人教版高中物理必修第二冊(cè)第八章素養(yǎng)提升課(六)能量守恒及功能關(guān)系的應(yīng)用課件

素養(yǎng)提升課(六)能量守恒及功能關(guān)系的應(yīng)用第八章

機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)任務(wù)1．理解重力、彈力、摩擦力和合力做功及其能量變化的關(guān)系。2．能運(yùn)用功能關(guān)系解決問題。探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成探究1

能量守恒定律、功能關(guān)系的理解和應(yīng)用1．能量守恒定律能量既不會(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，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。2．功能關(guān)系概述(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的，做功的過程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過程。(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度。做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。3．功與能的關(guān)系：由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關(guān)系如下表：功能量轉(zhuǎn)化關(guān)系式重力做功重力勢(shì)能的改變WG＝－ΔEp彈力做功彈性勢(shì)能的改變WF＝－ΔEp合力做功動(dòng)能的改變W合＝ΔEk除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功機(jī)械能的改變W＝ΔE機(jī)兩物體間滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體系統(tǒng)做功內(nèi)能的改變Ffx相對(duì)＝Q

√√

【典例2】將一物體以100J的初動(dòng)能豎直上拋，當(dāng)它上升到某點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能減少到20J，克服阻力做功32J。若整個(gè)過程中阻力大小恒定，則當(dāng)該物體第一次回到拋出點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能是(

)A．10J B．20J

C．36J

D．18J√B

[由題可知上升到某一高度時(shí)，重力、阻力均做負(fù)功，所以根據(jù)功能關(guān)系有WG＋Wf＝ΔEk，重力做功對(duì)應(yīng)著重力勢(shì)能的變化，故有WG＝ΔEp，將ΔEk＝80J，Wf＝32J代入可得ΔEp＝48J，WG＝48J，由于上升過程中重力、阻力大小都恒定，而且是直線運(yùn)動(dòng)，因此重力和阻力做功關(guān)系為WG：Wf＝48∶32＝3∶2，物體上升到最高點(diǎn)時(shí)由功能關(guān)系可得WG總＋Wf總＝Ek，解得上升過程中阻力做功Wf總＝40J，當(dāng)物體落回原地時(shí)由動(dòng)能定理得－2Wf總＝Ek1－Ek，代入數(shù)據(jù)得Ek1＝20J，落回原地時(shí)動(dòng)能為20J。故選B。]【教用·備選例題】

1．(多選)如圖所示，滑塊以一定的初速度沖上足夠長(zhǎng)的粗糙固定斜面，取斜面底端O點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和零勢(shì)能點(diǎn)，并以滑塊由O點(diǎn)出發(fā)時(shí)為t＝0時(shí)刻。在滑塊運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中，下列描述滑塊的動(dòng)能Ek、重力勢(shì)能Ep、機(jī)械能E隨位移x、時(shí)間t變化的圖像錯(cuò)誤的是(

)√√

2．(多選)從地面豎直向上拋出一物體，物體運(yùn)動(dòng)過程中受到大小不變的阻力，以地面為重力勢(shì)能零勢(shì)能面，上升過程中，該物體的機(jī)械能E總和重力勢(shì)能Ep隨離開地面的高度h的變化如圖所示，g取10m/s2。由圖中數(shù)據(jù)可得(

)A．拋出時(shí)，物體的速率為10m/sB．上升經(jīng)過h＝2m時(shí)，物體的動(dòng)能為60JC．物體運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力大小為10ND．從拋出至落回地面的過程中，物體的動(dòng)能減少40J√√

√√

√√

探究2

摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化兩種摩擦力做功特點(diǎn)的比較類型靜摩擦力做功滑動(dòng)摩擦力做功不同點(diǎn)能量的轉(zhuǎn)化只有機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(1)一部分機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體(2)一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此部分能量就是系統(tǒng)機(jī)械能的損失量類型靜摩擦力做功滑動(dòng)摩擦力做功不同點(diǎn)一對(duì)摩擦力的總功一對(duì)靜摩擦力所做功的代數(shù)和總等于零一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的代數(shù)和總是負(fù)值，轉(zhuǎn)化為發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量Q＝Ffs相對(duì)相同點(diǎn)做功情況兩種摩擦力對(duì)物體可以做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功角度1

摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化【典例3】一木塊靜置于光滑水平面上，一顆子彈沿水平方向飛來射入木塊中。當(dāng)子彈進(jìn)入木塊的深度達(dá)到最大值2.0cm時(shí)，木塊沿水平面恰好移動(dòng)距離1.0cm。在上述過程中系統(tǒng)損失的機(jī)械能與子彈損失的動(dòng)能之比為(

)A．1∶2 B．1∶3

C．2∶3

D．3∶2√

角度2

傳送帶中的摩擦生熱【典例4】在機(jī)場(chǎng)和火車站可以看到對(duì)行李進(jìn)行安全檢查用的水平傳送帶，如圖所示，當(dāng)旅客把行李放在正在勻速運(yùn)動(dòng)的傳送帶上后，傳送帶和行李之間的滑動(dòng)摩擦力使行李開始運(yùn)動(dòng)，隨后它們保持相對(duì)靜止，行李隨傳送帶一起勻速通過檢測(cè)儀器接受檢查，設(shè)某機(jī)場(chǎng)安全檢查用的水平傳送帶始終保持v＝3m/s的速度順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，一個(gè)質(zhì)量為m＝1.0kg、初速度為零的小物體放在傳送帶的左端，若物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.15，傳送帶左右兩端距離為x＝4.5m(g＝10m/s2)。(1)求物體從左端到右端的時(shí)間；(2)求物體從左端到右端的過程中產(chǎn)生的內(nèi)能；(3)設(shè)傳送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，求為了使物體從傳送帶左端運(yùn)動(dòng)到右端而多消耗的電能。

[答案]

(1)2.5s

(2)4.5J

(3)9J角度3

板塊中的摩擦生熱【典例5】如圖所示，有一長(zhǎng)為L(zhǎng)＝2m長(zhǎng)木板A靜止在水平地面上，其右端靜止一體積可忽略的小物塊B?，F(xiàn)對(duì)長(zhǎng)木板A施加一水平向右的恒力F，使長(zhǎng)木板A和小物塊B發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，已知長(zhǎng)木板A的質(zhì)量為mA＝2kg，小物塊B的質(zhì)量為mB＝1kg，長(zhǎng)木板A和小物塊B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1＝0.4，長(zhǎng)木板A與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2＝0.2，水平恒力F＝20N，g＝10m/s2，試求：(1)在長(zhǎng)木板A受到水平恒力F作用后，經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間小物塊B滑離長(zhǎng)木板A；(2)從長(zhǎng)木板A受到水平恒力F作用開始到B離開A，整個(gè)系統(tǒng)由于滑動(dòng)摩擦力作用而產(chǎn)生的總熱量Q。[解析]

(1)對(duì)長(zhǎng)木板A，根據(jù)牛頓第二定律有F－f1－f2＝mAaA其中f1＝μ1mBg，f2＝μ2N2，N2＝(mA＋mB)g解得aA＝5m/s2對(duì)小物塊B，根據(jù)牛頓第二定律有μ1mBg＝mBaB

[答案]

(1)2s

(2)68J【教用·備選例題】

(多選)如圖所示，處于長(zhǎng)木板A左端的物塊B(可視為質(zhì)點(diǎn))和A均以9m/s的速度開始向右運(yùn)動(dòng)。A、B質(zhì)量均為2kg，A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1，水平地面與A之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，最終物塊恰好沒滑出木板(g取10m/s2)。對(duì)于兩者的運(yùn)動(dòng)過程，下列說法正確的是(

)A．木板運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度大小為3m/s2B．木板克服地面摩擦力做功81JC．物塊和木板間產(chǎn)生的熱量為108JD．木板的長(zhǎng)度為27m√√

3．如圖所示，傾角為30°的光滑斜面的下端有一水平傳送帶，傳送帶正以6m/s的速度運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向如圖所示。一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體(物體可以視為質(zhì)點(diǎn))從h＝3.2m高處由靜止沿斜面下滑，物體經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)，不管是從斜面到傳送帶還是從傳送帶到斜面，都不計(jì)其動(dòng)能損失。物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，物體向左最多能滑到傳送帶左右兩端AB的中點(diǎn)處，重力加速度g＝10m/s2，求：(1)傳送帶左右兩端AB間的距離L；(2)上述過程中物體與傳送帶組成的系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量；(3)物體隨傳送帶向右運(yùn)動(dòng)，最后沿斜面上滑的最大高度h′。

[答案]

(1)12.8m

(2)160J

(3)1.8m[針對(duì)訓(xùn)練]3．(多選)如圖所示，一個(gè)長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為M的木板靜止在光滑水平面上，一個(gè)質(zhì)量為m的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))，以水平初速度v0從木板的左端滑向另一端，設(shè)物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，當(dāng)物塊與木板相對(duì)靜止時(shí)，物塊仍在長(zhǎng)木板上，物塊相對(duì)木板的位移為d，木板相對(duì)地面的位移為s，重力加速度為g。則在此過程中(

)A．

摩擦力對(duì)物塊做功為－μmg(s＋d)B．

摩擦力對(duì)木板做功為μmgsC．

木板動(dòng)能的增量為μmgdD．

由于摩擦而產(chǎn)生的熱量為μmgs√√AB

[根據(jù)功的定義W＝Fscosθ，其中s指物體對(duì)地的位移，而θ指力與位移之間的夾角，可知摩擦力對(duì)物塊做功W1＝－μmg(s＋d)，A正確；摩擦力對(duì)木板做功W2＝μmgs，B正確；根據(jù)動(dòng)能定理可知木板動(dòng)能的增量ΔEk＝W2＝μmgs，C錯(cuò)誤；由于摩擦而產(chǎn)生的熱量Q＝Ff·Δx＝μmgd，D錯(cuò)誤。]4．如圖所示，傳送帶與地面的夾角θ＝37°，A、B兩端間距L＝16m，傳送帶以速度v＝10m/s沿順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，物體m＝1kg，無初速度地放置于A端，它與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5，試求：(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)(1)物體由A端運(yùn)動(dòng)到B端的時(shí)間；(2)系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量。

(2)物體與傳送帶間的相對(duì)位移x相＝(vt1－x1)＋(L－x1－vt2)＝6m故Q＝μmgcosθ·x相＝24J。[答案]

(1)2s

(2)24J一、選擇題1．某運(yùn)動(dòng)員在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿“助滑區(qū)”保持同一姿態(tài)下滑了一段距離，重力對(duì)他做功1900J，他克服阻力做功100J。該運(yùn)動(dòng)員在此過程中(

)A．動(dòng)能增加了1900J B．動(dòng)能增加了2000JC．重力勢(shì)能減小了1900J D．重力勢(shì)能減小了2000J1題號(hào)23456789√1011素養(yǎng)提升練(六)C

[由題可得重力做功WG＝1900J，則重力勢(shì)能減小1900J，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理得WG－Wf＝ΔEk，克服阻力做功Wf＝100J，則動(dòng)能增加1800J，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。]1題號(hào)2345678910112．如圖甲所示，長(zhǎng)木板A放在光滑的水平面上，質(zhì)量為m＝2kg的另一物體B(可看成質(zhì)點(diǎn))以水平速度v0＝2m/s滑上原來靜止的長(zhǎng)木板A的上表面。由于A、B間存在摩擦力，之后A、B速度隨時(shí)間變化情況如圖乙所示。g取10m/s2。下列說法正確的是(

)A．木板A最終獲得的動(dòng)能為2JB．系統(tǒng)損失的機(jī)械能為4JC．木板A的最小長(zhǎng)度為2mD．A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1√1題號(hào)234567891011

1題號(hào)234567891011

√1題號(hào)234567891011√

1題號(hào)234567891011

√1題號(hào)234567891011

1題號(hào)2345678910115．(多選)如圖所示，一木塊放在光滑的水平面上，一顆子彈水平射入木塊的過程中，子彈受到的平均阻力為f，射入木塊的深度為d，此過程木塊移動(dòng)了s，則該過程有(

)A．子彈損失的動(dòng)能為f(s＋d)B．子彈對(duì)木塊做功為fsC．子彈動(dòng)能的減少量等于木塊動(dòng)能的增加量D．子彈、木塊組成的系統(tǒng)損失的機(jī)械能為fd√1題號(hào)234567891011√√ABD

[對(duì)子彈，根據(jù)動(dòng)能定理有－f(s＋d)＝ΔEk1，可知子彈損失的動(dòng)能為f(s＋d)，A正確；對(duì)木塊，有fs＝ΔEk2，可知木塊增加的動(dòng)能為fs，則子彈對(duì)木塊做功為fs，B正確；根據(jù)能量守恒，子彈動(dòng)能的減少量等于木塊動(dòng)能的增加量和系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量之和，C錯(cuò)誤；系統(tǒng)損失的機(jī)械能為E損＝f(s＋d)－fs＝fd，D正確。]1題號(hào)2345678910116．如圖所示為速凍食品加工廠生產(chǎn)和包裝餃子的一道工序。將餃子輕放在勻速運(yùn)轉(zhuǎn)的足夠長(zhǎng)的水平傳送帶上，不考慮餃子之間的相互作用和空氣阻力。關(guān)于餃子在水平傳送帶上的運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是(

)A．餃子一直做勻加速運(yùn)動(dòng)B．傳送帶的速度越快，餃子的加速度越大C．餃子由靜止開始加速到與傳送帶速度相等的過程中，增加的動(dòng)能等于因摩擦產(chǎn)生的熱量D．傳送帶多消耗的電能等于餃子增加的動(dòng)能√1題號(hào)234567891011

1題號(hào)2345678910117．(多選)如圖所示，繃緊的傳送帶與水平面的夾角為θ，傳送帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，始終保持v0的速率運(yùn)行?，F(xiàn)把一物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))輕輕放在傳送帶底端，物塊被傳送到傳送帶的最高點(diǎn)(在運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)前與傳送帶達(dá)到共速)。已知物塊與傳送帶間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，μ>tanθ，t為運(yùn)動(dòng)時(shí)間，x為物塊沿斜面運(yùn)動(dòng)的距離。某同學(xué)以傳送帶底端所在水平面為零勢(shì)能面，畫出了在物塊由傳送帶底端被傳送到傳送帶的最高點(diǎn)的過程中，物塊的速度v、重力勢(shì)能Ep、機(jī)械能E、物塊和傳送帶摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q等四個(gè)物理量變化情況圖像如圖所示，其中正確的是(

)1題號(hào)2345678910111題號(hào)234567891011√√

1題號(hào)2345678910118．(多選)如圖所示，A、B、C三個(gè)相同的滑塊從均勻的粗糙斜面上的同一高度同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)：A由靜止釋放；B的初速度方向沿斜面向下，大小為v0；C的初速度方向沿水平方向，大小也為v0。斜面足夠大，A、B、C運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)相碰。下列說法正確的是(

)A．B和C將同時(shí)滑到斜面底端B．滑到斜面底端時(shí)，A的動(dòng)能最大C．滑到斜面底端時(shí)，C的摩擦生熱量最多D．滑到斜面底端時(shí)，A和B的機(jī)械能減少一樣多√1題號(hào)234567891011√CD

[B、C兩個(gè)滑塊所受的滑動(dòng)摩擦力大小相等，B所受滑動(dòng)摩擦力沿斜面向上，C沿斜面向上的力是滑動(dòng)摩擦力的分力，可知沿斜面向下方向上，C的加速度大于B的加速度，但B具有向下的初速度，故無法判斷B和C是否同時(shí)滑到斜面底端，故A錯(cuò)誤；重力做功相同，滑動(dòng)摩擦力做功與路程有關(guān)，C運(yùn)動(dòng)的路程最長(zhǎng)，A、B運(yùn)動(dòng)的路程相等，故摩擦力對(duì)A、B做功相同，故A和B的機(jī)械能減少一樣多，C克服摩擦力做功最大，而B有初速度，則滑到斜面底端時(shí)，由動(dòng)能定理WG－Wf＝Ek－Ek0，可知B滑塊的動(dòng)能最大，故B錯(cuò)誤，C、D正確。]1題號(hào)234567891011二、非選擇題9．如圖甲所示，在水平地面上放置一個(gè)質(zhì)量為m＝4kg的物體，讓其在隨位移均勻減小的水平推力作用下運(yùn)動(dòng)，推力F隨位移x變化的圖像如圖乙所示，已知物體與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，g取10m/s2，求：(1)出發(fā)時(shí)物體運(yùn)動(dòng)的加速度大??；(2)物體能夠運(yùn)動(dòng)的最大位移。1題號(hào)234567891011

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