202X届高考物理总复习第5章机械能第3课时功能关系能量守恒定律课件教科版

1、第第3 3课时功能关系能量守恒定律课时功能关系能量守恒定律基础回顾基础回顾核心探究核心探究演练提升演练提升 基础回顾基础回顾 自主梳理自主梳理融会贯通融会贯通知识梳理知识梳理一、功能关系一、功能关系1.1.功是功是 的量度的量度, ,即做了多少功就有多少即做了多少功就有多少 发生了转化发生了转化. .2.2.做功的过程一定伴随着做功的过程一定伴随着 , ,而且而且 必须通过必须通过做功来实现做功来实现. .能量转化能量转化能量的转化能量的转化能量能量能量的转化能量的转化3.3.常见的功能关系常见的功能关系EEk k动能动能动能动能-E-Ep p减少减少增加增加-E-Ep p减少减少增加增加-E

2、-Ep p电势能电势能电势能电势能EE机机机械能机械能热量热量水平面上固定一半径为水平面上固定一半径为R R且圆弧部分光滑的半圆形轨道且圆弧部分光滑的半圆形轨道, ,小物体质量为小物体质量为m,m,压压紧理想弹簧后突然释放紧理想弹簧后突然释放, ,弹出后经动摩擦因数为弹出后经动摩擦因数为、长为、长为L L的粗糙水平面后的粗糙水平面后恰能到轨道最高点恰能到轨道最高点A,A,如图所示如图所示, ,则则: :(1)(1)滑动摩擦力做功滑动摩擦力做功:W:Wf f= = , ,物体与水平面内能物体与水平面内能: : , ,物物体机械能将体机械能将: : . .(2)(2)到达到达A A点过程中点过程中

3、, ,重力做功重力做功:WG=:WG= , ,重力势能重力势能: : , ,动动能能: : . .(3)(3)恰到达最高点恰到达最高点A,A,说明此时物体动能为说明此时物体动能为E EkAkA= = . .(4)(4)开始时开始时, ,物体压缩弹簧物体压缩弹簧, ,弹力对物体做弹力对物体做 , ,弹性势能弹性势能 , ,大大小为小为 . .-mgL-mgL增加增加mgLmgL减少减少mgLmgL-2mgR-2mgR增加增加2mgR2mgR减少减少2mgR2mgR12mgR负功负功增加增加52mgRmgL二、能量守恒定律二、能量守恒定律1.1.内容内容: :能量既不会凭空能量既不会凭空 , ,也

4、不会凭空消失也不会凭空消失, ,它只能从一种形式它只能从一种形式 为为另一种形式另一种形式, ,或者从一个物体或者从一个物体 到另一个物体到另一个物体, ,在在 的过的过程中其总量程中其总量 . .2.2.表达式表达式(1)E(1)E初初=E=E末末, ,初状态各种能量的初状态各种能量的 等于末状态各种能量的等于末状态各种能量的 . .(2)E(2)E增增=E=E减减, ,增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量. .产生产生转化转化转移转移转化和转移转化和转移保持不变保持不变总和总和总和总和变变. .自主检测自主检测1.1.思考判断思考

5、判断 (1)(1)力对物体做了多少功力对物体做了多少功, ,物体就有多少能物体就有多少能.(.() )(2)(2)物体在速度增大时物体在速度增大时, ,其机械能可能在减小其机械能可能在减小.(.() )(3)(3)滑动摩擦力做功时滑动摩擦力做功时, ,一定会引起机械能的转化一定会引起机械能的转化.(.() )(4)(4)一个物体的能量增加一个物体的能量增加, ,必定有别的物体能量减少必定有别的物体能量减少.(.() )(5)(5)功可以变为能功可以变为能, ,能可以变为功能可以变为功.(.() )答案答案: :(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)2.(2.(多选多选)

6、)下列对能量守恒定律的认识下列对能量守恒定律的认识, ,正确的是正确的是( ( ) )A.A.某种形式的能量减少某种形式的能量减少, ,一定存在其他形式的能量增加一定存在其他形式的能量增加B.B.某个物体的能量减少某个物体的能量减少, ,必然有其他物体的能量增加必然有其他物体的能量增加C.C.散失到周围环境中的内能还能回收重新利用散失到周围环境中的内能还能回收重新利用D.D.石子从空中落下石子从空中落下, ,最后停止在地面上最后停止在地面上, ,说明机械能消失了说明机械能消失了ABAB解析解析: :由能量守恒定律可知由能量守恒定律可知, ,能量既不会消灭能量既不会消灭, ,也不会创生也不会创生

7、, ,能量只能从一能量只能从一种形式转化为其他形式种形式转化为其他形式, ,或者从一个物体转移到其他物体或者从一个物体转移到其他物体, ,选项选项A,BA,B正确正确,D,D错误错误; ;散失到周围环境中的内能不能回收重新利用散失到周围环境中的内能不能回收重新利用, ,选项选项C C错误错误. .3.(3.(20182018河北唐山模拟河北唐山模拟)()(多选多选) )光滑水平面上静置一质量为光滑水平面上静置一质量为M M的木块的木块, ,一质量一质量为为m m的子弹以水平速度的子弹以水平速度v v1 1射入木块射入木块, ,以以v v2 2速度穿出速度穿出, ,木块速度变为木块速度变为v,v

8、,对这个过对这个过程程, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A.A.子弹对木块做的功等于子弹对木块做的功等于 MvMv2 2B.B.子弹对木块做的功等于子弹克服阻力做的功子弹对木块做的功等于子弹克服阻力做的功C.C.子弹对木块做的功等于木块获得的动能与子弹跟木块间摩擦生热的内能子弹对木块做的功等于木块获得的动能与子弹跟木块间摩擦生热的内能之和之和D.D.子弹损失的动能等于木块的动能跟子弹与木块间摩擦转化的内能之和子弹损失的动能等于木块的动能跟子弹与木块间摩擦转化的内能之和ADAD124.(4.(20182018海南三亚模拟海南三亚模拟) )如图所示如图所示, ,长为长为L L

9、的轻绳悬挂一个质量为的轻绳悬挂一个质量为m m的小球的小球, ,开始开始时绳竖直时绳竖直, ,小球与倾角小球与倾角=45=45且静止于水平面的三角形物块刚好接触且静止于水平面的三角形物块刚好接触. .现用水现用水平恒力平恒力F F向左推动三角形物块向左推动三角形物块, ,直至轻绳与斜面平行直至轻绳与斜面平行, ,此时小球的速度大小为此时小球的速度大小为v.v.重力加速度为重力加速度为g,g,不计所有的摩擦不计所有的摩擦. .下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A.A.上述过程中上述过程中, ,推力推力F F做的功为做的功为FLFLB.B.上述过程中上述过程中, ,斜面对小球做的功

10、等于小球增加的动能斜面对小球做的功等于小球增加的动能C.C.上述过程中上述过程中, ,推力推力F F做的功等于小球增加的机械能做的功等于小球增加的机械能D.D.轻绳与斜面平行时轻绳与斜面平行时, ,绳对小球的拉力大小为绳对小球的拉力大小为mgsin 45mgsin 45A A 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破考点一功能关系的理解与应用考点一功能关系的理解与应用功是能量转化的量度功是能量转化的量度, ,力学中几种常见的功能关系如下力学中几种常见的功能关系如下: :【典例典例1 1】 ( (20182018山东潍坊模拟山东潍坊模拟)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,在升降

11、机内固定一光滑的在升降机内固定一光滑的斜面体斜面体, ,一轻弹簧的一端连在位于斜面体上方的固定木板一轻弹簧的一端连在位于斜面体上方的固定木板B B上上, ,另一端与质量另一端与质量为为m m的物块的物块A A相连相连, ,弹簧与斜面平行弹簧与斜面平行. .整个系统由静止开始加速上升高度整个系统由静止开始加速上升高度h h的过的过程中程中( ( ) )A.A.物块物块A A的重力势能增加量一定等于的重力势能增加量一定等于mghmghB.B.物块物块A A的动能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和的动能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和C.C.物块物块A A的机械能增

12、加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和的机械能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和D.D.物块物块A A和弹簧组成的系统的机械能增加量等于斜面对物块的支持力和和弹簧组成的系统的机械能增加量等于斜面对物块的支持力和B B对弹对弹簧的拉力做功的代数和簧的拉力做功的代数和CDCD核心点拨核心点拨升降机加速上升升降机加速上升, ,根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律, ,判断弹簧弹力是否发生变化判断弹簧弹力是否发生变化. .根根据除重力以外其他力做的功等于机械能的增量据除重力以外其他力做的功等于机械能的增量, ,判断物体机械能的变化判断物体机械能的变化. .解析解析: :物块物块A

13、 A开始受重力、支持力、弹簧的弹力处于平衡状态开始受重力、支持力、弹簧的弹力处于平衡状态. .当具有向上的加速度当具有向上的加速度时时, ,合力向上合力向上, ,弹簧弹力和支持力在竖直方向上的分力大于重力弹簧弹力和支持力在竖直方向上的分力大于重力, ,所以弹簧的弹力增所以弹簧的弹力增大大, ,物块物块A A相对于斜面向下运动相对于斜面向下运动. .物块物块A A上升的高度小于上升的高度小于h,h,所以重力势能的增加量小于所以重力势能的增加量小于mgh,mgh,选项选项A A错误错误; ;物块物块A A受重力、支持力、弹簧的弹力受重力、支持力、弹簧的弹力, ,对物块对物块A A用动能定理用动能定

14、理, ,物块物块A A的的动能增加量等于斜面的支持力、弹簧的拉力和重力对其做功的代数和动能增加量等于斜面的支持力、弹簧的拉力和重力对其做功的代数和, ,选项选项B B错误错误; ;物块物块A A机械能的增加量等于斜面支持力和弹簧弹力做功的代数和机械能的增加量等于斜面支持力和弹簧弹力做功的代数和, ,选项选项C C正确正确; ;物块物块A A和弹簧组成系统的机械能增加量应等于除重力和弹簧弹力以外的其他力做功的代数和弹簧组成系统的机械能增加量应等于除重力和弹簧弹力以外的其他力做功的代数和和, ,即应等于除重力和弹簧力以外的其他力做功的代数和即应等于除重力和弹簧力以外的其他力做功的代数和, ,即等于

15、斜面对物块的支持即等于斜面对物块的支持力和力和B B对弹簧拉力做功的代数和对弹簧拉力做功的代数和, ,选项选项D D正确正确. .反思总结反思总结 功能关系的选用方法功能关系的选用方法对于一般的能量变化采用直接法来判断对于一般的能量变化采用直接法来判断, ,如重力做功是重力势能变化的原如重力做功是重力势能变化的原因和量度因和量度, ,弹簧的弹力做功是弹性势能变化的原因和量度弹簧的弹力做功是弹性势能变化的原因和量度, ,电场力做功是电场力做功是电势能变化的原因和量度电势能变化的原因和量度, ,合外力做功是动能变化的原因和量度合外力做功是动能变化的原因和量度, ,除重力除重力以外的力做功是机械能变

16、化的原因和量度以外的力做功是机械能变化的原因和量度. .1.1. 弹力和摩擦力做功时的功能关系弹力和摩擦力做功时的功能关系 ( (20182018河北唐山模拟河北唐山模拟) )轻质弹簧右端固定轻质弹簧右端固定在墙上在墙上, ,左端与一质量左端与一质量m=0.5 kgm=0.5 kg的物块相连的物块相连, ,如图如图( (甲甲) )所示所示. .弹簧处于原长状态弹簧处于原长状态, ,物块静止且与水平面间的动摩擦因数物块静止且与水平面间的动摩擦因数=0.2.=0.2.以物块所在处为原点以物块所在处为原点, ,水平向右水平向右为正方向建立为正方向建立x x轴轴. .现对物块施加水平向右的外力现对物块

17、施加水平向右的外力F,FF,F随随x x轴坐标变化的关系如轴坐标变化的关系如图图( (乙乙) )所示所示. .物块运动至物块运动至x=0.4 mx=0.4 m处时速度为零处时速度为零. .则此时弹簧的弹性势能为则此时弹簧的弹性势能为(g(g取取10 m/s10 m/s2 2)()( ) )A.3.1 JA.3.1 JB.3.5 JB.3.5 JC.1.8 JC.1.8 JD.2.0 JD.2.0 JA A多维训练多维训练解析解析: :物块与水平面间的摩擦力为物块与水平面间的摩擦力为f=mg=1 N.f=mg=1 N.现对物块施加水平向右的外现对物块施加水平向右的外力力F,F,由由F-xF-x图

18、像面积表示外力图像面积表示外力F F做的功做的功, ,可知可知F F做功做功W=3.5 J,W=3.5 J,克服摩擦力做功克服摩擦力做功W Wf f=fx=0.4 J.=fx=0.4 J.由功能关系可知由功能关系可知W-WW-Wf f=E=Ep p, ,此时弹簧的弹性势能为此时弹簧的弹性势能为E Ep p=3.1 J,=3.1 J,选选项项A A正确正确. .2.2. 重力、摩擦力做功时的功能关系重力、摩擦力做功时的功能关系 ( (多选多选) ) 如图如图, ,一固定斜面倾角为一固定斜面倾角为3030, ,一质量为一质量为m m的小物块自斜面底端以一定的初速度的小物块自斜面底端以一定的初速度,

19、 ,沿斜面向上做匀减速运动沿斜面向上做匀减速运动, ,加速度的大小等于重力加速度的大小加速度的大小等于重力加速度的大小g.g.若物块上升的最大高度为若物块上升的最大高度为H,H,则此过程则此过程中中, ,物块的物块的( ( ) )A.A.动能损失了动能损失了2mgH2mgH B. B.动能损失了动能损失了mgHmgHC.C.机械能损失了机械能损失了mgH D.mgH D.机械能损失了机械能损失了 mgH mgH12ACAC考点二摩擦力做功与能量的关系考点二摩擦力做功与能量的关系两种摩擦力做功情况比较两种摩擦力做功情况比较方面方面物体物体, ,而没有机械能转而没有机械能转化为其他形式的能量化为其

20、他形式的能量(2)(2)部分机械能转化为内部分机械能转化为内能能【典例典例2 2】 ( (20182018江西南昌模拟江西南昌模拟)()(多选多选) )在大型物流货场在大型物流货场, ,广泛应用着传送带广泛应用着传送带搬运货物搬运货物. .如图如图( (甲甲) )所示所示, ,与水平面倾斜的传送带以恒定速率运动与水平面倾斜的传送带以恒定速率运动, ,皮带始终皮带始终是绷紧的是绷紧的, ,将将m=1 kgm=1 kg的货物放在传送带上的的货物放在传送带上的A A处处, ,经过经过1.2 s1.2 s到达传送带的到达传送带的B B端端. .用速度传感器测得货物与传送带的速度用速度传感器测得货物与传

21、送带的速度v v随时间随时间t t变化图像如图变化图像如图( (乙乙) )所示所示, ,已已知重力加速度知重力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2, ,由由v-tv-t图可知图可知( ( ) )A.A,BA.A,B两点的距离为两点的距离为2.4 m2.4 mB.B.货物与传送带间的动摩擦因数为货物与传送带间的动摩擦因数为0.50.5C.C.货物从货物从A A运动到运动到B B过程中过程中, ,传送带对货物做功大小为传送带对货物做功大小为12.8 J12.8 JD.D.货物从货物从A A运动到运动到B B过程中过程中, ,货物与传送带摩擦产生的热量为货物与传送带摩擦产生的热量为4.8 J

22、4.8 JBDBD核心点拨核心点拨 (1) (1)前后两段时间前后两段时间, ,传送带对货物的摩擦力方向斜向下与斜传送带对货物的摩擦力方向斜向下与斜向上向上, ,对货物做正功对货物做正功, ,做负功做负功. .(2)(2)前后两段时间前后两段时间, ,货物与传送带间的相对位移货物与传送带间的相对位移,x,x1 1=vt=vt1 1-x-x1 1,x,x2 2=x=x2 2-vt-vt2 2. .反思总结反思总结 摩擦生热掌握摩擦生热掌握“三点三点”(1)(1)大小大小: :系统内因滑动摩擦力做功产生的热量系统内因滑动摩擦力做功产生的热量Q=fxQ=fx相对相对. .(2)(2)原因原因: :有

23、滑动摩擦力的系统内存在相对位移有滑动摩擦力的系统内存在相对位移. .摩擦生热摩擦生热Q=fxQ=fx相对相对中中,x,x相对相对是两物体间相对运动的位移是两物体间相对运动的位移, ,即同向相加、反向相减即同向相加、反向相减. .(3)(3)能量转化有两种形式能量转化有两种形式: :一是相互摩擦的物体之间机械能转移一是相互摩擦的物体之间机械能转移; ;二是机械二是机械能转化为内能能转化为内能( (即热量即热量).).多维训练多维训练1.1. 动能与内能的转化动能与内能的转化 ( (多选多选) )如图所示如图所示, ,水平传送带由电动机带动水平传送带由电动机带动, ,并始终保并始终保持以速度持以速

24、度v v匀速运动匀速运动. .现将质量为现将质量为m m的某物块无初速地放在传送带的左端的某物块无初速地放在传送带的左端, ,经过时经过时间间t t物块保持与传送带相对静止物块保持与传送带相对静止. .设物块与传送带间的动摩擦因数为设物块与传送带间的动摩擦因数为,对于这对于这一过程一过程, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )ACDACD2.2. 弹性势能与内能的转化弹性势能与内能的转化 如图所示如图所示, ,劲度系数为劲度系数为k k的轻弹簧一端固定在墙的轻弹簧一端固定在墙上上,个小物块个小物块( (可视为质点可视为质点) )从从A A点以初速度点以初速度v v0 0向左运动、接

25、触弹簧后运动到向左运动、接触弹簧后运动到C C点时速度恰好为零点时速度恰好为零, ,弹簧始终在弹性限度内弹簧始终在弹性限度内.A,C.A,C两点间距离为两点间距离为L,L,物块与水平面物块与水平面间动摩擦因数为间动摩擦因数为,重力加速度为重力加速度为g,g,则物块由则物块由A A点运动到点运动到C C点的过程中点的过程中, ,下列说法下列说法正确的是正确的是( ( ) )A.A.弹簧和物块组成的系统机械能守恒弹簧和物块组成的系统机械能守恒B.B.物块克服摩擦力做的功为物块克服摩擦力做的功为 m mC.C.弹簧的弹性势能增加量为弹簧的弹性势能增加量为mgLmgLD.D.物块的初动能等于弹簧的弹性

26、势能增加量与摩擦产生的热量之和物块的初动能等于弹簧的弹性势能增加量与摩擦产生的热量之和D D1220v考点三能量守恒定律的理解与应用考点三能量守恒定律的理解与应用1.1.对能量守恒定律的理解对能量守恒定律的理解(1)(1)转化转化: :某种形式的能量减少某种形式的能量减少, ,一定存在其他形式的能量增加一定存在其他形式的能量增加, ,且减少量和且减少量和增加量一定相等增加量一定相等. .(2)(2)转移转移: :某个物体的能量减少某个物体的能量减少, ,一定存在其他物体的能量增加一定存在其他物体的能量增加, ,且减少量和且减少量和增加量相等增加量相等. .2.2.运用能量守恒定律解题的基本思路

27、运用能量守恒定律解题的基本思路【典例典例3 3】( (20182018山东泰安模拟山东泰安模拟) )如图所示如图所示, ,一物体质量一物体质量m=2 kg,m=2 kg,在倾角在倾角=37 =37 的斜面上的的斜面上的A A点以初速度点以初速度v v0 0=3 m/s=3 m/s下滑下滑,A,A点距弹簧上端点距弹簧上端B B的距离的距离AB=4 m.AB=4 m.当物体到当物体到达达B B点后将弹簧压缩到点后将弹簧压缩到C C点点, ,最大压缩量最大压缩量BC=0.2 m,BC=0.2 m,然后物体又被弹簧弹上去然后物体又被弹簧弹上去, ,弹到弹到的最高位置为的最高位置为D D点点,D,D点距

28、点距A A点的距离点的距离AD=3 m.AD=3 m.挡板及弹簧质量不计挡板及弹簧质量不计,g,g取取10 m/s10 m/s2 2, ,sin 37sin 37=0.6,=0.6,求求: :(1)(1)物体与斜面间的动摩擦因数物体与斜面间的动摩擦因数;(2)(2)弹簧的最大弹性势能弹簧的最大弹性势能E Epmpm. .审题指导审题指导 答案答案: :(1)0.52(1)0.52(2)24.46 J(2)24.46 J反思总结反思总结 能量的转化问题小结能量的转化问题小结涉及滑动摩擦力做功涉及滑动摩擦力做功, ,机械能不守恒机械能不守恒, ,机械能要转化为内能机械能要转化为内能( (热量热量)

29、;);若涉及弹簧若涉及弹簧类问题类问题, ,研究系统包含弹簧研究系统包含弹簧, ,则弹力做功不影响系统的机械能则弹力做功不影响系统的机械能, ,若研究对象不包若研究对象不包含弹簧含弹簧, ,则部分能量转化为弹性势能则部分能量转化为弹性势能, ,当弹簧伸长或缩短到最大限度时弹性势当弹簧伸长或缩短到最大限度时弹性势能最大能最大, ,当弹簧为自然状态时当弹簧为自然状态时, ,系统内某一端的物体具有最大速度系统内某一端的物体具有最大速度. .【针对训练针对训练】 如图所示如图所示, ,半圆形轨道半圆形轨道MONMON竖直放置且固定在地面上竖直放置且固定在地面上, ,直径直径MNMN是水平的是水平的.

30、.一小物块从一小物块从M M点正上方高度为点正上方高度为H H处自由下落处自由下落, ,正好在正好在M M点滑入半圆轨点滑入半圆轨道道, ,测得其第一次离开测得其第一次离开N N点后上升的最大高度为点后上升的最大高度为 . .小物块接着下落从小物块接着下落从N N点滑点滑入半圆轨道入半圆轨道, ,在向在向M M点滑行过程中点滑行过程中( (整个过程不计空气阻力整个过程不计空气阻力) )( ( ) )A.A.小物块正好能到达小物块正好能到达M M点点B.B.小物块一定到不了小物块一定到不了M M点点C.C.小物块一定能冲出小物块一定能冲出M M点点D.D.不能确定小物块能否冲出不能确定小物块能否

31、冲出M M点点C C2H 演练提升演练提升 真题体验真题体验强化提升强化提升1.1. 动能定理、重力做功与重力势能关系动能定理、重力做功与重力势能关系 ( (20162016四川卷四川卷,1,1) )韩晓鹏是我国首位韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员在冬奥会雪上项目夺冠的运动员. .他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助助滑区滑区”保持同一姿态下滑了一段距离保持同一姿态下滑了一段距离, ,重力对他做功重力对他做功1 900 J,1 900 J,他克服阻力做功他克服阻力做功100 J,100 J,韩晓鹏在此过程中韩晓鹏在此过程中( ( ) )A.A.动

32、能增加了动能增加了1 900 J B.1 900 J B.动能增加了动能增加了2 000 J2 000 JC.C.重力势能减小了重力势能减小了1 900 J D.1 900 J D.重力势能减小了重力势能减小了2 000 J2 000 JC C解析解析: :由题可得由题可得, ,重力做功重力做功1 900 J,1 900 J,则重力势能减少则重力势能减少1 900 J,1 900 J,选项选项C C正确正确,D,D错误错误; ;由动能定理由动能定理W WG G-W-Wf f=E=Ek k可得动能增加可得动能增加1 800 J,1 800 J,选项选项A,BA,B错误错误. .2.2. 系统能量转化综合问题系统能量转化综合问题 ( (20142014海南卷海南卷)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,质量相同的两物质量相同的两物体体a,b,a,b,用不可伸长的轻绳跨接在同一光滑的轻质定滑轮两侧用不可伸长的轻绳跨接在同一光滑的轻质定滑轮两侧,a,a在水平桌面的在水平桌