2021届高考物理一轮复习第五章机械能专题突破功能关系能量守恒定律课件沪科版

1、专题突破功能关系能量守恒定律专题突破功能关系能量守恒定律功能关系的理解和应用功能关系的理解和应用力学中常见的功能关系力学中常见的功能关系1.人教版必修人教版必修2p80t1把质量是把质量是0.2 kg的小球放在竖立的弹簧上，的小球放在竖立的弹簧上，并把球往下按至并把球往下按至a的位置，如图的位置，如图7.93甲所示。迅速松手后，弹甲所示。迅速松手后，弹簧把球弹起，球升至最高位置簧把球弹起，球升至最高位置c(图丙图丙)，途中经过位置，途中经过位置b时弹簧时弹簧正好处于自由状态正好处于自由状态(图乙图乙)。已知。已知b、a的高度差为的高度差为0.1 m，c、b的的高度差为高度差为0.2 m，弹簧的

2、质量和空气的阻力均可忽略。，弹簧的质量和空气的阻力均可忽略。教材引领教材引领图图7.93讨论三种讨论三种情况下能量的变化情况下能量的变化(1)分别说出由状态甲至状态乙，由状态乙至状态丙的能量分别说出由状态甲至状态乙，由状态乙至状态丙的能量转化情况。转化情况。(2)状态甲中弹簧的弹性势能是多少？状态乙中小球的动能是多少？状态甲中弹簧的弹性势能是多少？状态乙中小球的动能是多少？解析解析(1)从状态甲至状态乙过程中：从状态甲至状态乙过程中：由于弹簧弹力一直做正功，则弹性势能一直减少，当弹簧恢复到自然长度时，弹性由于弹簧弹力一直做正功，则弹性势能一直减少，当弹簧恢复到自然长度时，弹性势能为势能为0；由

3、于重力做负功，则小球的重力势能一直增大；由于重力做负功，则小球的重力势能一直增大；由于小球先加速运动后减速运动，所以动能先增大后减少，当弹簧对小球向上的弹由于小球先加速运动后减速运动，所以动能先增大后减少，当弹簧对小球向上的弹力大小与重力大小相等时，小球的动能最大。力大小与重力大小相等时，小球的动能最大。从状态乙到状态丙过程中：从状态乙到状态丙过程中：由于重力一直做负功，则小球的重力势能仍一直增大，到达由于重力一直做负功，则小球的重力势能仍一直增大，到达c点时，重力势能达到点时，重力势能达到最大。最大。由于重力为合力且一直做负功，则小球的动能逐渐减少，到达由于重力为合力且一直做负功，则小球的动

4、能逐渐减少，到达c点时，动能减少到点时，动能减少到0。(2)小球和弹簧组成的系统机械能守恒，从状态甲系统的机械能等于状态丙系统的机械小球和弹簧组成的系统机械能守恒，从状态甲系统的机械能等于状态丙系统的机械能，则状态甲中弹簧的弹性势能：能，则状态甲中弹簧的弹性势能：epmg(habhbc)0.29.8(0.10.2) j0.588 j。小球从状态乙到状态丙的过程中，小球的重力势能增大，动能减少，由功能关系或机小球从状态乙到状态丙的过程中，小球的重力势能增大，动能减少，由功能关系或机械能守恒定律可知，小球在状态乙中的动能：械能守恒定律可知，小球在状态乙中的动能：ekmghbc0.29.80.2 j

5、0.392 j。答案答案(1)从状态甲至状态乙过程中：弹性势能一直减少，重力势能一直增大，动从状态甲至状态乙过程中：弹性势能一直减少，重力势能一直增大，动能先增大后减少；从状态乙到状态丙过程中：重力势能一直增大，动能一直减少能先增大后减少；从状态乙到状态丙过程中：重力势能一直增大，动能一直减少(2) 0.588 j 0.392 j2.(2019山东烟台测试山东烟台测试)质量为质量为m的物体在竖直向上的恒定拉力的物体在竖直向上的恒定拉力f的作用下，由静止开始的作用下，由静止开始向上运动向上运动h髙度，所受空气阻力恒为髙度，所受空气阻力恒为f，g为当地的重力加速度。则此过程中，下列为当地的重力加速

6、度。则此过程中，下列说法正确的是说法正确的是()拓展提升拓展提升a.物体的动能增加了物体的动能增加了(fmg)hb.物体的重力势能增加了物体的重力势能增加了mghc.物体的机械能减少了物体的机械能减少了fhd.物体的机械能增加了物体的机械能增加了fh解析解析物体受到重力、拉力以及空气的阻力，由动能定理有物体受到重力、拉力以及空气的阻力，由动能定理有ek(fmgf)h，选项，选项a错误；重力的功为错误；重力的功为mgh，所以物体的重力势能增加了，所以物体的重力势能增加了mgh，选项，选项b正确；除重力正确；除重力外物体受到拉力和阻力，所以物体的机械能增加外物体受到拉力和阻力，所以物体的机械能增加

7、e(ff)h，选项，选项c、d错误。错误。答案答案b3.(多选多选)(2018江苏单科江苏单科)如图如图1所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小物块，所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小物块，o点点为弹簧在原长时物块的位置。物块由为弹簧在原长时物块的位置。物块由a点静止释放，沿粗糙程度相同的水平面向右点静止释放，沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最远到达运动，最远到达b点。在从点。在从a到到b的过程中，物块的过程中，物块()真题闯关真题闯关图图1a.加速度先减小后增大加速度先减小后增大b.经过经过o点时的速度最大点时的速度最大c.所受弹簧弹力始终做正功所受弹簧弹力始终做正功d.所受弹簧弹力做的

8、功等于克服摩擦力做的功所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功解析解析对物块受力分析，当弹簧处于压缩状态时，由牛顿第二定律可得对物块受力分析，当弹簧处于压缩状态时，由牛顿第二定律可得kxfma，x减小，减小，a减小，当减小，当a0时，物块速度最大，此时，物块在时，物块速度最大，此时，物块在o点左侧，选项点左侧，选项b错误；从加错误；从加速度速度a0处到处到o点过程，由牛顿第二定律得点过程，由牛顿第二定律得fkxma，x减小，减小，a增大，当弹簧处于伸增大，当弹簧处于伸长状态时，由牛顿第二定律可得长状态时，由牛顿第二定律可得kxfma，x增大，增大，a继续增大，可知物块的加速度继续增大，可知物块的

9、加速度先减小后增大，选项先减小后增大，选项a正确；物块所受弹簧的弹力对物块先做正功，后做负功，选项正确；物块所受弹簧的弹力对物块先做正功，后做负功，选项c错误；从错误；从a到到b的过程，由动能定理可得的过程，由动能定理可得w弹弹wf0，选项，选项d正确。正确。答案答案ad4.(2017全国卷全国卷)一质量为一质量为8.00104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度离地面高度1.60105 m 处以处以7.5103 m/s的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为100 m/s时下落到地面。取地面为重力势能零点，在

10、飞船下落过程中，重力加速度时下落到地面。取地面为重力势能零点，在飞船下落过程中，重力加速度可视为常量，大小取为可视为常量，大小取为9.8 m/s2(结果保留结果保留2位有效数字位有效数字)。(1)分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；(2)求飞船从离地面高度求飞船从离地面高度600 m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。式中，式中，m和和v0分别是飞船的质量和着地前

11、瞬间的速率。由分别是飞船的质量和着地前瞬间的速率。由式和题给数据得式和题给数据得ek04.0108 j式中，式中，vh是飞船在高度是飞船在高度1.6105 m处的速度大小。由处的速度大小。由式和题给数据得式和题给数据得eh2.41012 j。由功能关系得由功能关系得wehek0式中，式中，w是飞船从高度是飞船从高度600 m处至着地瞬间的过程中克服阻力所做的功。处至着地瞬间的过程中克服阻力所做的功。由由式和题给数据得式和题给数据得w9.7108 j。答案答案(1)4.0108 j2.41012 j(2)9.7108 j能量守恒定律的应用能量守恒定律的应用1.对能量守恒定律的两点理解对能量守恒定

12、律的两点理解(1)转化转化某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等少量和增加量一定相等(2)转移转移某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量相等少量和增加量相等2.能量转化问题的解题思路能量转化问题的解题思路(1)当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律。当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律。(2)解题时，首先确定初、末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，解题时，首先确定初、末状态

13、，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和e减减与增加的能量总和与增加的能量总和e增增，最后由，最后由e减减e增增列式求解。列式求解。【典例】【典例】 (多选多选)(2019江苏卷，江苏卷，8)如图如图2所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态。所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态。小物块的质量为小物块的质量为m，从，从a点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到a点恰点恰好静止。物块向左运动的最大距离为好静止。物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为，

14、与地面间的动摩擦因数为，重力加速度为，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度。在上述过程中，弹簧未超出弹性限度。在上述过程中()图图2答案答案bc1.(多选多选)如图如图3所示，对离地一定高度的物体施加一个竖直向上的所示，对离地一定高度的物体施加一个竖直向上的拉力，物体在竖直方向上运动，其速率时间关系大致图线如拉力，物体在竖直方向上运动，其速率时间关系大致图线如图，以地面为零势能面，忽略空气阻力，物体的机械能随运动图，以地面为零势能面，忽略空气阻力，物体的机械能随运动距离的变化关系大致图线可能是下图中的距离的变化关系大致图线可能是下图中的 ()图图3解析解析以物体为研究对象，若物体向上运动，根据牛

15、顿运动定律有以物体为研究对象，若物体向上运动，根据牛顿运动定律有fmgma，从速，从速率图象看，物体在做加速度变小的加速运动，所以率图象看，物体在做加速度变小的加速运动，所以fmgma逐渐变小，而物体机械逐渐变小，而物体机械能的增量就是能的增量就是f做功，即做功，即efh(mgma)h，图象中的斜率为，图象中的斜率为f，所以，所以d项正确；若项正确；若物体向下运动，根据牛顿运动定律有物体向下运动，根据牛顿运动定律有fmgma，f变大，变大，f做负功，机械能减小，做负功，机械能减小，所以所以c项正确。项正确。答案答案cd(1)若弹簧劲度系数为若弹簧劲度系数为k，求轻杆开始移动时，弹簧的压缩量，求

16、轻杆开始移动时，弹簧的压缩量x；(2)求小车离开弹簧瞬间的速度求小车离开弹簧瞬间的速度v；(3)在轻杆运动的过程中，试分析小车的运动是不是匀变速运动？在轻杆运动的过程中，试分析小车的运动是不是匀变速运动？如果不是请说明理由，如果是请求出加速度如果不是请说明理由，如果是请求出加速度a。图图4摩擦力做功与能量转化的关系摩擦力做功与能量转化的关系两种摩擦力的做功情况比较两种摩擦力的做功情况比较 类别类别比较比较静摩擦力静摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力 不不同同点点 能量的转化方面能量的转化方面只有能量的转移，而没只有能量的转移，而没有能量的转化有能量的转化既有能量的转移，又有能量的转化既有能量的转移，又

17、有能量的转化一对摩擦力的总功一对摩擦力的总功方面方面一对静摩擦力所做功的一对静摩擦力所做功的代数和等于零代数和等于零一对滑动摩擦力所做功的代数和不为零，总功一对滑动摩擦力所做功的代数和不为零，总功wffl相对相对，即相对滑动时产生的热量即相对滑动时产生的热量相同点相同点正功、负功、不做功方正功、负功、不做功方面面两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功考向考向1“传送带传送带”模型中的摩擦生热模型中的摩擦生热图图5(1)摩擦力对工件做的功是多少？摩擦力对工件做的功是多少？(2)工件与传送带间因摩擦而产生的内能是多少？工件与传送带间因摩擦而产生

18、的内能是多少？解析解析(1)工件先做匀加速运动，由牛顿第二定律有工件先做匀加速运动，由牛顿第二定律有mgcos mgsin ma，得出，得出a2.5 m/s2；摩擦力对工件做的功为摩擦力对工件做的功为w1mgx1cos ，得出，得出w16 j工件后做匀速运动，位移为工件后做匀速运动，位移为x25 mx14.2 m摩擦力对工件做的功为摩擦力对工件做的功为w2mgx2sin ，得出，得出w221 j所以摩擦力对工件做的功为所以摩擦力对工件做的功为ww1w227 j。在工件匀加速时传送带的位移为在工件匀加速时传送带的位移为s1vt11.6 m工件与传送带间因摩擦而产生的内能为工件与传送带间因摩擦而产

19、生的内能为qmg(s1x1)cos ，得出，得出q6 j。答案答案(1)27 j(2)6 j考向考向2“滑块滑块木板木板”模型中的摩擦生热模型中的摩擦生热图图6(1)滑块到达滑块到达b端时，轨道对它支持力的大小；端时，轨道对它支持力的大小；(2)车被锁定时，车右端距轨道车被锁定时，车右端距轨道b端的距离；端的距离；(3)从车开始运动到被锁定的过程中，滑块与车上表面间由于摩擦而产生的热量大小。从车开始运动到被锁定的过程中，滑块与车上表面间由于摩擦而产生的热量大小。则则fnb30 n。(2)设设m滑上小车后经过时间滑上小车后经过时间t1与小车同速，共同速度大小为与小车同速，共同速度大小为v，设滑块

20、的加速度大小为，设滑块的加速度大小为a1，小车的加速度大小为，小车的加速度大小为a2对滑块有对滑块有mgma1，vvba1t1对于小车：对于小车：mgma2，va2t1解得解得v1 m/s，t11 s，因，因t1t0，故滑块与小车同速后，小车继续向左匀速行驶了，故滑块与小车同速后，小车继续向左匀速行驶了0.5 s，则小车右端距则小车右端距b端的距离为端的距离为解得解得q6 j。答案答案(1)30 n(2)1 m(3)6 j1.(多选多选)如图如图7所示，质量为所示，质量为m、长度为、长度为l的小车静止在光滑水平面上，质量为的小车静止在光滑水平面上，质量为m的小物的小物块块(可视为质点可视为质点

21、)放在小车的最左端。现用一水平恒力放在小车的最左端。现用一水平恒力f作用在小物块上，使小物块作用在小物块上，使小物块从静止开始做匀加速直线运动。小物块和小车之间的摩擦力为从静止开始做匀加速直线运动。小物块和小车之间的摩擦力为f，小物块滑到小车，小物块滑到小车的最右端时，小车运动的距离为的最右端时，小车运动的距离为x。此过程中，以下结论正确的是。此过程中，以下结论正确的是()图图7a.小物块到达小车最右端时具有的动能为小物块到达小车最右端时具有的动能为(ff)(lx)b.小物块到达小车最右端时，小车具有的动能为小物块到达小车最右端时，小车具有的动能为fxc.小物块克服摩擦力所做的功为小物块克服摩擦力所做的功为f(lx)d.小物块和小车增加的机械能为小物块和小车增加的机械能为fx解析解析由动能定理可得，小物块到达小车最右端时的动能由动能定理可得，小物块到达小车最右端时的动能ek物物w合合(ff)(lx)，a正确；小物块到达小车最右端时，小车的动能正确；小物块到达小车最右端时，小车的动能ek车车fx，b正确；小物块克服摩擦力所正确；小物块克服摩擦力所做的功做的功wff(lx)，c正确；小