物理 高三：高中物理第1轮专题复习全套学案-第5章 第4课时

第4课时功能关系、能量转化和守恒定律导学目标1掌握功和能的关系，特别是合力功、重力功、弹力功以及除重力、弹力外其他力的功分别所对应的能量转化关系2理解能量守恒定律，并能分析解决有关问题一、功能关系基础导引如图1所示，质量为M的物体在力F的作用下由静止从地面运动到离地H高处，已知FMG，试分别求出在此过程中重力、力F和合外力的54功，以及物体的重力势能、动能和机械能的变化量，并分析这些量之间存在什么关系知识梳理1能的概念一个物体能对外做功，这个物体就具有能量2功能关系1功是_的量度，即做了多少功就有_发生了转化2做功的过程一定伴随着_，而且_必通过做功来实现3功与对应能量的变化关系功能量的变化合外力做正功_增加重力做正功_减少弹簧弹力做正功_减少电场力做正功_减少其他力除重力、弹力外做正功_增加二、能量守恒定律基础导引说明下列有关能量转化的问题中，分别是什么能向什么能的转化1列车刹车时由运动变为静止；2太阳能电池发电；3风力发电；4潮汐发电；5太阳能热水器工作时；6汽车由静止启动知识梳理1内容能量既不会_，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，在转化和转移的过程中，能量的总量_2表达式E减_考点一功能关系的应用考点解读1搞清力对“谁”做功对“谁”做功就对应“谁”的位移，引起“谁”的能量变化如子弹物块模型中，摩擦力对子弹的功必须用子弹的位移去求解，这个功引起子弹动能的变化2搞清不同的力做功对应不同形式的能的改变不同的力做功对应不同形式能的变化定量的关系合外力的功所有外力的功动能变化合外力对物体做功等于物体动能的增量W合EK2EK1重力的功重力势能变化重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加WGEPEP1EP2弹簧弹力的功弹性势能变化弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加W弹EPEP1EP2只有重力、弹簧弹力的功不引起机械能变化机械能守恒E0除重力和弹力之外的力做的功机械能变化除重力和弹力之外的力做多少正功，物体的机械能就增加多少；除重力和弹力之外的力做多少负功，物体的机械能就减少多少W除G、弹力外E电场力的功电势能变化电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加W电EP一对滑动摩擦力的总功内能变化作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加QFFL相对典例剖析图3例1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4M/S，则此过程中G取10M/S2A升降机对物体做功5800JB合外力对物体做功5800JC物体的重力势能增加500JD物体的机械能增加800J方法突破直接判断法解答选择题对于考查概念或规律理解的选择题，一般可用直接判断的方法进行选择，但这应建立在对概念和规律正确理解的基础上，否则就会把握不准针对本题，要正确解答，就要对各种功能关系熟记于心，力学范围内，应牢固掌握以下三条功能关系1重力的功等于重力势能的变化，弹力的功等于弹性势能的变化；2合外力的功等于动能的变化；3除重力、弹力外，其他力的功等于机械能的变化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、机械能的变化跟踪训练1破亚运会记录的成绩夺得110M跨栏的冠军他采用蹲踞式起跑，在发令枪响后，左脚迅速蹬离起跑器，向前加速的同时提升身体重心如图2所示，假设刘翔的质量为M，起跑过程前进的距离为S，重心升高为H，获得的速度为V，克服阻力做功为W阻，则在此过程中图2A运动员的机械能增加了MV212B运动员的机械能增加了MV2MGH12C运动员的重力做功为MGHD运动员自身做功W人MV2MGHW阻12考点二对能量守恒定律的理解和应用考点解读列能量守恒定律方程的两条基本思路1某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等；2某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加且减少量和增加量一定相等典例剖析例2如图3所示，光滑坡道顶端距水平面高度为H，质量为M的小物块A从坡道顶端由静止滑下，进入水平面上的滑道时无机械图4能损失，为使A制动，将轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线M处的墙上，另一端恰位于坡道的底端O点已知在OM段，物块A与水平面间的动摩擦因数均为，其余各处的摩擦不计，重力加速度为G，求1物块滑到O点时的速度大小；2弹簧为最大压缩量D时的弹性势能设弹簧处于原长时弹性势能为零；3若物块A能够被弹回到坡道上，则它能够上升的最大高度是多少方法突破应用能量守恒定律解题的步骤1分清有多少形式的能如动能、势能包括重力势能、弹性势能、电势能、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，并且列出减少的能量E减和增加的能量E增的表达式；3列出能量守恒关系式E减E增特别提醒1应用能量守恒定律解决有关问题，要分析所有参与变化的能量2高考考查该类问题，常综合平抛运动、圆周运动以及电磁学等知识考查判断、推理及综合分析能力跟踪训练2如图4所示，A、B、C质量分别为MA07KG，MB02KG，MC01KG，B为套在细绳上的圆环，A与水平桌面的动摩擦因数02，另一圆环D固定在桌边，离地面高H203M，当B、C从静止下降H103M后，C穿环而过，B被D挡住，不计绳子质量和滑轮的摩擦，取G10M/S2，若开始时A离桌边足够远试求1物体C穿环瞬间的速度2物体C能否到达地面如果能到达地面，其速度多大结果可用根号表示考点三摩擦力做功的特点及应用考点解读类别比较静摩擦力滑动摩擦力不同点能量转化的方面在静摩擦力做功的过程中，只有机械能从一个物体转移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转移到另一个物体2部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损图5图6图7失量一对摩擦力做功方面一对静摩擦力所做功的代数和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总为负值，系统损失的机械能转变成内能相同点做功方面两种摩擦力都可以对物体做正功，做负功，还可以不做功典例剖析例3如图5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AW1W2，Q1Q2BW1W2，Q1Q2CW1W2，Q1Q2DW1W2，Q1Q2跟踪训练3如图6所示，质量为M，长度为L的小车静止在光滑的水平面上，质量为M的小物块，放在小车的最左端现用一水平力F作用在小物块上，小物块与小车之间的摩擦力为FF，经过一段时间小车运动的位移为X，小物块刚好滑到小车的右端，则下列说法中正确的是A此时小物块的动能为FXLB此时小车的动能为FFXC这一过程中，小物块和小车增加的机械能为FXFFLD这一过程中，因摩擦而产生的热量为FFL15应用综合法处理能量问题例4飞机场上运送行李的装置为一水平放置的环形传送带，传送带的总质量为M，其俯视图如图7所示现开启电动机，传送带达到稳定运行的速度V后，将行李依次轻轻放到传送带上若有N件质量均为M的行李需通过传送带运送给旅客假设在转弯处行李与传送带无相对滑动，忽略皮带轮、电动机损失的能量求从电动机开启到运送完行李需要消耗的电能为多少题后感悟1分析和综合的关系有分有合，交叉地使用分析与综合的方法，才能对客观事物有一个全面的深刻的认识在研究和求解中学物理问题时，同样需要采用这种有分有合的思维方法2从能量角度综合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图8图9图10图11跟踪训练4如图8所示，质量为M的滑块，放在光滑的水平平台上，平台右端B与水平传送带相接，传送带的运行速度为V0，长为L今将滑块缓慢向左压缩固定在平台上的轻弹簧，到达某处时突然释放当滑块滑到传送带右端C时，恰好与传送带速度相同滑块与传送带间的动摩擦因数为1试分析滑块在传送带上的运动情况2若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度，求释放滑块时，弹簧具有的弹性势能3若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度，求滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量A组几种功能关系的应用1如图9所示，质量为M的物体可视为质点以某一速度由底端冲上倾角为30的固定斜面，上升的最大高度为H，其加速度大小为G在这个过程中，物体34A重力势能增加了MGHB动能损失了MGHC动能损失了D机械能损失了3MGH2MGH22已知货物的质量为M，在某段时间内起重机将货物以加速度A加速升高H，则在这段时间内，下列叙述正确的是重力加速度为GA货物的动能一定增加MAHMGHB货物的机械能一定增加MAHC货物的重力势能一定增加MAHD货物的机械能一定增加MAHMGHB组摩擦力做功问题3如图10所示，质量为M的长木块A静止于光滑水平面上，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，它与滑块之间的动摩擦因数为现用水平向右的恒力F拉滑块B1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C组传送带问题4如图11所示，质量为M1KG的滑块，在水平力作用下静止在倾角为30的光滑斜面上，斜面的末端B与水平传送带相接物块经过此位置滑上皮带时无能量损失，传送带的运行速度为V03M/S，长为L14M今将水平力撤去，当滑块滑到传送带右端C时，恰好与传送带速度相同滑块与传送带间的动摩擦因数025，G10M/S2求1水平作用力F大小；2滑块下滑的高度；3若滑块进入传送带速度大于3M/S，滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量图1图2图3课时规范训练限时60分钟一、选择题1若礼花弹在由炮筒底部击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W3W2W1B礼花弹的动能变化量为W3W2W1C礼花弹的机械能变化量为W3W2D礼花弹的机械能变化量为W3W2W12如图1所示，物体A的质量为M，置于水平地面上，A的上端连一轻弹簧，原长为L，劲度系数为K现将弹簧上端B缓慢地竖直向上提起，使B点上移距离为L，此时物体A也已经离开地面，则下列说法中正确的是A提弹簧的力对系统做功为MGLB物体A的重力势能增加MGLC系统增加的机械能小于MGLD以上说法都不正确3如图2所示，在光滑斜面上的A点先后水平抛出和静止释放两个质量相等的小球1和2，不计空气阻力，最终两小球在斜面上的B点相遇，在这个过程中A小球1重力做的功大于小球2重力做的功B小球1机械能的变化大于小球2机械能的变化C小球1到达B点的动能大于小球2的动能D两小球到达B点时，在竖直方向的分速度相等4如图3所示，轻弹簧下端固定在地面上，压缩弹簧后用细线绑定拴牢将一个金属球放置在弹簧顶端球与弹簧不粘连，放上金属球后细线仍是绷紧的，某时刻烧断细线，球将被弹起，脱离弹簧后能继续向上运动，那么该球从细线被烧断到金属球刚脱离弹簧的这一运动过程中A球所受的合力先增大后减小B球的动能减小而它的机械能增加C球刚脱离弹簧时的动能最大D球刚脱离弹簧时弹簧的弹性势能最小5小球由地面竖直上抛，上升的最大高度为H，设所受阻力大小恒定，地面为零势能面在上升至离地高H处，小球的动能是势能的2倍，到达最高点后再下落至离地高H处，小球的势能是动能的2倍，则H等于图4图5ABCDH92H93H94H96滑板是现在非常流行的一种运动，如图4所示，一滑板运动员以7M/S的初速度从曲面的A点下滑，运动到B点时速度仍为7M/S若他以6M/S的初速度仍由A点下滑，则他运动到B点时的速度A大于6M/SB等于6M/SC小于6M/SD条件不足，无法计算7一个质量为M的物体，从倾角为高H的斜面上端A点，由静止开始下滑，到底端B点时的速度为V，然后又在水平面上滑行S后停止在C点，物体从A点开始下滑到B点的过程中克服摩擦力所做的功及物体与水平面间的动摩擦因数分别为AMGH，BMGH，MV22V22GSMV22V2GSCMGH，DMGH，MV22V22GSMV22V2GS8如图5所示，长度相同的三根轻杆构成一个正三角形支架，在A处固定质量为2M的小球，B处固定质量为M的小球支架悬挂在O点，可绕过O点并与支架所在平面垂直的固定轴转动开始时OB与地面相垂直，放手后开始运动，在不计任何阻力的情况下，下列说法正确的是AA球到达最低点时速度为零BA球机械能减少量等于B球机械能增加量CB球向左摆动所能达到的最高位置应高于A球开始运动时的高度D当支架从左向右摆回时，A球一定能回到起始高度9A、B、C、D四图中的小球以及小球所在的左侧斜面完全相同，现从同一高度H处由静止释放小球，使之进入右侧不同的竖直轨道除去底部一小段圆弧，A图中的轨道是一段斜面，高度大于H；B图中的轨道与A图中的轨道相比只是短了一些，且斜面高度小于H；C图中的轨道是一个内径略大于小球直径的管道，其上部为直管，下部为圆弧形，与斜面相连，管的高度大于H；D图中的轨道是个半圆形轨道，其直径等于H如果不计任何摩擦阻力和拐弯处的能量损失，小球进入右侧轨道后能到达H高度的是图610在一次探究活动中，某同学设计了如图6所示的实验装置，将图8半径R1M的光滑半圆弧轨道固定在质量M05KG、长L4M的小车上表面中点位置，半圆弧轨道下端与小车的上表面水平相切现让位于轨道最低点的质量M01KG的光滑小球随同小车一起沿光滑水平面向右做匀速直线运动某时刻小车碰到障碍物而瞬时处于静止状态小车不反弹，之后小球离开圆弧轨道最高点并恰好落在小车的左端边沿处，该同学通过这次实验得到了如下结论，其中正确的是G取10M/S2A小球到达最高点的速度为M/S10B小车向右做匀速直线运动的速度约为65M/SC小车瞬时静止前后，小球在轨道最低点对轨道的压力由1N瞬时变为65ND小车与障碍物碰撞时损失的机械能为125J二、非选择题11如图7所示，水平路面CD的左侧有一固定的平台，平台上表面AB长S3M光滑半圆轨道AFE竖直固定在平台上，半圆轨道半径R04M，最低点与平台AB相切于ACD的右侧有一长L12M的木板，上表面与平台等高，小物块放在板的最右端，并随板一起向左运动，当板的左端距离平台L2M时，板与小物块向左运动的速度V08M/S当板与平台碰撞后，板立即停止运动，小物块在板上滑动已知板与路面的动摩擦因数1005，小物块与板上表面及轨道AB的动摩擦因数201，小物块质量M1KG，取G10M/S2图71求小物块进入半圆轨道时对轨道上A点的压力；2判断小物块能否到达半圆轨道的最高点E如果能，求小物块离开E后在平台上的落点到A的距离；如果不能，则说明理由12如图8所示，水平轨道上轻弹簧左端固定，弹簧处于自然状态时，其右端位于P点现用一质量M01KG的小物块可视为质点将弹簧压缩后释放，物块经过P点时的速度V018M/S，经过水平轨道右端Q点后恰好沿半圆