高考物理一輪精細(xì)復(fù)習(xí)基礎(chǔ)知識夯實綜合考點應(yīng)用名師分步奏詳解壓軸題功能關(guān)系能量守恒定律含解析

1、功能關(guān)系 能量守恒定律（基礎(chǔ)知識夯實+綜合考點應(yīng)用+名師分步奏詳解壓軸題，含精細(xì)解析）功能關(guān)系想一想如圖541所示，質(zhì)量為m的物體在力F的作用下由靜止從地面運動到離地h高處，已知Fmg，試分別求出在此過程中重力、力F和合力的功，以及物體的重力勢能、動能和機(jī)械能的變化量，并分析這些量之間存在什么關(guān)系？圖541提示：重力做功mgh，力F做功mgh，合力做功mgh，重力勢能增加mgh，動能增加mgh，機(jī)械能增加mgh。關(guān)系：重力做功等于重力勢能變化量的負(fù)值，合外力的功等于物體動能的變化量，力F的功等于物體機(jī)械能的變化量。記一記1功和能(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、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)。2力學(xué)中常用的四種功能對應(yīng)關(guān)系(1)合外力做功等于物體動能的改變：即W合Ek2Ek1Ek。(動能定理)(2)重力做功等于物體重力勢能的減少：即WGEp1Ep2Ep。(3)彈簧彈力做功等于彈性勢能的減少：即W彈Ep1Ep2Ep。(4)除了重力和彈簧彈力之外的其他力所做的總功，等于物體機(jī)械能的改變，即W其他力E2E1E。(功能原理)試一試1對于功和能的關(guān)系，下列說法中正確的是()A功就是能，能就是功B功可以變?yōu)槟?，能可以變?yōu)楣做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程D功是物體能量的量度解析：選C功和能是兩個密切相關(guān)的物理量，但功和能有本質(zhì)

3、的區(qū)別，功是反映物體在相互作用過程中能量變化多少的物理量，與具體的能量變化過程相聯(lián)系，是一個過程量；能是用來反映物體具有做功本領(lǐng)的物理量，物體處于一定的狀態(tài)(如速度和相對位置)就具有一定的能量，功是反映能量變化的多少，而不是反映能量的多少。能量守恒定律想一想試說明下列現(xiàn)象中，分別是什么能向什么能的轉(zhuǎn)化。(1)汽車由靜止啟動；(2)汽車剎車時由運動變?yōu)殪o止；(3)水力發(fā)電；(4)太陽能熱水器工作時。提示：(1)化學(xué)能動能(2)動能內(nèi)能(3)水的機(jī)械能電能(4)太陽能內(nèi)能記一記1內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的

4、過程中，能量的總量保持不變。2.表達(dá)式E減E增。試一試2某人擲鉛球，出手時鉛球的動能為150 J。關(guān)于人對鉛球的做功情況和能量轉(zhuǎn)化情況，下列說法正確的是()A此人對鉛球做了150 J的功，將體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為鉛球的動能B此人對鉛球做的功無法計算C此人對鉛球沒有做功，因此沒有能量的轉(zhuǎn)化D此人對鉛球做了150 J的功，將鉛球的重力勢能轉(zhuǎn)化為鉛球的動能解析：A本題要求的是人對鉛球做的功，由于人對鉛球的作用力是變力，且位移未知，不能運用功的計算公式來計算，可根據(jù)功能關(guān)系，人對鉛球做功，使鉛球動能增加，因此，此人對鉛球所做的功等于鉛球動能的增加，即150 J，將體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為鉛球的動能。故只有A正確

5、。功能關(guān)系的應(yīng)用1.對功能關(guān)系的進(jìn)一步理解(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)到不同的力做功，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。2搞清不同的力做功對應(yīng)不同形式的能的改變不同的力做功對應(yīng)不同形式能的變化定量的關(guān)系合外力的功(所有外力的功)動能變化合外力對物體做功等于物體動能的增量W合Ek2Ek1重力的功重力勢能變化重力做正功，重力勢能減少；重力做負(fù)功，重力勢能增加WGEpEp1Ep2彈簧彈力的功彈性勢能變化彈力做正功，彈性勢能減少；彈力做負(fù)功，彈性勢能增加

6、W彈EpEp1Ep2只有重力、彈簧彈力的功不引起機(jī)械能變化機(jī)械能守恒E0除重力和彈力之外的力做的功機(jī)械能變化除重力和彈力之外的力做多少正功，物體的機(jī)械能就增加多少；除重力和彈力之外的力做多少負(fù)功，物體的機(jī)械能就減少多少W除G、彈力外E電場力的功電勢能變化電場力做正功，電勢能減少；電場力做負(fù)功，電勢能增加W電Ep例1(2012·安徽高考)如圖542所示，在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道，半徑OA水平、OB豎直，一個質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點由靜止開始自由下落，小球沿軌道到達(dá)最高點B時恰好對軌道沒有壓力。已知AP2R，重力加速度為g，則小球從P到B的運動過程中()圖542A重力做功

7、2mgRB機(jī)械能減少mgRC合外力做功mgRD克服摩擦力做功mgR審題指導(dǎo)解答本題時應(yīng)注意以下三點：(1)小球?qū)點恰好沒有壓力的含義。(2)摩擦力為變力，應(yīng)從功能關(guān)系上求小球克服摩擦力做功。(3)機(jī)械能的減少量與哪個力做功相對應(yīng)。嘗試解題小球在A點正上方由靜止釋放，通過B點時恰好對軌道沒有壓力，此時小球的重力提供向心力，即：mgmv2/R，得v2gR，小球從P到B的過程中，重力做功WmgR，A錯誤；減小的機(jī)械能EmgRmv2mgR，B錯誤；合外力做功W合mv2mgR，C錯誤；由動能定理得：mgRWFfmv20，所以WFfmgR，D項正確。答案D功能關(guān)系的選用技巧(1)在應(yīng)用功能關(guān)系解決具體問

8、題的過程中，若只涉及動能的變化用動能定理分析。(2)只涉及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)只涉及機(jī)械能變化用除重力和彈力之外的力做功與機(jī)械能變化的關(guān)系分析。(4)只涉及電勢能的變化用電場力做功與電勢能變化的關(guān)系分析。能量守恒定律的應(yīng)用1.對定律的理解(1)某種形式的能量減少，一定有另外形式的能量增加，且減少量和增加量相等。(2)某個物體的能量減少，一定有別的物體的能量增加，且減少量和增加量相等。2應(yīng)用定律的一般步驟(1)分清有多少種形式的能(如動能、勢能、內(nèi)能、電能等)在變化。(2)分別列出減少的能量E減和增加的能量E增的表達(dá)式。(3)列恒等式：E減E增。例2節(jié)能混合動

9、力車是一種可以利用汽油及所儲存電能作為動力來源的汽車。有一質(zhì)量m1 000 kg的混合動力轎車，在平直公路上以v190 km/h勻速行駛，發(fā)動機(jī)的輸出功率為P50 kW。當(dāng)駕駛員看到前方有80 km/h的限速標(biāo)志時，保持發(fā)動機(jī)功率不變，立即啟動利用電磁阻尼帶動的發(fā)電機(jī)工作給電池充電，使轎車做減速運動，運動L72 m后，速度變?yōu)関272 km/h。此過程中發(fā)動機(jī)功率的用于轎車的牽引，用于供給發(fā)電機(jī)工作，發(fā)動機(jī)輸送給發(fā)電機(jī)的能量最后有50%轉(zhuǎn)化為電池的電能。假設(shè)轎車在上述運動過程中所受阻力保持不變。求：(1)轎車以90 km/h在平直公路上勻速行駛時，所受阻力F阻的大小；(2)轎車從90 km/h

10、減速到72 km/h過程中，獲得的電能E電；(3)轎車僅用其在上述減速過程中獲得的電能E電維持72 km/h勻速運動的距離L。審題指導(dǎo)第一步：抓關(guān)鍵點關(guān)鍵點獲取信息以v190 km/h勻速行駛轎車的牽引力等于轎車阻力F阻發(fā)動機(jī)功率的用于轎車的牽引牽引轎車的功率恒定，轎車的運動不是勻減速直線運動50%轉(zhuǎn)化為電池的電能電能的轉(zhuǎn)化是有效率的，要求轉(zhuǎn)化的電能需先求輸送給發(fā)電機(jī)的總能量第二步：找突破口要求電池獲得的電能利用動能定理求出發(fā)動機(jī)輸出的總能量求出輸送給發(fā)電機(jī)的總能量。嘗試解題(1)轎車牽引力與輸出功率關(guān)系PF牽v，將P50 kW，v190 km/h25 m/s代入得F牽2×103 N

11、當(dāng)轎車勻速行駛時，牽引力與阻力大小相等，有F阻2×103 N(2)在減速過程中，注意到發(fā)動機(jī)只有P用于轎車的牽引。根據(jù)動能定理有PtF阻Lmvmv代入數(shù)據(jù)得Pt1.575×105 J電源獲得的電能為E電0.5×Pt6.3×104 J(3)根據(jù)題設(shè)，轎車在平直公路上勻速行駛時受到的阻力仍為F阻2×103 N。在此過程中，由能量轉(zhuǎn)化及守恒定律可知，僅有電能用于克服阻力做功E電F阻L代入數(shù)據(jù)得L31.5 m。答案(1)2×103 N(2)6.3×104 J(3)31.5 m涉及能量轉(zhuǎn)化問題的解題方法(1)當(dāng)涉及摩擦力做功，機(jī)械能不

12、守恒時，一般應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。(2)解題時，首先確定初末狀態(tài)，然后分析狀態(tài)變化過程中哪種形式的能量減少，哪種形式的能量增加，求出減少的能量總和E減和增加的能量總和E增，最后由E減E增列式求解。相對滑動物體的能量分析靜摩擦力與滑動摩擦力做功特點比較類別比較靜摩擦力滑動摩擦力不同點能量的轉(zhuǎn)化方面在靜摩擦力做功的過程中，只有機(jī)械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體(靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用)，而沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(1)相互摩擦的物體通過滑動摩擦力做功，將部分機(jī)械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體(2)部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此部分能量就是系統(tǒng)機(jī)械能的損失量一對摩擦力的總功方面一對靜摩擦力所做功

13、的代數(shù)總和等于零一對相互作用的滑動摩擦力對物體系統(tǒng)所做的總功，等于摩擦力與兩個物體相對路程的乘積，即WFfFf·L相對，表示物體克服摩擦力做功，系統(tǒng)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能相同點正功、負(fù)功、不做功方面兩種摩擦力對物體可以做正功、負(fù)功，還可以不做功例3如圖543所示，AB為半徑R0.8 m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M 3 kg，車長L2.06 m，車上表面距地面的高度h0.2 m，現(xiàn)有一質(zhì)量m1 kg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(dāng)車運動了1.5 s時，車被地面裝置鎖定。(g10 m/s2)

14、試求：圖543(1)滑塊到達(dá)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端的距離；(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。審題指導(dǎo)(1)判斷車被鎖定時滑塊與小車間是否還在相對滑動。(2)摩擦產(chǎn)生內(nèi)能的過程發(fā)生在滑塊與小車相對滑動的過程。嘗試解題(1)由機(jī)械能守恒定律和牛頓第二定律得mgRmv，F(xiàn)Nmgm，則：FN30 N。(2)設(shè)m滑上小車后經(jīng)過時間t1與小車同速，共同速度大小為v，對滑塊有：mgma1，vvBa1t1對于小車：mgMa2，va2t1解得：v1 m/s，t11 s<1.5 s故滑塊與小車同速后，小車?yán)^續(xù)向左勻速行駛了0.

15、5 s，則小車右端距B端的距離為l車t1v(1.5t1)1 m。(3)Qmgl相對mg(t1t1)6 J。答案(1)30 N(2)1 m(3)6 J求解相對滑動物體的能量問題的方法(1)正確分析物體的運動過程，做好受力情況分析。(2)利用運動學(xué)公式，結(jié)合牛頓第二定律分析物體的速度關(guān)系及位移關(guān)系。(3)公式QFf·l相對中l(wèi)相對為兩接觸物體間的相對位移，若物體在傳送帶上往復(fù)運動時，則l相對為總的相對路程。功能關(guān)系和能量守恒定律是高考的必考內(nèi)容，具有非常強(qiáng)的綜合性，題目類型以計算題為主，大部分試題都與牛頓運動定律、圓周運動、平拋運動知識及電磁學(xué)知識相聯(lián)系，試題過程復(fù)雜、靈活性強(qiáng)、難度較大

16、。典例(16分)如圖544所示，質(zhì)量為m1 kg的可視為質(zhì)點的小物塊輕輕放在水平勻速運動的傳送帶上的P點，隨傳送帶運動到A點后水平拋出，小物塊 ，圓弧軌道與質(zhì)量為M2 kg的足夠長的小車左端在最低點O點相切，并在O點滑上小車，水平地面光滑，當(dāng)物塊運動到障礙物Q處時與Q發(fā)生。碰撞前物塊和小車已經(jīng)相對靜止，而小車可繼續(xù)向右運動(物塊始終在小車上)，小車運動過程中和圓弧無相互作用。已知圓弧半徑R1.0 m，圓弧對應(yīng)的圓心角為53°，A點距水平面的高度h0.8 m，物塊與小車間的動摩擦因數(shù)為0.1，重力加速度g10 m/s2，sin 53°0.8，cos 53°0.6。試

17、求：圖544(1)小物塊離開A點的水平初速度v1；(2)小物塊經(jīng)過O點時對軌道的壓力；(3)第一次碰撞后直至靜止，物塊相對小車的位移和小車做勻減速運動的總時間。第一步：審題干，抓關(guān)鍵信息關(guān)鍵點獲取信息小物塊平拋運動到B點的速度方向恰好沿圓弧軌道在B點的切線方向小物塊與Q碰撞后以碰前的速度大小被彈回第二步：審設(shè)問，找問題的突破口第三步：三定位，將解題過程步驟化第四步：求規(guī)范，步驟嚴(yán)謹(jǐn)不失分解(1)對小物塊由A到B有：v2gh(2分)在B點：tan (2分)解得v13 m/s(1分)(2)由A到O，根據(jù)動能定理有：mg(hRRcos )mvmv(2分)在O點：FNmgm(1分)解得：vO m/s，F(xiàn)N43 N(1分)由牛頓第三定律知，小物塊對軌道的壓力FN43 N(1分)(3)摩擦力Ffmg1 N，物塊滑上小車后經(jīng)過時間t達(dá)到的共同速度為vt，則，am2aM，得vt m/s(2分)由于碰撞不損失能量，物塊在小車上重復(fù)做勻減速和勻加速運動，相對小車始終向左運動，物塊與小車最終靜止，摩擦力做功使動能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故有：Ff·l相(Mm)v得l相5.5 m(2分)小車從物塊碰撞后開始勻減速運動，(每個減速階段)加速度a不變aM0.5 m/s2，vtaMt得t s(2分)考生易犯錯誤(1)在中，不注意受力分析，將關(guān)系式寫成FNm，得出FN33 N，將丟2分。(2)在中，忘記