专题五 能量的转化与守恒

1、二轮二轮物理物理专题五能量的转化与守恒专题五能量的转化与守恒二轮二轮物理物理展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨锁定考点锁定考点高效突破高效突破必备模型必备模型全面解读全面解读二轮二轮物理物理展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向重要考点重要考点考题预测考题预测1.1.重力做功与重力势能重力做功与重力势能.().()2.2.功能关系、机械能守恒定律功能关系、机械能守恒定律及其应用及其应用.().()各种功对应的能量转化规律、机械能守各种功对应的能量转化规律、机械能守恒的条件及相关计算、功能关系、多物恒的条件及相关计算、功能关系、多物体系统多种能量转化是命题的热点体系统多种

2、能量转化是命题的热点. .20162016年高考对功能关系的考查年高考对功能关系的考查, ,以选择题以选择题形式单独命题可能性较大形式单独命题可能性较大, ,对机械能守恒对机械能守恒定律的考查可能与圆周运动、牛顿运动定律的考查可能与圆周运动、牛顿运动定律等知识综合命题定律等知识综合命题. .二轮二轮物理物理方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨一、机械能守恒定律的理解一、机械能守恒定律的理解1.1.守恒观点守恒观点: :初、末状态的机械能相等初、末状态的机械能相等. .2.2.转化观点转化观点: :势能和动能的变化量绝对值相等势能和动能的变化量绝对值相等. .3.3.转移观点转移观点: :一部分机械

3、能的变化量与另一部分机械能的变化量绝对值一部分机械能的变化量与另一部分机械能的变化量绝对值相等相等. .二、功能关系二、功能关系二轮二轮物理物理三、巧选解题方法三、巧选解题方法1.1.涉及力的作用与运动状态的变化时涉及力的作用与运动状态的变化时, ,常用牛顿运动定律常用牛顿运动定律. .2.2.涉及变力时常用动能定理涉及变力时常用动能定理. .3.3.涉及两个或两个以上物体时涉及两个或两个以上物体时, ,首选机械能守恒定律首选机械能守恒定律. .四、用能量守恒定律解题的一般步骤四、用能量守恒定律解题的一般步骤1.1.分清有多少种形式的能在变化分清有多少种形式的能在变化. .2.2.分别列出减少

4、的能量分别列出减少的能量EE减减和增加的能量和增加的能量EE增增的表达式的表达式. .3.3.列恒等式列恒等式:E:E减减=E=E增增. .二轮二轮物理物理锁定考点锁定考点高效突破高效突破考点一考点一机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用备选例题备选例题 (2015(2015济南市二模济南市二模) )一根质量为一根质量为m m、长为、长为L L的均匀链条一半放的均匀链条一半放在光滑的水平桌面上在光滑的水平桌面上, ,另一半悬在桌边另一半悬在桌边, ,桌面足够高桌面足够高, ,如图如图(a)(a)所示所示. .若将若将一个质量为一个质量为m m的小球分别拴在链条左端和右端的小球分别拴在链条左端

5、和右端, ,如图如图(b)(b)、图、图(c)(c)所示所示. .约约束链条的挡板光滑束链条的挡板光滑, ,三种情况均由静止释放三种情况均由静止释放, ,当整根链条刚离开桌面时当整根链条刚离开桌面时, ,关于它们的速度关系关于它们的速度关系, ,下列判断中正确的是下列判断中正确的是( () )A.vA.va a=v=vb b=v=vc cB.vB.va avvb bvvva avvb bD.vD.va avvb bvvc c二轮二轮物理物理思路探究思路探究(1)(1)三种情况中三种情况中, ,系统的机械能是否守恒系统的机械能是否守恒? ?答案答案: :由于只有重力做功由于只有重力做功, ,三种

6、情况中三种情况中, ,系统的机械能是守恒的系统的机械能是守恒的. .(2)(2)机械能守恒定律的表达式有三种机械能守恒定律的表达式有三种, ,运用哪种表达式会使解题更快捷运用哪种表达式会使解题更快捷? ?答案答案: :运用运用-E-Ep p=E=Ek k会使解题更快捷会使解题更快捷. .二轮二轮物理物理答案答案: : C C二轮二轮物理物理通关演练通关演练1.1.单物体机械能守恒单物体机械能守恒(2014(2014安徽理综安徽理综) )如图所示如图所示, ,有一内壁光滑的闭合椭圆形管道有一内壁光滑的闭合椭圆形管道, ,置于竖直置于竖直平面内平面内,MN,MN是通过椭圆中心是通过椭圆中心O O点

7、的水平线点的水平线. .已知一小球从已知一小球从M M点出发点出发, ,初速率初速率为为v v0 0, ,沿管道沿管道MPNMPN运动运动, ,到到N N点的速率为点的速率为v v1 1, ,所需时间为所需时间为t t1 1; ;若该小球仍由若该小球仍由M M点以初速率点以初速率v v0 0出发出发, ,而沿管道而沿管道MQNMQN运动运动, ,到到N N点的速率为点的速率为v v2 2, ,所需时间为所需时间为t t2 2. .则则( ( ) )A.vA.v1 1=v=v2 2,t,t1 1tt2 2B.vB.v1 1vtt2 2C.vC.v1 1=v=v2 2,t,t1 1tt2 2D.v

8、D.v1 1vv2 2,t,t1 1ttt2 2, ,故选项故选项A A正确正确. .二轮二轮物理物理BD BD 二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理C C 二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理方法总结方法总结 系统机械能守恒的判断方法系统机械能守恒的判断方法(1)(1)用做功判断用做功判断: :若物体系统内只有重力若物体系统内只有重力( (或弹簧弹力或弹簧弹力) )做功做功, ,或有或有其他外力做功其他外力做功, ,但其他力做功的代数和为零但其他力做功的代数和为零, ,则机械能守恒则机械能守恒. .(2)(2)用能量转化判断用能量转化判断: :若系统中只有动能和势能的相互转化若系统中只有动能和势能的

9、相互转化, ,而无而无机械能与其他形式能的转化机械能与其他形式能的转化, ,则系统的机械能守恒则系统的机械能守恒. .二轮二轮物理物理考点二考点二功能关系在力学中的应用功能关系在力学中的应用典例典例二轮二轮物理物理思路探究思路探究(1)(1)在变加速运动中在变加速运动中, ,加速度变为什么值时物体的速度最大加速度变为什么值时物体的速度最大? ?答案答案: :变加速运动中变加速运动中, ,物体的速度会增大物体的速度会增大, ,直到加速度为零时物体的速度直到加速度为零时物体的速度不再增加不再增加, ,达最大速度达最大速度. .(2)(2)圆环从圆环从A A到到C,C,从从C C到到A A的两个过程

10、的两个过程, ,克服摩擦力做的功有什么关系克服摩擦力做的功有什么关系? ?答案答案: :由于上升时恰好能回到由于上升时恰好能回到A A处处, ,由对称性可知上升和下滑过程中圆环由对称性可知上升和下滑过程中圆环所受摩擦力大小相等所受摩擦力大小相等, ,克服摩擦力做的功相同克服摩擦力做的功相同. .答案答案: :BDBD二轮二轮物理物理以例说法以例说法 功能关系的应用指南功能关系的应用指南(1)(1)分析清楚是什么力做功分析清楚是什么力做功, ,并且清楚该力做正功并且清楚该力做正功, ,还是做负功还是做负功; ;根据功根据功能之间的对应关系能之间的对应关系, ,判定能的转化形式判定能的转化形式,

11、,确定能量之间的转化情况确定能量之间的转化情况. .(2)(2)可以根据能量之间的转化情况可以根据能量之间的转化情况, ,确定是什么力做功确定是什么力做功, ,尤其是可以方便尤其是可以方便计算变力做功的多少计算变力做功的多少. .二轮二轮物理物理题组训练题组训练D D 二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理2.2.多物体运动中的功能关系多物体运动中的功能关系(2015(2015聊城二模聊城二模)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,光滑固定的竖直杆上套有小物块光滑固定的竖直杆上套有小物块a,a,不可伸长的轻质细绳通过大小可忽略的定滑轮连接小物块不可伸长的轻质细绳通过大小可忽略的定滑轮连接小物块a

12、 a和小物块和小物块b,b,虚线虚线cdcd水平水平. .现由静止释放两物块现由静止释放两物块, ,物块物块a a从图示位置上升从图示位置上升, ,并恰能并恰能到达到达c c点点. .在此过程中在此过程中, ,若不计摩擦和空气阻力若不计摩擦和空气阻力, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.绳拉力对物块绳拉力对物块a a做的功等于物块做的功等于物块a a重力势能的增加量重力势能的增加量B.B.物块物块a a到达到达c c点时加速度为零点时加速度为零C.C.绳拉力对物块绳拉力对物块b b做的功在数值上等于物块做的功在数值上等于物块b b机械能的减少量机械能的减少量D.D.绳拉力

13、对物块绳拉力对物块b b先做负功后做正功先做负功后做正功ACAC二轮二轮物理物理解析解析: :从从a a到到c,ac,a的动能变化量为零的动能变化量为零, ,根据功能关系可知根据功能关系可知, ,绳拉力对物绳拉力对物块块a a做的功等于物块做的功等于物块a a的重力势能的增加量的重力势能的增加量, ,故选项故选项A A正确正确; ;当物块当物块a a到到达达c c处时处时, ,由受力分析可知由受力分析可知: :水平方向受力平衡水平方向受力平衡, ,竖直方向只受重力作竖直方向只受重力作用用, ,所以根据牛顿第二定律得知所以根据牛顿第二定律得知,a,a物块的加速度物块的加速度a=g,a=g,故选项

14、故选项B B错误错误; ;从从a a到到c,bc,b的动能变化量为零的动能变化量为零, ,根据功能关系根据功能关系: :除重力以外其他力做的除重力以外其他力做的功等于机械能的增量功等于机械能的增量, ,故绳拉力对故绳拉力对b b做的功在数值上等于做的功在数值上等于b b机械能的机械能的减少量减少量, ,故选项故选项C C正确正确; ;物块物块a a上升到与滑轮等高前上升到与滑轮等高前,b,b下降下降, ,绳的拉力绳的拉力对对b b做负功做负功, ,故选项故选项D D错误错误. .二轮二轮物理物理3.3.斜面上物体运动中的功能关系斜面上物体运动中的功能关系(2015(2015上饶一模上饶一模)(

15、)(多选多选) )如图如图( (甲甲) )所示所示, ,质量为质量为1 kg1 kg的小物块以初速度的小物块以初速度v v0 0=11 m/s,=11 m/s,从从=53=53固定斜面底端先后两次滑上斜面固定斜面底端先后两次滑上斜面, ,第一次对小物第一次对小物块施加一沿斜面向上的恒力块施加一沿斜面向上的恒力F,F,第二次无恒力第二次无恒力F.F.图图( (乙乙) )中的两条线段中的两条线段a,ba,b分别表示存在恒力分别表示存在恒力F F和无恒力和无恒力F F时小物块沿斜面向上运动的时小物块沿斜面向上运动的v-tv-t图线图线. .不考虑空气阻力不考虑空气阻力,g,g取取10 m/s10 m

16、/s2 2. .下列说法正确的是下列说法正确的是(cos 53(cos 53=0.6,=0.6,sin 53sin 53=0.8)(=0.8)( ) )A.A.恒力恒力F F大小为大小为1 N1 NB.B.物块与斜面间动摩擦因数为物块与斜面间动摩擦因数为0.60.6C.C.有恒力有恒力F F时时, ,小物块在上升过程产生的热量较少小物块在上升过程产生的热量较少D.D.有恒力有恒力F F时时, ,小物块在上升过程机械能的减少量较小小物块在上升过程机械能的减少量较小ADAD二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理考点三考点三功能关系在电学中的应用功能关系在电学中的应用典例典例 (2015(2015郑州市三

17、模郑州市三模) )如图所示如图所示,ab,cd,ab,cd为间距为间距l=1 ml=1 m的光滑倾斜金的光滑倾斜金属导轨属导轨, ,与水平面的夹角为与水平面的夹角为=30=30, ,导轨电阻不计导轨电阻不计,ac,ac间连接有一个间连接有一个R=2.4 R=2.4 的电阻的电阻. .空间存在磁感应强度空间存在磁感应强度B B0 0=2 T=2 T的匀强磁场的匀强磁场, ,方向垂直于方向垂直于导轨平面向上导轨平面向上. .将一根金属棒放置在导轨上距将一根金属棒放置在导轨上距acac为为x x0 0=0.5 m=0.5 m处处, ,金属棒金属棒的质量的质量m=0.5 kg,m=0.5 kg,电阻电

18、阻r=0.8 .r=0.8 .现将金属棒由静止释放现将金属棒由静止释放, ,金属棒沿导金属棒沿导轨向下运动的过程中始终与轨向下运动的过程中始终与acac平行且与导轨接触良好平行且与导轨接触良好. .已知当金属棒已知当金属棒向下滑行向下滑行x=1.6 mx=1.6 m到达到达MNMN处时已经达到稳定速度处时已经达到稳定速度, ,金属导轨足够长金属导轨足够长,g,g取取10 m/s10 m/s2 2. .则则(1)(1)金属棒的稳定速度是多少金属棒的稳定速度是多少? ?二轮二轮物理物理审题突破审题突破二轮二轮物理物理答案答案: :(1)2 m/s(1)2 m/s二轮二轮物理物理(2)(2)金属棒从

19、释放到运动至金属棒从释放到运动至MNMN处的过程中处的过程中, ,忽略电流变化引起的电磁辐射忽略电流变化引起的电磁辐射损失损失, ,电阻电阻R R上产生的焦耳热是多少上产生的焦耳热是多少? ?二轮二轮物理物理(3)(3)若将由静止释放金属棒的时刻记作若将由静止释放金属棒的时刻记作t=0,t=0,从此时刻开始从此时刻开始, ,为使金属棒中为使金属棒中不产生感应电流不产生感应电流, ,可让磁感应强度按一定规律变化可让磁感应强度按一定规律变化. .试写出磁感应强度试写出磁感应强度B B随时间随时间t t变化的表达式变化的表达式. .二轮二轮物理物理以例说法以例说法 应用功能关系解题的注意点应用功能关

20、系解题的注意点(1)(1)在解决电学中功能关系问题时应注意以下几点在解决电学中功能关系问题时应注意以下几点: :洛伦兹力在任何情况下都不做功洛伦兹力在任何情况下都不做功; ;电场力做功与路径无关电场力做功与路径无关, ,电场力做的功等于电势能的改变电场力做的功等于电势能的改变; ;力学中的几个功能关系在电学中仍然成立力学中的几个功能关系在电学中仍然成立. .(2)(2)功能关系在力学、电磁感应中的应用对比功能关系在力学、电磁感应中的应用对比二轮二轮物理物理题组训练题组训练AD AD 二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理AD AD 二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理“传送带传送带”模型模型必备模型必备

21、模型全面解读全面解读1.“1.“传送带传送带”模型特点模型特点(1)(1)传送带做匀速或加速运动传送带做匀速或加速运动. .(2)(2)物体以初速度物体以初速度v v0 0滑上传送带或轻轻放于传送带上滑上传送带或轻轻放于传送带上, ,物体与传送带间有摩物体与传送带间有摩擦力擦力. .(3)(3)物体与传送带之间有相对滑动物体与传送带之间有相对滑动. .2.“2.“传送带传送带”模型应用到的规律、方法模型应用到的规律、方法(1)(1)解答传送带问题必须解决的四点解答传送带问题必须解决的四点摩擦力的方向及存在阶段的判断摩擦力的方向及存在阶段的判断; ;物体能否达到与传送带共速的判断物体能否达到与传

22、送带共速的判断; ;计算产生的热量时计算产生的热量时, ,正确确定物体相对传送带滑动的距离正确确定物体相对传送带滑动的距离; ;弄清能量转化关系弄清能量转化关系: :传送带消耗的能量等于物体获得的动能与产生的内传送带消耗的能量等于物体获得的动能与产生的内能之和能之和. .模型解读模型解读二轮二轮物理物理(2)(2)模型中摩擦力的判断模型中摩擦力的判断若物体轻轻放在匀速运动的传送带上若物体轻轻放在匀速运动的传送带上, ,物体一定要和传送带之间产物体一定要和传送带之间产生相对滑动生相对滑动, ,物体一定受到沿传送带前进方向的摩擦力物体一定受到沿传送带前进方向的摩擦力. .若物体静止在传送带上若物体

23、静止在传送带上, ,与传送带一起由静止开始加速与传送带一起由静止开始加速, ,如果动摩擦如果动摩擦因数较大因数较大, ,则物体随传送带一起加速则物体随传送带一起加速; ;如果动摩擦因数较小如果动摩擦因数较小, ,则物体将则物体将跟不上传送带的运动跟不上传送带的运动, ,相对传送带向后滑动相对传送带向后滑动. .若物体与水平传送带一起匀速运动若物体与水平传送带一起匀速运动, ,则物体与传送带之间没有摩擦则物体与传送带之间没有摩擦力力; ;若传送带是倾斜的若传送带是倾斜的, ,则物体受到沿传送带向上的静摩擦力作用则物体受到沿传送带向上的静摩擦力作用. .(3)(3)模型中的功能关系模型中的功能关系

24、功能关系分析功能关系分析:W:WF F=E=Ek k+E+Ep p+Q+Q传送带的功、功率传送带的功、功率:W:WF F=Fx=Fx带带, P=Fv, P=Fv带带; ;产生的内能产生的内能:Q=f x:Q=f x相对相对二轮二轮物理物理3.“3.“传送带传送带”模型的解题策略模型的解题策略(1)(1)要正确分析物体的运动过程要正确分析物体的运动过程, ,判断物体是一直匀加速运动还是先匀加判断物体是一直匀加速运动还是先匀加速再匀速运动速再匀速运动; ;(2)(2)计算力所做的功时计算力所做的功时, ,位移是对地位移位移是对地位移; ;(3)(3)计算因滑动摩擦产生的内能计算因滑动摩擦产生的内能

25、, ,只有存在滑动摩擦力时才有内能产生只有存在滑动摩擦力时才有内能产生. .(4)(4)分析流程分析流程二轮二轮物理物理典例典例 (2015(2015黑龙江省哈师大附中等三校二模黑龙江省哈师大附中等三校二模) )一传送带装置如图所示一传送带装置如图所示, ,其中传送带经过其中传送带经过ABAB区域时是水平的区域时是水平的, ,经过经过BCBC区域时变为圆弧形区域时变为圆弧形(B,C(B,C相距很相距很近近, ,圆弧由小光滑模板形成圆弧由小光滑模板形成, ,未画出未画出),),经过经过CDCD区域时是倾斜的区域时是倾斜的,CD,CD与水平面与水平面的倾角的倾角=37=37,AB,AB和和CDCD

26、都与都与BCBC相切相切.A,B.A,B相距相距3 m.3 m.传送带始终以传送带始终以5 m/s5 m/s的速的速度沿顺时针方向传动度沿顺时针方向传动. .现将质量为现将质量为10 kg10 kg的木箱无初速度地放在的木箱无初速度地放在A A处处, ,它随它随传送带到达传送带到达B B后后, ,速度大小不变地传到倾斜传送带上的速度大小不变地传到倾斜传送带上的C C点点, ,木箱与传送带木箱与传送带间的动摩擦因数为间的动摩擦因数为0.5.(g0.5.(g取取10 m/s10 m/s2 2,sin 37,sin 37=0.6,cos 37=0.6,cos 37=0.8)=0.8)求求: :(1)

27、(1)木箱从木箱从A A运动到运动到B B所需要的时间所需要的时间; ;二轮二轮物理物理思路探究思路探究 (1)(1)木箱在木箱在ABAB区域及区域及CDCD区域各怎样运动区域各怎样运动? ?答案答案: :在在ABAB区域先加速后匀速区域先加速后匀速, ,在在CDCD区域区域, ,由于由于mgsin mgcos ,mgsin mgcos ,在在CDCD区域做减速运动区域做减速运动. .答案答案: : (1)1.1 s (1)1.1 s 二轮二轮物理物理(2)(2)若要将木箱能传送到若要将木箱能传送到D D点所在的平台上点所在的平台上,D,D和水平段和水平段ABAB间的高度间的高度h h的的最大值最大值; ;思路探究思路探究(2)(2)在在ABAB区域如何求木箱相对传送带的相对位移区域如何求木箱相对传送带的相对位移? ?答案答案: :相对滑动过程中传送带对地位移与木箱对地位移之差相对滑动过程中传送带对地位移与木箱对地位移之差. .答案答案: : (2)3.75 m (2)3.75 m 二轮二轮物理物理(3)(3)若在若在2525分钟内分钟内, ,将