车做匀加速运动时的加速度为a1，物块做匀减速运动时的加速度为a2，则a2=g=5m/s2，v0-a2t=a1t，所以。,(2)相对静止时的速度物块克服摩擦力做的功(3)由能量守恒可知，系统损失的机械能转化为内能，则答案：(1)0.24s(2)0.336J(3)0.24J,【拓展提升】【考题透视】该知识点为每年高考的重点和热点，在每年的高考中都会涉及，分析近几年考题，命题规律有如下特点：(1)功能关系结合曲线运动及圆周运动进行考查。(2)功能关系结合多个物体间的相对运动进行考查。(3)物体经历多个过程，有多个力做功，涉及多种形式的能量转化的考查。,【借题发挥】解决功能关系问题应该注意的三个方面(1)分析清楚是什么力做功，并且清楚该力做正功，还是做负功；根据功能之间的对应关系，判定能的转化形式，确定能量之间的转化情况。(2)也可以根据能量之间的转化情况，确定是什么力做功，尤其可以方便计算变力做功的多少。(3)功能关系反映了做功和能量转化之间的对应关系，功是能量转化的量度和原因，在不同问题中的具体表现不同。,【创新预测】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。(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。【解析】(1)设物体在B点的速度为vB，半圆形导轨对物体的支持力为FNB，由牛顿第二定律有设弹簧弹性势能为Ep，物体由A点运动到B点的过程中，由能量守恒定律有由式解得,(2)设物体在C点速度为vC，由牛顿第二定律有mg=m物体由B点运动到C点的过程中，由能量守恒定律有：联立解得：E=mgR。答案：(1)mgR(2)mgR,力学综合问题的规范求解一、研究对象“三看”1.看研究对象是单个物体还是多个物体组成的系统，有时还要把其中一个或几个物体从系统中分离出来，作为研究对象。,2.看研究对象参与的物理过程。一方面能把复杂的物理过程分解为几个简单的物理过程，化难为易；另一方面又可挖掘隐含条件，找出联系不同阶段的“桥梁”。3.看研究对象的受力与运动情况。针对不同的对象，分析它们在各个过程的受力情况与运动情况，同时分清内力和外力，注意各力的特点，以便合理选取物理规律。,二、解题方法“四选择”1.当物体受到恒力作用发生运动状态的改变而且又涉及时间时，一般选择用动力学方法解题；2.当涉及功、能和位移时，一般选用动能定理、机械能守恒定律、功能关系或能量守恒定律解题，题目中出现相对位移时，应优先选择能量守恒定律；3.当涉及细节并要求分析力时，一般选择牛顿运动定律，对某一时刻的问题选择牛顿第二定律求解；4.复杂问题的分析一般需选择能量的观点、运动与力的观点综合解题。,【典题例证】【典例】(2012济南一模)(12分)如图所示，在光滑水平地面上放置质量M=2kg的长木板，木板上表面与固定的竖直弧形轨道相切。一质量m=1kg的小滑块自A点沿弧面由静止滑下，A点距离长木板上表面高度h=0.6m。滑块在木板上滑行t=1s后，和木板以共同速度v=1m/s匀速运动，取g=10m/s2。求：,(1)滑块与木板间的摩擦力；(2)滑块沿弧面下滑过程中克服摩擦力做的功；(3)滑块相对木板滑行的距离及在木板上产生的热量。【解题关键】(1)地面“光滑”并非是弧形轨道光滑。(2)滑块滑向木板时的速度大小决定最终达到共速的时间，求出滑块滑向木板的初速度是解题的关键。,【解题思路】(1)由运动学公式和牛顿第二定律可求出滑块与木板间摩擦力的大小。(2)滑块在弧形轨道上的摩擦力是变力，变力做的功应用动能定理或能量守恒定律求解。(3)明确共速之前滑块和木板的位移大小，此处产生的热量可由Q=Ffx相对求出。,【规范解答】(1)对木板Ff=Ma1(1分)由运动学公式得v=a1t(1分)解得a1=1m/s2,Ff=2N(1分),(2)对滑块有-Ff=ma2(1分)设滑块滑上木板时的初速度为v0，由公式v-v0=a2t解得a2=-2m/s2，v0=3m/s(1分)滑块沿弧面下滑的过程中，由动能定理得(2分)可得滑块克服摩擦力做的功为(1分),(3)t=1s内木板的位移(1分)此过程中滑块的位移(1分)故滑块相对木板滑行距离L=x2-x1=1.5m(1分)产生的热量Q=FfL=3J(1分)答案：(1)2N(2)1.5J(3)1.5m3J,【拓展训练】(2012重庆高考)如图所示为一种摆式摩擦因数测量仪，可测量轮胎与地面间动摩擦因数，其主要部件有：底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆。摆锤的质量为m，细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动，摆锤重心到O点距离为L。测量时，测量仪固定于水平地面，将摆锤从与O等高的位置处静止释放。摆锤到最低点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段距离之后继续摆至与竖直方向成角的最高位置。若摆锤对地面的压力可视为大小为F的恒力，重力加速度为g，求：,(1)摆锤在上述过程中损失的机械能；(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功；(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数。,【解析】(1)摆锤在全过程中重心下降的高度h=Lcos，所以损失的机械能E=mgh=mgLcos。(2)据功能关系，摆锤重力势能的减少量等于克服摩擦力所做的功，即=E=mgLcos。故摩擦力对摆锤做的功为-mgLcos。,(3)摩擦力Ff=F，摩擦力做的功也可由求得，联立解得。答案：(1)mgLcos(2)-mgLcos(3),1.(2012漳州一模)质量为m的带电小球，在充满匀强电场的空间中水平抛出，小球运动时的加速度方向竖直向下，大小为。当小球下降高度为h时，不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法正确的是()A.小球的动能减少了B.小球的动能增加了C.小球的电势能减少了D.小球的电势能增加了mgh,【解析】选B。小球受的合力F=mg，据动能定理，合力做功等于动能的增加，故，选项A错、B正确；由题意可知，电场力，电场力做负功，电势能增加，选项C、D均错。,2.(2012冀州二模)(多选)如图甲所示，在倾角为的光滑斜面上，有一个质量为m的物体在沿斜面方向的力F的作用下由静止开始运动，物体的机械能E随位移x的变化关系如图乙所示。其中0x1过程的图线是曲线，x1x2过程的图线为平行于x轴的直线，则下列说法中正确的是(),A.物体在沿斜面向下运动B.在0x1过程中，物体的加速度一直减小C.在0x2过程中，物体先减速再匀速D.在x1x2过程中，物体的加速度为gsin【解析】选A、D。由题图乙可知，在0x1过程中，机械能非线性减小，可知拉力做负功，且拉力越来越小，物体的加速度应逐渐增大，故A项正确，B、C均错；在x1x2过程中，机械能守恒，拉力F消失，物体沿光滑斜面下滑，a=gsi