《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 機(jī)械能 第4講 功能關(guān)系 能量轉(zhuǎn)化和守恒定律課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 機(jī)械能 第4講 功能關(guān)系 能量轉(zhuǎn)化和守恒定律課件（40頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、物理課標(biāo)版第4講功能關(guān)系能量轉(zhuǎn)化和守恒定律考點(diǎn)一功能關(guān)系的理解及應(yīng)用考點(diǎn)一功能關(guān)系的理解及應(yīng)用功能關(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發(fā)生了轉(zhuǎn)化。(2)做功的過程一定伴隨著能量的轉(zhuǎn)化,而且能量的轉(zhuǎn)化必通過做功來實(shí)現(xiàn)。合外力的功(所有外力的功)動能變化重力做的功重力勢能變化彈簧彈力做的功彈性勢能變化外力(除重力、彈力)做的功機(jī)械能變化一對滑動摩擦力做的總功內(nèi)能變化電場力做的功電勢能變化分子力做的功分子勢能變化2.功與對應(yīng)能量的變化關(guān)系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(shí)現(xiàn)的。(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度,功和能

2、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.幾種常見的功能關(guān)系1-1 (2016陜西商洛模擬,20)(多選)如圖所示,將質(zhì)量為2m的重物懸掛在輕繩的一端,輕繩的另一端系一質(zhì)量為m的環(huán),環(huán)套在豎直固定的光滑直桿上,光滑定滑輪與直桿的距離為d。桿上的A點(diǎn)與定滑輪等高,桿上的B點(diǎn)在A點(diǎn)正下方距離為d處?，F(xiàn)將環(huán)從A處由靜止釋放,不計一切摩擦阻力,下列說法正確的是()A.環(huán)到達(dá)B處時,重物上升的高度h=B.環(huán)到達(dá)B處時,環(huán)與重物的速度大小相等C.環(huán)從A到B,環(huán)減少的機(jī)械能等于重物增加的機(jī)械能D.環(huán)能下降的最大高度為 d2d43答

3、案答案CD環(huán)到達(dá)B處時,對環(huán)的速度進(jìn)行分解,可得v環(huán)cos=v物,由題圖中幾何關(guān)系可知=45,則v環(huán)=v物,B錯;因環(huán)從A到B,環(huán)與重物組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,則環(huán)減少的機(jī)械能等于重物增加的機(jī)械能,C對;當(dāng)環(huán)到達(dá)B處時,由題圖中幾何關(guān)系可得重物上升的高度h=(-1)d,A錯;當(dāng)環(huán)下落到最低點(diǎn)時,設(shè)環(huán)下落高度為H,由機(jī)械能守恒有mgH=2mg(-d),解得H=d,故D正確。2222Hd431-2(2015課標(biāo),21,6分)(多選)如圖,滑塊a、b的質(zhì)量均為m,a套在固定豎直桿上,與光滑水平地面相距h,b放在地面上。a、b通過鉸鏈用剛性輕桿連接,由靜止開始運(yùn)動。不計摩擦,a、b可視為質(zhì)點(diǎn),重力加速度

4、大小為g。則()A.a落地前,輕桿對b一直做正功B.a落地時速度大小為C.a下落過程中,其加速度大小始終不大于gD.a落地前,當(dāng)a的機(jī)械能最小時,b對地面的壓力大小為mg2gh答案答案 BD因?yàn)闂U對滑塊b的限制,a落地時b的速度為零,所以b的運(yùn)動為先加速后減速,桿對b的作用力對b做的功即為b所受合外力做的總功,由動能定理可知,桿對b先做正功后做負(fù)功,故A錯。對a、b組成的系統(tǒng)應(yīng)用機(jī)械能守恒定律有:mgh=m,va=,故B正確。桿對a的作用效果為先推后拉,桿對a的作用力為拉力時,a下落過程中的加速度大小會大于g,即C錯。由功能關(guān)系可知,當(dāng)桿對a的推力減為零的時刻,即為a的機(jī)械能最小的時刻,此時桿

5、對a和b的作用力均為零,故b對地面的壓力大小為mg,D正確。122av2gh方法指導(dǎo)方法指導(dǎo)求解功能關(guān)系題的解答技巧(1)對各種功能關(guān)系熟記于心,力學(xué)范圍內(nèi),應(yīng)牢固掌握以下三條功能關(guān)系:重力的功等于重力勢能的變化,彈力的功等于彈性勢能的變化;合外力的功等于動能的變化;除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力外,其他力的功等于機(jī)械能的變化。(2)運(yùn)用功能關(guān)系解題時,應(yīng)弄清楚重力做什么功,合外力做什么功,除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力外的力做什么功,從而判斷重力勢能、動能等能量的變化。考點(diǎn)二能量守恒定律的理解及應(yīng)用考點(diǎn)二能量守恒定律的理解及應(yīng)用能量守恒定律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

6、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(dá)式:E減=E增。注意注意E增為末狀態(tài)的能量減去初狀態(tài)的能量,而E減為初狀態(tài)的能量減去末狀態(tài)的能量。(1)力對物體做了多少功,物體就有多少能。()(2)能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,其總量有可能增加。()(3)能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中總量保持不變,故沒有必要節(jié)約能源。()答案答案(1)(2)(3)1.對能量守恒定律的理解(1)某種形式的能量減少,一定存在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,一定存在別的物體的能量增加,且減少量和增加量相等。2.應(yīng)用能量守恒定律解題的一般步驟(1)分清有多

7、少形式的能(如動能、勢能、內(nèi)能、電能等)在變化。(2)明確哪種形式的能量增加,哪種形式的能量減少,并且列出減少的能量E減和增加的能量E增的表達(dá)式。(3)列出能量守恒關(guān)系式:E減=E增。注意注意(1)應(yīng)用能量守恒定律解決有關(guān)問題,要分析所有參與變化的能量。(2)高考考查該類問題,常綜合類平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動以及電磁學(xué)知識考查判斷、推理及綜合分析能力。2-1如圖所示,木塊A放在木塊B的左端上方,用水平恒力F將A拉到B的右端,第一次將B固定在地面上,F做功W1,生熱Q1;第二次讓B在光滑水平面上可自由滑動,F做功W2,生熱Q2,則下列關(guān)系中正確的是()A.W1W2,Q1=Q2B.W1=W2,Q1=Q2

8、C.W1W2,Q1Q2D.W1=W2,Q1Q2答案答案 A第一次和第二次A相對于B的位移是相等的,由Q=fl相對,可知Q1=Q2;第一次A的對地位移要小于第二次A的對地位移,由W=Fl,可知W1W2,所以選項(xiàng)A正確。2-2 (2016安徽第三次聯(lián)考,24)如圖所示,一輕彈簧一端與豎直墻壁相連,另一端與放在光滑水平面上的長木板左端接觸,輕彈簧處于原長,長木板的質(zhì)量為M,一物塊以初速度v0從長木板的右端向左滑上長木板,在長木板向左運(yùn)動的過程中,物塊一直相對于木板向左滑動,物塊的質(zhì)量為m,物塊與長木板間的動摩擦因數(shù)為,輕彈簧的勁度系數(shù)為k,當(dāng)彈簧的壓縮量達(dá)到最大時,物塊剛好滑到長木板的中點(diǎn),且相對于

9、木板的速度剛好為零,此時彈簧獲得的最大彈性勢能為Ep。(已知彈簧形變量為x,彈力做功W=kx2)求:(1)物塊滑上長木板的一瞬間,長木板的加速度大小;(2)長木板向左運(yùn)動的最大速度;(3)長木板的長度。12答案答案(1)(2)(3)解析解析(1)物塊滑上長木板的一瞬間,彈簧不會發(fā)生突變,因此長木板水平方向只受摩擦力,長木板受到的合外力等于滑塊對長木板的摩擦力,即F=mg(1分)由牛頓第二定律有F=Ma(2分)得a=(1分)(2)當(dāng)長木板的速度達(dá)到最大時,彈簧的彈力等于滑塊對長木板的摩擦mgMmgkMkM20p2mvEmgmgM力,設(shè)此時彈簧壓縮量為x,則kx=mg(1分)得x=(1分)長木板從

10、開始運(yùn)動到速度最大的過程中,設(shè)最大速度為v,根據(jù)動能定理有mgx-kx2=Mv2(2分)得v=(1分)(3)當(dāng)彈簧的壓縮量最大時,長木板的速度為零,此時木塊的速度也為零,設(shè)長木板的長為L,根據(jù)能量守恒有m=mg+Ep(2分)mgk1212mgkMkM1220v2L得L=(2分)20p2mvEmg方法指導(dǎo)方法指導(dǎo)在分析涉及能量守恒的問題時,要特別注意涉及摩擦力做功的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系。(1)靜摩擦力做的功單個靜摩擦力可以做正功,也可以做負(fù)功,還可以不做功。相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi),一對靜摩擦力所做功的代數(shù)和總為零,即W1+W2=0。在靜摩擦力做功的過程中,只有機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)移(靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用),

11、而沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。(2)滑動摩擦力做的功單個滑動摩擦力可以對物體做正功,也可以對物體做負(fù)功,當(dāng)然也可以不做功。相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi),一對滑動摩擦力所做功的代數(shù)和總為負(fù)值,其絕對值恰等于滑動摩擦力與相對路程的乘積,即恰等于系統(tǒng)因摩擦而損失的機(jī)械能。(W1+W2=-Q,其中Q就是在摩擦過程中產(chǎn)生的內(nèi)能)一對滑動摩擦力做功的過程中,能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的情況:一是相互摩擦的物體之間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移;二是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的數(shù)值等于滑動摩擦力與相對路程的乘積,即Q=Ffl相?？键c(diǎn)三傳送帶模型及能量問題考點(diǎn)三傳送帶模型及能量問題1.模型構(gòu)建傳送帶是應(yīng)用較廣泛的一種傳動裝置,把物體放到運(yùn)動著的

12、傳送帶上,物體將在靜摩擦力或滑動摩擦力的作用下被傳送帶輸送到另一端,該裝置即為傳送帶模型。2.模型條件(1)傳送帶勻速或加速運(yùn)動。(2)物體以初速度v0滑上傳送帶或輕輕放于傳送帶上,物體與傳送帶間有摩擦力。(3)物體與傳送帶之間有相對滑動。3.一般分析傳送帶問題的角度有兩個(1)動力學(xué)角度:首先要正確分析物體的運(yùn)動過程,做好受力分析,然后利用運(yùn)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(jī)多消耗的電能等,常依據(jù)功能關(guān)系、能量守恒定律求解。4.傳送帶模型問

13、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。1.若物體輕輕放在勻速運(yùn)動的傳送帶上,物體一定要和傳送帶之間產(chǎn)生相對滑動,物體一定受到沿傳送帶前進(jìn)方向的摩擦力。2.若物體靜止在傳送帶上,與傳送帶一起由靜止開始加速,如果動摩擦因數(shù)較大,則物體隨傳送帶一起加速;如果動摩擦因數(shù)較小,則物體將跟不上傳送帶的運(yùn)動,相對傳送帶向后滑動。3.若物體與水平傳送帶一起勻速運(yùn)動,則物體與傳送帶之間沒有摩擦力;若傳送帶是傾斜的,則物體受到沿傳送帶向上的靜摩擦力作用。3-1(多選)如圖所示,質(zhì)量為m的物體在水平傳送帶上由靜止釋放,傳送

14、帶由電動機(jī)帶動,始終保持以速率v勻速運(yùn)動,物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為,物體過一會兒能保持與傳送帶相對靜止,對于物體從靜止釋放到相對傳送帶靜止這一過程,下列說法正確的是()A.電動機(jī)多做的功為mv2B.摩擦力對物體做的功為mv2C.電動機(jī)增加的功率為mgvD.傳送帶克服摩擦力做功為mv2121212答案答案BC由能量守恒知電動機(jī)多做的功為物體動能增量和摩擦生熱(Q),選項(xiàng)A錯;根據(jù)動能定理,可得摩擦力對物體做的功為Wf=mgt=mv2,選項(xiàng)B正確;電動機(jī)增加的功率P=mgv,選項(xiàng)C正確;因?yàn)閭魉蛶c物體共速之前,傳送帶的路程(vt)是物體路程的2倍,所以傳送帶克服摩擦力做功是摩擦力對物體做功的

15、2倍,即mv2,選項(xiàng)D錯誤。212mv2v12物體動能增量摩擦生熱時間22vvmgtmgtt2vt3-2 (2016東北三省四市聯(lián)合體二模,24)如圖甲所示,傾斜的傳送帶以恒定的速度逆時針運(yùn)行。在t=0時刻,將質(zhì)量為1.0kg的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))無初速度地放在傳送帶的最上端A點(diǎn),經(jīng)過1.0s,物塊從最下端的B點(diǎn)離開傳送帶。取沿傳送帶向下為速度的正方向,則物塊的對地速度隨時間變化的圖像如圖乙所示(g=10m/s2),求:(1)物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù);(2)從A到B的過程中,傳送對物塊做的功。答案答案(1)0.35(2)-3.75J解析解析(1)圖像可知,物塊在前0.5s的加速度為:a1=8m

16、/s2,后0.5s的加速度為:a2=2m/s2物塊在前0.5s受到的滑動摩擦力沿傳送帶向下,由牛頓第二定律得:11vt212vvtmgsin+mgcos=ma1物塊在后0.5s受到的滑動摩擦力沿傳送帶向上,由牛頓第二定律得:mgsin-mgcos=ma2解得:=0.35(2)由v-t圖像中面積所表示意義可知,在前0.5s,物塊對地位移為:x1=t1則摩擦力對物塊做的功:W1=mgcosx1在后0.5s,物塊對地位移為:x2=t2則摩擦力對物塊做功:W2=-mgcosx2所以傳送帶對物塊做的總功:W=W1+W2聯(lián)立解得:W=-3.75J3512v122vv另解:根據(jù)動能定理:WG+Wf=mWG=

17、mgxsinx=x1+x2可解得:Wf=-3.75J1222v方法指導(dǎo)方法指導(dǎo)1.傳送帶上動力學(xué)問題的分析思路(1)明確研究對象。(2)對研究對象進(jìn)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(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)規(guī)律列方程解決物體的運(yùn)動問題。(4)利用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn),解決傳送帶問題中的功能轉(zhuǎn)化問題。2.傳送帶模型問題的分析流程考點(diǎn)四機(jī)械能守恒與動能定理的區(qū)別和聯(lián)系考點(diǎn)四機(jī)械能守恒與動能定理的區(qū)別和聯(lián)系機(jī)械能守恒定律和動能定理是力學(xué)中的兩條重要規(guī)律,在物理學(xué)中占有重要的地位。1.共同點(diǎn):機(jī)械能守恒定律和動能定理都是從做功和能量變化的角度來研究物體在力的作用下狀態(tài)的變化。表

18、達(dá)這兩個規(guī)律的方程式是標(biāo)量式。2.不同點(diǎn):機(jī)械能守恒定律的成立有條件限制,即只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功;而動能定理的成立沒有條件限制,它不但允許重力做功,還允許其他力做功。注意注意 機(jī)械能守恒成立的條件是“在只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功的情況下”,“只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功”不等于“只受重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力作用”,若系統(tǒng)除受重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力之外,還受其他力作用,但這些力不做功或?qū)ο到y(tǒng)做功的代數(shù)和為零,則系統(tǒng)的機(jī)械能仍守恒。1.動能定理一般適用于單個物體的情況,用于多個物體組成的系統(tǒng)的情況在高中階段非常少見;而機(jī)械能守恒定律適用于由兩個(或兩個以上的)物體所組成的系統(tǒng)。2.物體所受的合外力做的功等

19、于動能的改變;除重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做的總功等于機(jī)械能的改變。3.聯(lián)系:由動能定理可以推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律。A.A物體的機(jī)械能增大B.A、B組成系統(tǒng)的重力勢能增大C.下落時間t過程中,A的機(jī)械能減少了mg2t2D.下落時間t時,B所受拉力的瞬時功率為mg2t29134-1如圖所示,質(zhì)量分別為2m和m的A、B兩物體用繞過輕質(zhì)定滑輪的不可伸長的輕繩相連,開始兩物體處于同一高度,繩處于繃緊狀態(tài),輕繩足夠長,不計一切摩擦?，F(xiàn)將兩物體由靜止釋放,在A落地之前的運(yùn)動中,下列說法中正確的是 ()力勢能減小,選項(xiàng)A、B錯誤。釋放后,A、B物體都做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,由牛頓第二定律得2mg-mg

20、=3ma,故加速度大小a=g,t時間內(nèi)A物體下降高度為h=gt2,繩子拉力大小為F=2mg-2ma=mg;拉力對A物體所做負(fù)功為mg2t2,則A物體機(jī)械能減少mg2t2,選項(xiàng)C正確;下落時間t時,B物體的運(yùn)動速度為vB=at=gt,拉力功率大小為mg2t,選項(xiàng)D錯誤。13164329291349答案答案C在A下落的過程中,A、B均做加速運(yùn)動,動能均增加,A的機(jī)械能減小,B的機(jī)械能增大,A、B系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,則A、B組成系統(tǒng)的重4-2(2016福建畢業(yè)班質(zhì)量檢測,25)如圖,傾角=30的光滑斜面底端固定一塊垂直于斜面的擋板。將長木板A靜置于斜面上,A上放置一小物塊B,初始時A下端與擋板相距L=

21、4m,現(xiàn)同時無初速釋放A和B。已知在A停止運(yùn)動之前B始終沒有脫離A且不會與擋板碰撞,A和B的質(zhì)量均為m=1kg,它們之間的動摩擦因數(shù)=,A或B與擋板每次碰撞損失的動能均為E=10J,忽略碰撞時間,重力加速度大小g取10m/s2。求:33(1)A第一次與擋板碰撞前瞬間的速度大小v;(2)A第一次與擋板碰撞到第二次與擋板碰撞的時間t;(3)B相對于A滑動的可能最短時間t。答案答案(1)2m/s(2)s(3)s解析解析(1)釋放后A和B一起沿斜面向下運(yùn)動,在A第一次與擋板碰撞前,系統(tǒng)機(jī)械能守恒:2mgLsin=(2m)v2(4分)解得v=2m/s(2分)(2)A第一次與擋板碰撞后,對B有mgsin=

22、mgcos,故B勻速下滑(2102 553 551210分)對A有mgsin+mgcos=ma1(1分)解得A的加速度a1=10m/s2,方向沿斜面向下,故A將做類豎直上拋運(yùn)動(1分)設(shè)A第一次反彈的速度大小為v1,由動能定理得mv2-m=E(1分)t=(1分)解得:t=s(1分)(3)設(shè)A第二次反彈的速度大小為v2,由動能定理有mv2-m=2E(1分)121221v112va2 55121222v解得:v2=0(1分)則A與擋板第二次碰后停在底端,B繼續(xù)勻速下滑,設(shè)與擋板碰后B反彈的速度為v,加速度大小為a,由動能定理有mv2-mv2=E(1分)mgsin+mgcos=ma(1分)解得:B沿A向上做勻減速運(yùn)動的時間t2=s(1分)當(dāng)B速度為0時,因mgsin=mgcos,B將靜止在A上(1分)當(dāng)A停止運(yùn)動時,B恰好勻速滑至擋板處,B相對A運(yùn)動的時間t最短,故t=t+t2=s(1分)1212va553 55