（全國(guó)通用）高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 機(jī)械能及其守恒定律 第4講 功能關(guān)系、能量守恒定律課件

1、第4講功能關(guān)系、能量守恒定律一、功能關(guān)系1.能的概念:一個(gè)物體能對(duì)外做功,這個(gè)物體就具有能量。2.功能關(guān)系(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(guò)程一定伴隨著能量轉(zhuǎn)化,而且能量轉(zhuǎn)化必通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)?！咎崾尽抗κ沁^(guò)程量,它與一段位移相聯(lián)系;能是用來(lái)反映物體做功本領(lǐng)的物理量,它反映了物體的一種狀態(tài),故能是狀態(tài)量,它與某個(gè)時(shí)刻(或某一位置)相對(duì)應(yīng)。 二、能量守恒定律1.內(nèi)容:能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,能量的總量保持不變。2.表達(dá)式(1)E初=E末,初狀態(tài)各種能量的總

2、和等于末狀態(tài)各種能量的總和。(2)E減=E增,增加的能量的總和等于減少的能量的總和。【提示】能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律,是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律。 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一考點(diǎn)一幾種常見(jiàn)的功能關(guān)系及其表達(dá)式 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一典例1(2015深圳調(diào)研)(多選)如圖所示,一小球在重力和水平恒力作用下,速度從豎直方向變?yōu)樗椒较?在此過(guò)程中,質(zhì)點(diǎn)的 ()A.機(jī)械能守恒B.機(jī)械能不斷增加C.重力勢(shì)能不斷減小D.動(dòng)能先減小后增大【解題思路】因?yàn)樗嚼?duì)小球做了正功,故小球的機(jī)械能增加,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;重力做負(fù)功,故重力勢(shì)能不斷增加,C項(xiàng)錯(cuò)誤;重力與拉力的合力斜向右下

3、方,故合力先做負(fù)功,再做正功,因此動(dòng)能先減小后增大,D項(xiàng)正確?！緟⒖即鸢浮?BD 【名師點(diǎn)睛】功和能的關(guān)系,一是體現(xiàn)在不同的力做功,對(duì)應(yīng)不同形式的能轉(zhuǎn)化,具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系;二是做功的多少與能量轉(zhuǎn)化的多少在數(shù)值上相等。 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一(多選)如圖所示,楔形木塊abc固定在水平面上,粗糙斜面ab和光滑斜面bc與水平面的夾角相同,頂角b處安裝一定滑輪(不計(jì)摩擦)。質(zhì)量分別為M、m(Mm)的滑塊,通過(guò)不可伸長(zhǎng)的輕繩跨過(guò)定滑輪連接,輕繩與斜面平行。兩滑塊由靜止釋放后,沿斜面做勻加速運(yùn)動(dòng)。若不計(jì)滑輪的質(zhì)量和摩擦,在兩滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 ( CD )A.兩滑塊組成系統(tǒng)的機(jī)械能守恒B.重力對(duì)M做的功等

4、于M動(dòng)能的增加C.輕繩對(duì)m做的功等于m機(jī)械能的增加D.兩滑塊組成系統(tǒng)的機(jī)械能損失等于M克服摩擦力做的功 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一【解析】由于斜面ab粗糙,所以在兩滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,摩擦力做負(fù)功,兩滑塊組成系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理,重力、摩擦力、拉力對(duì)M做的功等于M動(dòng)能的增量,由于摩擦力、拉力均對(duì)M做負(fù)功,所以重力對(duì)M做的功大于M動(dòng)能的增加,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由功能關(guān)系,輕繩對(duì)m做的功等于m機(jī)械能的增加,C項(xiàng)正確;由功能關(guān)系可知,兩滑塊組成系統(tǒng)的機(jī)械能損失等于M克服摩擦力做的功,D項(xiàng)正確。 考點(diǎn)二摩擦力做功與能量的關(guān)系1.兩種摩擦力做功的比較 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一2.求解

5、相對(duì)滑動(dòng)物體的能量問(wèn)題的方法(1)正確分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,做好受力分析。(2)利用運(yùn)動(dòng)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Q=Ffs相對(duì)中s相對(duì)為兩接觸物體間的相對(duì)位移,若物體在傳送帶上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),則s相對(duì)為總的相對(duì)路程。 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一典例2(2015湖北重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)(多選)如圖所示,質(zhì)量為M、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的小車靜止在光滑的水平面上,質(zhì)量為m的小物塊,放在小車的最左端,現(xiàn)用一水平向右的恒力F始終作用在小物塊上,小物塊與小車之間的滑動(dòng)摩擦力為Ff,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后小車運(yùn)動(dòng)的位移為x,此時(shí)小物塊剛好滑到小車的最右端,則下列說(shuō)法中正確的是 ()A.此時(shí)物塊的動(dòng)能為F(

6、x+L)B.此時(shí)小車的動(dòng)能為F(x+L)C.這一過(guò)程中,物塊和小車增加的機(jī)械能為F(x+L)-FfLD.這一過(guò)程中,物塊和小車因摩擦而產(chǎn)生的熱量為FfL 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一【解題思路】對(duì)小物塊分析,水平方向受到拉力F和摩擦力Ff,小車位移為x,物塊相對(duì)于小車位移為L(zhǎng),則根據(jù)動(dòng)能定理有(F-Ff)(x+L)=Ek-0,A項(xiàng)錯(cuò)誤;小車受到水平向右的摩擦力Ff作用,對(duì)地位移為x,根據(jù)動(dòng)能定理同樣有Ffx=Ek-0,B項(xiàng)錯(cuò)誤;在這一過(guò)程,物塊和小車增加的機(jī)械能等于增加的動(dòng)能,即Ek+Ek=F(x+L)-FfL,C項(xiàng)正確;在此過(guò)程中外力做功為F(x+L),所以系統(tǒng)因摩擦而產(chǎn)生的熱量為F(x+L)-F(x

7、+L)-FfL=FfL,D項(xiàng)正確?！緟⒖即鸢浮?CD【易錯(cuò)警示】對(duì)物體克服摩擦力做功的理解:很多同學(xué)錯(cuò)誤地認(rèn)為物體克服摩擦力做功就等于物體摩擦生的熱,實(shí)際上物體克服摩擦力做的功只是等于物體機(jī)械能的減少量,但物體減少的機(jī)械能不一定全部生熱了,也有可能轉(zhuǎn)化成其他物體的機(jī)械能。 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一(2015東莞調(diào)研)(多選)如圖所示,長(zhǎng)木板A放在光滑的水平地面上,物體B以水平速度沖上A后,由于摩擦力作用,最后停止在木板A上,則B從沖到木板A上到相對(duì)木板A靜止的過(guò)程中,下述說(shuō)法中正確的是 ( CD )A.物體B動(dòng)能的減少量等于系統(tǒng)損失的機(jī)械能B.物體B克服摩擦力做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量C.物體B損失

8、的機(jī)械能等于木板A獲得的動(dòng)能與系統(tǒng)損失的機(jī)械能之和D.摩擦力對(duì)物體B做的功和對(duì)木板A做的功的總和等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一【解析】物體B以水平速度沖上A后,由于摩擦力作用,B減速運(yùn)動(dòng),A加速運(yùn)動(dòng),根據(jù)能量守恒定律,物體B動(dòng)能的減少量等于A增加的動(dòng)能和產(chǎn)生的熱量之和,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理,物體B克服摩擦力做的功等于B損失的動(dòng)能,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由能量守恒定律可知,物體B損失的機(jī)械能等于木板A獲得的動(dòng)能與系統(tǒng)損失的機(jī)械能之和,C項(xiàng)正確;摩擦力對(duì)物體B做的功等于B動(dòng)能的減少量,摩擦力對(duì)木板A做的功等于A動(dòng)能的增加量,由能量守恒定律可知,摩擦力對(duì)物體B做的功和對(duì)木板A做的功的總和等于系統(tǒng)內(nèi)能

9、的增加量,D項(xiàng)正確。 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一考點(diǎn)三能量守恒定律的應(yīng)用1.對(duì)能量守恒定律的兩點(diǎn)理解(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(gè)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。2.能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題的解題思路(1)當(dāng)涉及摩擦力做功,機(jī)械能不守恒時(shí),一般應(yīng)用能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律。(2)解題時(shí),首先確定初末狀態(tài),然后分析狀態(tài)變化過(guò)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減與增加的能量總和E增,最后由E減=E增列式求解。 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一典例3(2016浙江紹興第一中學(xué)模擬考試)如圖所示,一物體質(zhì)量m=2

10、 kg,在傾角為=37的斜面上的A點(diǎn)以初速度v0=3 m/s下滑,A點(diǎn)距彈簧上端B的距離AB=4 m。當(dāng)物體到達(dá)B后將彈簧壓縮到C點(diǎn),最大壓縮量BC=0.2 m,然后物體又被彈簧彈上去,彈到的最高位置為D點(diǎn),D點(diǎn)距A點(diǎn)AD=3 m。擋板及彈簧質(zhì)量不計(jì),g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8,求(計(jì)算結(jié)果小數(shù)點(diǎn)后保留兩位有效數(shù)字):(1)物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù);(2)彈簧的最大彈性勢(shì)能Epm。 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一【參考答案】 (1)0.52(2)24.46 J【名師點(diǎn)睛】運(yùn)用能量守恒定律解題的關(guān)鍵:運(yùn)用能量守恒定律解題時(shí),關(guān)鍵是分析好能量是如何轉(zhuǎn)化的,

11、可以通過(guò)做功分析能量的轉(zhuǎn)化情況,但列式時(shí)只列能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一1.如圖是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖。圖中和為楔塊,和為墊板,楔塊與彈簧盒、墊板間均有摩擦。在車廂相互撞擊使彈簧壓縮的過(guò)程中 ( B )A.緩沖器的機(jī)械能守恒B.摩擦力做功消耗機(jī)械能C.墊板的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 【解析】由于在碰撞過(guò)程彈簧壓縮,彈性勢(shì)能增大,緩沖器的機(jī)械能隨之增大,所以緩沖器的機(jī)械能不守恒,A項(xiàng)錯(cuò)誤;摩擦力對(duì)緩沖器做負(fù)功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,消耗緩沖器的機(jī)械能,B項(xiàng)正確;根據(jù)功能關(guān)系,墊板的動(dòng)能一部分轉(zhuǎn)化為克服摩擦力做功產(chǎn)生的內(nèi)能,另一部分轉(zhuǎn)化為彈簧由于壓縮產(chǎn)生的

12、彈性勢(shì)能,C項(xiàng)錯(cuò)誤;彈簧是被壓縮的過(guò)程,所以動(dòng)能一部分轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)一2.(多選)如圖為某探究活動(dòng)小組設(shè)計(jì)的節(jié)能運(yùn)輸系統(tǒng)。斜面軌道傾角為30,質(zhì)量為M的木箱與軌道的動(dòng)摩擦因數(shù)為 。木箱在軌道頂端時(shí),自動(dòng)裝貨裝置將質(zhì)量為m的貨物裝入木箱,然后木箱載著貨物沿軌道無(wú)初速滑下,當(dāng)輕彈簧被壓縮至最短時(shí),自動(dòng)卸貨裝置立刻將貨物卸下,然后木箱恰好被彈回到軌道頂端,再重復(fù)上述過(guò)程。下列選項(xiàng)正確的是 ( BC )A.m=MB.m=2MC.木箱不與彈簧接觸時(shí),上滑的加速度大于下滑的加速度D.在木箱與貨物從頂端滑到最低點(diǎn)的過(guò)程中,減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能 考點(diǎn)二考點(diǎn)三考點(diǎn)

13、一【解析】根據(jù)功能關(guān)系知,木箱在下滑和上滑時(shí)克服摩擦力所做功等于接觸面之間產(chǎn)生的內(nèi)能。木箱下滑時(shí)Q1=Wf1=(M+m)glcos 30,木箱上滑時(shí)Q2=Wf2=Mglcos 30,木箱從開(kāi)始下滑到彈簧壓縮至最短的過(guò)程中,設(shè)彈簧的最大彈性勢(shì)能為Epmax,則根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律得(M+m)glsin 30=Q1+Epmax,卸下貨物后,木箱被彈回到軌道頂端的過(guò)程中,同理有Epmax=Mglsin 30+Q2,聯(lián)立以上各式得m=2M,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;同時(shí),木箱下滑的過(guò)程中,克服摩擦力和彈簧彈力做功,因此減少的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,一部分轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能,故D項(xiàng)錯(cuò)誤;木箱不與彈簧接觸

14、時(shí),根據(jù)牛頓第二定律得下滑時(shí)(M+m)gsin 30-(M+m)gcos 30=(M+m)a1,上滑時(shí)Mgsin 30+Mgcos 30=Ma2,傳送帶模型中的功能問(wèn)題1.傳送帶模型有水平和傾斜兩種情況。一般設(shè)問(wèn)的角度有兩個(gè):(1)動(dòng)力學(xué)角度:首先要正確分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,做好受力分析,然后利用運(yùn)動(dòng)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(shí)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(duì)物體所做的功、物體和傳送帶由于相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動(dòng)機(jī)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。2.傳送帶模型問(wèn)題中的功能關(guān)系分析(1)功能關(guān)系分析:W=Ek+

15、Ep+Q。(2)對(duì)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(duì)。 3.傳送帶模型問(wèn)題的分析流程 典例(2015天津高考)某快遞公司分揀郵件的水平傳輸裝置示意如圖,皮帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下保持v=1 m/s的恒定速度向右運(yùn)動(dòng),現(xiàn)將一質(zhì)量為m=2 kg的郵件輕放在皮帶上,郵件和皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.5。設(shè)皮帶足夠長(zhǎng),取g=10 m/s2,在郵件與皮帶發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程中,求(1)郵件滑動(dòng)的時(shí)間t;(2)郵件對(duì)地的位移大小x;(3)郵件與皮帶間的摩擦力對(duì)皮帶做的功W。 (3)郵件與皮帶發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程中,設(shè)皮帶相對(duì)地面的位移為s,則s=vt摩擦力對(duì)皮帶做的功W=-Ffs由式并代入數(shù)

16、據(jù)得W=-2 J【參考答案】 (1)0.2 s(2)0.1 m(3)-2 J【名師點(diǎn)睛】解決傳送帶模型時(shí)應(yīng)注意的三點(diǎn):(1)弄清傳送帶的運(yùn)動(dòng)情況,是勻速、勻加速還是其他運(yùn)動(dòng)情況。(2)判斷初始時(shí)刻物體與傳送帶之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況。(3)分析確定摩擦力的性質(zhì),是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力,大小和方向是否變化。 2.如圖所示,繃緊的傳送帶與水平面的夾角=30,皮帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下,始終保持v0=2 m/s的速率運(yùn)動(dòng),現(xiàn)把一質(zhì)量為m=10 kg的工作(可看作質(zhì)點(diǎn))輕輕放在皮帶的底端,經(jīng)過(guò)時(shí)間1.9 s,工件被傳送到h=1.5 m的高處,取g=10 m/s2,求:(1)工件與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)。(2)電動(dòng)

17、機(jī)由于傳送工作多消耗的電能。 1.(2015商丘模擬)自然現(xiàn)象中蘊(yùn)藏著許多物理知識(shí),如圖所示為一個(gè)盛水袋,某人從側(cè)面緩慢推袋壁使它變形,則水的勢(shì)能 ( A )A.變大B.變小C.不變D.不能確定【解析】人緩慢推水袋,對(duì)水袋做正功,由功能關(guān)系可知,水的重力勢(shì)能一定增加,A項(xiàng)正確。 2.(2015襄陽(yáng)聯(lián)考)用恒力F豎直向上拉一物體,使其由地面處開(kāi)始加速上升到某一高度。若該過(guò)程空氣阻力不能忽略,則下列說(shuō)法中正確的是 ( C )A.力F做的功和阻力做的功之和等于物體動(dòng)能的增量B.重力所做的功等于物體重力勢(shì)能的增量C.力F做的功和阻力做的功之和等于物體機(jī)械能的增量D.力F、重力、阻力三者的合力所做的功等

18、于物體機(jī)械能的增量【解析】在物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,恒力F、重力、空氣阻力做功,根據(jù)動(dòng)能定理可知,三力做的功之和等于物體的動(dòng)能增量,A項(xiàng)錯(cuò)誤;克服重力做的功等于物體重力勢(shì)能的增量,B項(xiàng)錯(cuò)誤;除重力外的其他力做的功之和等于物體機(jī)械能的增加量,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3.(2015浙江寧波鎮(zhèn)海中學(xué)模擬)(多選)第17屆亞運(yùn)會(huì)于2014年9月19日10月4日在韓國(guó)仁川舉行,我國(guó)運(yùn)動(dòng)員薛長(zhǎng)銳、李玲以5.55 m和4.35 m分別奪得男、女撐竿跳金牌。如果把撐竿跳全過(guò)程分成四個(gè)階段:ab、bc、cd、de,如圖所示,不計(jì)空氣阻力,則對(duì)這四個(gè)階段的下列描述正確的是 ( AB )A.ab階段:加速助跑,人和竿的總機(jī)械能增加B.bc階段:竿彎曲、人上升,系統(tǒng)動(dòng)能減少,重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能增加C.cd階段:竿伸直、人上升,人的動(dòng)能減少量等于重力勢(shì)能增加量D.de階段:人過(guò)橫桿后下落,重力所做的功等于人機(jī)械能的增加量 【解析】ab階段:加速助跑,人和竿的勢(shì)能不變,動(dòng)能增加,所以總機(jī)械能增加,A項(xiàng)正確;bc階段:竿彎曲、人上升,系統(tǒng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能,B項(xiàng)正確;cd階段:竿伸直,彈性勢(shì)能減小,故人的動(dòng)能減少量加上彈性勢(shì)能的減少量等于重力勢(shì)能增加量,C項(xiàng)錯(cuò)誤; de階段:人