（通用版）2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 5.4 第4節(jié) 功能關(guān)系 能量守恒定律課件 新人教版

1、第第4 4節(jié)節(jié)功能關(guān)系功能關(guān)系能量守恒定律能量守恒定律 -2- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 一、功能關(guān)系 1.內(nèi)容 (1)功是能量轉(zhuǎn)化的量度,即做了多少功,就有多少能量發(fā)生了 轉(zhuǎn)化。 (2)做功的過程一定伴隨有能量的轉(zhuǎn)化,而且能量的轉(zhuǎn)化必須通過 做功來實現(xiàn)。 -3- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 2.做功對應(yīng)變化的能量形式 (1)合外力的功影響物體的動能的變化。 (2)重力的功影響物體重力勢能的變化。 (3)彈簧彈力的功影響彈性勢能的變化。 (4)除重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的力做功影響物體機械能的變 化。 (5)滑動摩擦力的功影響系統(tǒng)內(nèi)能的變化。 (6)電場力的功影響電勢能的變化。 (7)分子力的功影響分子勢能的變化。

2、 -4- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 二、能量守恒定律 1.內(nèi)容 能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn) 化為另一種形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或 轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。 2.表達式 (1)轉(zhuǎn)化觀點:E1減=E2增(某種形式的能減少,一定存在其他形式 的能增加,且減少量和增加量一定相等) (2)轉(zhuǎn)移觀點:EA減=EB增(某個物體的能量減少,一定存在其他物 體的能量增加,且減少量和增加量一定相等) -5- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 神舟十一號飛船返回艙進入地球大氣層以后,由于它的高速下落, 而與空氣發(fā)生劇烈摩擦,返回艙的表面溫度達到1000。 (1)進入大氣層很長一段時間

3、,返回艙加速下落,返回艙表面 溫度逐漸升高。該過程動能和勢能怎么變化?機械能守恒嗎? (2)返回艙表面溫度越高,內(nèi)能越大。該過程中什么能向什么能轉(zhuǎn) 化?機械能和內(nèi)能的總量變化嗎? -6- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 提示：(1)動能增大,勢能減小,機械能不守恒。 (2)機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,機械能和內(nèi)能的總量不變。 -7- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 1.質(zhì)量為m的木塊放在地面上,與一根彈簧相連,如圖所示?，F(xiàn)用 恒力F拉彈簧,使木塊離開地面,如果力F的作用點向上移動的距離 為h,則() A.木塊的重力勢能增加了mgh B.木塊的機械能增加了Fh C.拉力所做的功為Fh D.木塊的動能增加了Fh 答案解析解析 關(guān)閉 因

4、拉力F為恒力,所以拉力所做的功為W=Fh,選項C正確;力F的作用點向 上移動的距離為h,但木塊上升的距離小于h,選項A錯誤;由功能關(guān)系可知, 拉力所做的功等于彈簧增加的彈性勢能與木塊增加的動能和重力勢能之 和(即木塊增加的機械能),所以選項B、D錯誤。 答案解析 關(guān)閉 C -8- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 2.上端固定的一根細線下面懸掛一擺球,擺球在空氣中擺動,擺動 的幅度越來越小,對此現(xiàn)象下列說法正確的是() A.擺球機械能守恒 B.總能量守恒,擺球的機械能正在減少,減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C.能量正在消失 D.只有動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化 答案解析解析 關(guān)閉 由于空氣阻力的作用,機械能減少,機械能

5、不守恒,內(nèi)能增加,機械能轉(zhuǎn)化為 內(nèi)能,能量總和不變,只有選項B正確。 答案解析 關(guān)閉 B -9- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 3.升降機底板上放一質(zhì)量為100kg的物體,物體隨升降機由靜止 開始豎直向上移動5m時速度達到4m/s,則此過程中(g取10m/s2)( ) A.升降機對物體做功5800J B.合外力對物體做功5800J C.物體的重力勢能增加500J D.物體的機械能增加800J 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -10- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 4.如圖所示,一個質(zhì)量為m的鐵塊沿半徑為R的固定半圓軌道上邊 緣由靜止滑下,到半圓底部時,軌道所受壓力為鐵塊重力的1.5倍,則 此過程中鐵塊損失的機械能

6、為() 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -11- 基礎(chǔ)夯實自我診斷 5.如圖所示,重10N的滑塊在傾角為30的斜面上,從a點由靜止 開始下滑,到b點開始壓縮輕彈簧,到c點時達到最大速度,到d點(圖 中未畫出)開始彈回,返回b點離開彈簧,恰能再回到a點。若bc=0.1 m,彈簧彈性勢能的最大值為8J,則下列說法正確的是() A.輕彈簧的勁度系數(shù)是50N/m B.從d到b滑塊克服重力做功8J C.滑塊的動能最大值為8J D.從d點到c點彈簧的彈力對滑塊做功8J 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -12- 考點一考點二考點三 功能關(guān)系的理解和應(yīng)用功能關(guān)系的理解和應(yīng)用(師生共研師生共研) 1.對

7、功能關(guān)系的理解 (1)做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程。不同形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn) 化是通過做功來實現(xiàn)的。 (2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度,功和能的關(guān)系,一是體現(xiàn)為不同的力做 功,對應(yīng)不同形式的能轉(zhuǎn)化,具有一一對應(yīng)關(guān)系,二是做功的多少與 能量轉(zhuǎn)化的多少在數(shù)量上相等。 -13- 考點一考點二考點三 2.功是能量轉(zhuǎn)化的量度,力學(xué)中幾種常見的功能關(guān)系如下 -14- 考點一考點二考點三 例1如圖所示,一豎直絕緣輕彈簧的下端固定在地面上,上端連接 一帶正電的小球P,小球所處的空間存在著豎直向上的勻強電場,小 球平衡時,彈簧恰好處于原長狀態(tài)?，F(xiàn)給小球一豎直向上的初速度, 小球最高能運動到M點。在小球從開始運動至最高點時

8、,以下說法 正確的是() A.小球電勢能的減少量大于小球重力勢能的增加量 B.小球機械能的改變量等于電場力做的功 C.小球動能的減少量等于電場力和重力做功的代數(shù)和 D.彈簧彈性勢能的增加量等于小球動能的減少量 答案解析解析 關(guān)閉 由小球平衡時,彈簧恰好處于原長狀態(tài)可知,小球所受重力大小等于其受 到的電場力大小,即mg=qE,小球在豎直向上運動的過程中,其重力做的功 和電場力做的功的代數(shù)和為零,則彈簧彈性勢能的增加量等于小球動能的 減少量,故A、C錯誤,D正確;小球受到電場力、重力和彈力三個力的作用, 故小球機械能的改變量等于電場力做的功和彈簧的彈力做的功之和,故B 錯誤。 答案解析 關(guān)閉 D

9、-15- 考點一考點二考點三 例2起跳摸高是學(xué)生經(jīng)常進行的一項體育活動。一質(zhì)量為m的同 學(xué)彎曲兩腿向下蹲,然后用力蹬地起跳,從該同學(xué)用力蹬地到剛離 開地面的起跳過程中,他的重心上升了h,離地時他的速度大小為v。 下列說法正確的是 () A.該同學(xué)機械能增加了mgh 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -16- 考點一考點二考點三 規(guī)律總結(jié)功能關(guān)系的解題技巧 在應(yīng)用功能關(guān)系解決具體問題的過程中: (1)求動能的變化用動能定理。 (2)求重力勢能的變化,用重力做功與重力勢能變化的關(guān)系分析。 (3)求機械能變化,用除重力和彈簧的彈力之外的力做功與機械能 變化的關(guān)系分析。 (4)求電勢能的變化,用電場

10、力做功與電勢能變化的關(guān)系分析。 -17- 考點一考點二考點三 突破訓(xùn)練突破訓(xùn)練 1.(2018河北衡水調(diào)研)如圖所示,兩質(zhì)量均為m=1kg的小球1、 2(可視為質(zhì)點)用長為l=1.0m的輕質(zhì)桿相連,水平置于光滑水平面 上,且小球1恰好與光滑豎直墻壁接觸,現(xiàn)用力F豎直向上拉動小球1, 當桿與豎直墻壁夾角=37時,小球2的速度大小v=1.6m/s,已知sin 37=0.6,g取10m/s2,則此過程中外力F所做的功為() A.8J B.8.72JC.10JD.9.28J 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -18- 考點一考點二考點三 摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化(師生共研師生共研)

11、1.靜摩擦力做功 (1)靜摩擦力可以做正功,也可以做負功,還可以不做功。 (2)相互作用的一對靜摩擦力做功的代數(shù)和總等于零。 (3)靜摩擦力做功時,只有機械能的相互轉(zhuǎn)移,不會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 2.滑動摩擦力做功的特點 (1)滑動摩擦力可以做正功,也可以做負功,還可以不做功。 (2)物體間存在滑動摩擦力的系統(tǒng)內(nèi),一對滑動摩擦力做功將產(chǎn)生 兩種可能效果: 機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能; 有一部分機械能在相互摩擦的物體間轉(zhuǎn)移,另外一部分轉(zhuǎn)化為 內(nèi)能。 -19- 考點一考點二考點三 (3)摩擦生熱的計算:Q=Ffs相對。其中s相對為相互摩擦的兩個物體 間的相對路程。 -20- 考點一考點二考點三 例3(多選)如圖

12、所示,水平桌面上的輕質(zhì)彈簧一端固定,另一端與 小物塊相連。彈簧處于自然長度時物塊位于O點(圖中未標出)。物 塊的質(zhì)量為m,AB=a,物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為?，F(xiàn)用水平向 右的力將物塊從O點拉至A點,拉力做的功為W。撤去拉力后物塊 由靜止向左運動,經(jīng)O點到達B點時速度為零。重力加速度為g。則 上述過程中() C.經(jīng)O點時,物塊的動能小于W-mga D.物塊動能最大時,彈簧的彈性勢能小于物塊在B點時彈簧的彈 性勢能 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -21- 考點一考點二考點三 例4如圖所示,AB為半徑R=0.8m的光滑圓弧軌道,下端B恰與小 車右端平滑對接。小車質(zhì)量m0=3kg,車長l=2.

13、06m,車上表面距地面 的高度h=0.2m?，F(xiàn)有一質(zhì)量m=1kg的滑塊,由軌道頂端無初速釋 放,滑到B端后沖上小車。已知地面光滑,滑塊與小車上表面間的動 摩擦因數(shù)=0.3,當車運動了1.5s時,車被地面裝置鎖定。(g取10 m/s2)試求: (1)滑塊到達B端時,軌道對它支持力的大小; (2)車被鎖定時,車右端距軌道B點的距離; (3)從車開始運動到被鎖定的過程中,滑塊與車面間由于摩擦而產(chǎn) 生的內(nèi)能大小。 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -22- 考點一考點二考點三 思維點撥(1)滑塊從A點到B點的運動為圓周運動,滿足機械能守 恒的條件。B點為圓軌道的最低點,重力和支持力的合力提供向心 力

14、。 (2)滑塊在小車上的運動,屬滑塊木板模型?；瑝K和小車的受力 及運動示意圖: -23- 考點一考點二考點三 規(guī)律總結(jié)摩擦生熱的特點 (1)大小:系統(tǒng)內(nèi)因滑動摩擦力做功產(chǎn)生的熱量Q=Ffx相對; (2)原因:有滑動摩擦力的系統(tǒng)內(nèi)存在相對位移; (3)能量轉(zhuǎn)化有兩種形式:一是相互摩擦的物體之間機械能轉(zhuǎn)移; 二是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 -24- 考點一考點二考點三 突破訓(xùn)練突破訓(xùn)練 2.一小物塊沿斜面向上滑動,然后滑回到原處。物塊初動能為Ek0, 與斜面間的動摩擦因數(shù)不變,則該過程中,物塊的動能Ek與位移x關(guān) 系的圖線是()C -25- 考點一考點二考點三 解析：如圖甲所示,設(shè)斜面傾角為,小物塊與斜面

15、之間的動摩擦 因數(shù)為,當小物塊沿著斜面向上滑動的時候,位移為x,則根據(jù)動能 定理可得:-mgxsin-mgcosx=Ek-Ek0,所以有Ek=Ek0-(mgsin +mgcos)x,所以在向上滑動的時候,動能Ek與位移x之間的關(guān)系 為一次函數(shù)關(guān)系,圖線為一條傾斜的直線,且斜率小于零,與Ek軸的 交點為Ek0;當小物塊達到斜面最高點,再向下滑動時,設(shè)小物塊到最 高點的位移為x0,如圖乙所示。顯然在最高點時,小物塊的速度為零, 向下滑動時,根據(jù)動能定理有mg(x0-x)sin-mgcos(x0-x)=Ek-0,所 以動能Ek=(mgsin-mgcos)x0-(mgsin-mgcos)x,所以向下滑

16、動 的時候,小物塊的動能Ek與位移x之間的關(guān)系也是一次函數(shù)關(guān)系,圖 線為一條傾斜的直線,且斜率小于零,與Ek軸的交點為(mgsin- mgcos)x0,由于摩擦力要做負功,所以下滑到最低點時的動能肯定 要小于Ek0,故C項正確。 -26- 考點一考點二考點三 -27- 考點一考點二考點三 能量守恒及轉(zhuǎn)化問題的綜合應(yīng)用能量守恒及轉(zhuǎn)化問題的綜合應(yīng)用(師生共研師生共研) 列能量守恒定律方程的兩條基本思路 1.某種形式的能量減少,一定存在其他形式的能量增加,且減少量 和增加量一定相等; 2.某個物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量 和增加量一定相等。 -28- 考點一考點二考點三 例5

17、如圖所示,光滑水平面AB與豎直面內(nèi)的半圓形導(dǎo)軌在B點相 切,半圓形導(dǎo)軌的半徑為R。一個質(zhì)量為m的物體將彈簧壓縮至A點 后由靜止釋放,在彈力作用下物體獲得某一向右的速度后脫離彈簧, 當它經(jīng)過B點進入導(dǎo)軌的瞬間對軌道的壓力為其重力的8倍,之后向 上運動恰能到達最高點C。不計空氣阻力,試求: (1)物體在A點時彈簧的彈性勢能; (2)物體從B點運動至C點的過程中產(chǎn)生的內(nèi)能。 答案解析解析 關(guān)閉 答案解析 關(guān)閉 -29- 考點一考點二考點三 思維點撥(1)物體從A到B過程中,彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為哪種形 式的能? (2)物體從B到C過程中,哪種形式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能? 提示：(1)動能(2)機械能 方法歸

18、納應(yīng)用能量守恒定律解題的步驟 -30- 考點一考點二考點三 突破訓(xùn)練突破訓(xùn)練 3.如圖所示,一輕彈簧原長為2R,其一端固定在傾角為37的固定 直軌道AC的底端A處,另一端位于直軌道上B處,彈簧處于自然狀態(tài)。 -31- 考點一考點二考點三 (1)求P第一次運動到B點時速度的大小; (2)求P運動到E點時彈簧的彈性勢能; (3)改變物塊P的質(zhì)量,將P推至E點,從靜止開始釋放。已知P自圓 弧軌道的最高點D處水平飛出后,恰好通過G點。G點在C點左下方, 與C點水平相距R、豎直相距R。求P運動到D點時速度的大小和 改變后P的質(zhì)量。 解析：(1)根據(jù)題意知,B、C之間的距離l為l=7R-2R 設(shè)P到達B點

19、時的速度為vB,由動能定理得 -32- 考點一考點二考點三 (2)設(shè)BE=x。P到達E點時速度為零,設(shè)此時彈簧的彈性勢能為Ep。 P由B點運動到E點的過程中,由動能定理有 E、F之間的距離l1為 l1=4R-2R+x P到達E點后反彈,從E點運動到F點的過程中,由動能定理有 Ep-mgl1sin-mgl1cos=0 聯(lián)立式并由題給條件得 x=R -33- 考點一考點二考點三 (3)設(shè)改變后P的質(zhì)量為m1。D點與G點的水平距離x1和豎直距離 y1分別為 式中,已應(yīng)用了過C點的圓軌道半徑與豎直方向夾角仍為的事實。 設(shè)P在D點的速度為vD,由D點運動到G點的時間為t。由平拋運動 公式有 設(shè)P在C點速

20、度的大小為vC。在P由C運動到D的過程中機械能守 恒,有 -34- 考點一考點二考點三 -35- 思維激活模型建立典例示范以題說法變式訓(xùn)練 用能量的觀點分析傳送帶模型 如圖所示,某工廠用傳送帶向高處運送物體,將一物體輕輕放在 傳送帶底端,第一階段物體被加速到與傳送帶具有相同的速度,第 二階段與傳送帶相對靜止,勻速運動到傳送帶頂端。請分析第一階 段和第二階段摩擦力對物體做功情況。 提示：第一階段和第二階段摩擦力都對物體做正功。 -36- 思維激活模型建立典例示范以題說法變式訓(xùn)練 1.傳送帶模型是高中物理中比較熟悉的模型,典型的有水平和傾 斜兩種情況。一般設(shè)問的角度有兩個: (1)動力學(xué)角度:首先

21、要正確分析物體的運動過程,做好受力分析, 然后利用運動學(xué)公式結(jié)合牛頓第二定律求物體及傳送帶在相應(yīng)時 間內(nèi)的位移,找出物體和傳送帶之間的位移關(guān)系。 (2)能量角度:求傳送帶對物體所做的功、物體和傳送帶由于相對 滑動而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動機多消耗的電能等,常依 據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律求解。 -37- 思維激活模型建立典例示范以題說法變式訓(xùn)練 2.傳送帶模型問題中的功能關(guān)系分析 (1)功能關(guān)系分析:W=Ek+Ep+Q。 (2)對W和Q的理解: 傳送帶做的功:W=Fx傳; 產(chǎn)生的內(nèi)能Q=Ffx相對。 傳送帶模型問題的分析流程 -38- 思維激活模型建立典例示范以題說法變式訓(xùn)練 例題如圖所示

22、,水平傳送帶在電動機帶動下以速度v1=2m/s勻速 運動,小物體P、Q質(zhì)量分別為0.2kg和0.3kg,由通過定滑輪且不可 伸長的輕繩相連,t=0時刻P放在傳送帶中點處由靜止釋放。已知P 與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.5,傳送帶水平部分兩端點間的距離 為4m,不計定滑輪質(zhì)量及摩擦,P與定滑輪間的繩水平,g取10m/s2。 (1)判斷P在傳送帶上的運動方向并求其加速度大小; (2)求P從開始到離開傳送帶水平端點的過程中,與傳送帶間因摩 擦產(chǎn)生的熱量; (3)求P從開始到離開傳送帶水平端點的過程中,電動機多消耗的 電能。 -39- 思維激活模型建立典例示范以題說法變式訓(xùn)練 解析： (1)傳送帶給P的

23、摩擦力Ff=m1g=1N 小于Q的重力m2g=3N,P將向左運動。 根據(jù)牛頓第二定律, 對P有FT-m1g=m1a 對Q有m2g-FT=m2a -40- 思維激活模型建立典例示范以題說法變式訓(xùn)練 (3)電動機多消耗的電能為克服摩擦力所做的功 解法一E電=W克=m1gs E電=2J。 E電=2J。 答案： (1)向左4m/s2(2)4J(3)2J -41- 思維激活模型建立典例示范以題說法變式訓(xùn)練 思維點撥(1)物塊P在水平方向受幾個力的作用?合力的方向如何? (2)整個運動過程能量是如何轉(zhuǎn)化的? 提示：(1)2個力方向向左。 (2)物體Q減少的重力勢能和電動機消耗的電能轉(zhuǎn)化為P、Q的動 能和產(chǎn)生的熱量。 -42- 思維激活模型建立典例示范以題說法變式訓(xùn)練 “傳送帶模型”類問題的解題方法 (1)明確研究對象。 (2)對研究對象進行受力分析、過程分析和狀態(tài)分析,建立清晰的 物理模型。 (3)利用牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律列方程解決物體的運動問題。 (4)利用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點,解決傳送帶問題中的功能轉(zhuǎn)化問 題。 -43- 思維激活模型建立典例示范以題說法變式訓(xùn)練 (2018湖南永州三模)如圖所示,水平傳送帶A、B兩輪間的距離 l=40m,離地