高考總復(fù)習(xí)功能關(guān)系.ppt

,(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P91) 一、功能關(guān)系() 做功的過程就是能量的轉(zhuǎn)化過程，做功的數(shù)值就是能的轉(zhuǎn)化數(shù)值，這是功能關(guān)系的普遍意義不同形式的能的轉(zhuǎn)化又與不同形式的功相聯(lián)系，總之，功是能量變化的量度，這是貫穿整個(gè)物理學(xué)的一個(gè)重要思想學(xué)會(huì)正確分析物理過程中的功能關(guān)系，對(duì)于提高解題能力是至關(guān)重要的,功和對(duì)應(yīng)的能量變化的量值關(guān)系 (1)重力的功重力勢(shì)能的變化 WGEp (2)彈簧彈力的功彈性勢(shì)能的變化 W彈Ep. (3)電場(chǎng)力的功電勢(shì)能的變化 W電Ep (4)分子力的功分子勢(shì)能的變化 W分子Ep (5)克服安培力的功電能的變化 |W安|E電 (6)一對(duì)滑動(dòng)摩擦力的總功系統(tǒng)的動(dòng)能變化 Wf總fL相對(duì)Ek系統(tǒng) (7)一對(duì)靜摩擦力的總功系統(tǒng)內(nèi)物體間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移 W總0 (8)合力的功動(dòng)能的變化 W合Ek (9)除重力和彈力以外的其他力的功系統(tǒng)機(jī)械能的變化W其它E機(jī),二、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 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)化為其他形式或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變，這就是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律,(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P91) 要點(diǎn)一 摩擦力做功的特點(diǎn),利用WFfFfl相對(duì)進(jìn)行熱量Q的計(jì)算時(shí)，關(guān)鍵是對(duì)相對(duì)路程l相對(duì)的理解例如：如果兩物體同向運(yùn)動(dòng)，l相對(duì)為兩物體對(duì)地位移大小之差；如果兩物體反向運(yùn)動(dòng)，l相對(duì)為兩物體對(duì)地位移大小之和；如果一個(gè)物體相對(duì)另一個(gè)物體往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則l相對(duì)為兩物體相對(duì)滑行路徑的總長(zhǎng)度,如右圖所示，木塊A放在木塊B的左端，用恒力F將A拉至B的右端，第一次將B固定在地面上，F(xiàn)做功為W1，產(chǎn)生的熱量為Q1，第二次讓B可以在光滑地面上自由滑動(dòng)，F(xiàn)做的功為W2，產(chǎn)生的熱量為Q2，則應(yīng)有( ) AW1W2，Q1Q2 BW1W2，Q1Q2 CW1W2，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2,解析 設(shè)B的長(zhǎng)度為d，則系統(tǒng)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的數(shù)量Q1Q2mAgd，所以C、D都錯(cuò)在兩種情況下用恒力F將A拉至B的右端的過程中第二種情況下A對(duì)地的位移要大于第一種情況下A對(duì)地的位移，所以 W2W1，B錯(cuò) 答案 A,要點(diǎn)二 從能量轉(zhuǎn)化的角度理解動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律 機(jī)械能(動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能)可以和其他形式的能(內(nèi)能、電能等)相互轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化要通過做功來實(shí)現(xiàn)，即功是能量轉(zhuǎn)化的量度. 例如在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的一固定的斜面，一帶負(fù)電的滑塊以一定的初動(dòng)能沿斜面上滑一段距離，這一過程中，電場(chǎng)力做正功等于電勢(shì)能的減少，重力做負(fù)功絕對(duì)值等于重力勢(shì)能的增加，滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功，在量值上等于增加的內(nèi)能. 那么末狀態(tài)的動(dòng)能是增加還是減少取決于E電減與E重增E內(nèi)增，若E電減E重增E內(nèi)增，由能量守恒可知，動(dòng)能不變，若E電減E重增E內(nèi)增，則減少的電勢(shì)能中有一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,可見，在各種形式的能相互轉(zhuǎn)化過程中，從最終總的效果來看，動(dòng)能起著一種調(diào)劑作用，外力做的總功(代數(shù)和)實(shí)際上是除動(dòng)能之外的各種形式能的增加或減少的總和，這種增加或減少用動(dòng)能的變化Ek來調(diào)節(jié). 所以動(dòng)能定理是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的一種表達(dá)形式 機(jī)械能守恒定律是能量守恒定律的一種特殊情況，其特殊性就在于機(jī)械能沒有和其他形式能相互轉(zhuǎn)化，只是通過重力和彈力做功，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能三種形式的機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能不發(fā)生變化,已知貨物的質(zhì)量為m，在某段時(shí)間內(nèi)起重機(jī)將貨物加速度以a加速升高h(yuǎn)，則在這段時(shí)間內(nèi)敘述正確的是(重力加速度為g)( ) A貨物的動(dòng)能一定增加mahmgh B貨物的機(jī)械能一定增加mah C貨物的重力勢(shì)能一定增加mah D貨物的機(jī)械能一定增加mahmgh,解析 準(zhǔn)確把握功和對(duì)應(yīng)能量變化之間的關(guān)系是解答此類問題的關(guān)鍵，具體分析如下： 動(dòng)能定理，貨物動(dòng)能的增加量等于貨物合外力做的功mah，A錯(cuò)誤；功能關(guān)系，貨物機(jī)械能的增量等于除重力以外的力做的功而不等于合外力做的功，B錯(cuò)誤；功能關(guān)系，重力勢(shì)能的增量對(duì)應(yīng)貨物重力做的負(fù)功大小mgh，C錯(cuò)誤；功能關(guān)系，貨物機(jī)械能的增量為起重機(jī)拉力做的功m(ga)h，D正確 答案 D,(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P92) 題型一 功能關(guān)系的理解與應(yīng)用 力學(xué)范圍內(nèi)，應(yīng)牢固掌握以下三條功能關(guān)系： (1)重力的功等于重力勢(shì)能的變化，彈力的功等于彈性勢(shì)能的變化 (2)合外力的功等于動(dòng)能的變化 (3)除重力、彈力外，其他力的功等于機(jī)械能的變化 運(yùn)用功能關(guān)系解題時(shí)，應(yīng)弄清楚重力做什么功，合外力做什么功，除重力、彈力外的力做什么功，從而判斷重力勢(shì)能或彈性勢(shì)能、動(dòng)能、機(jī)械能的變化,例1 一小滑塊放在如圖所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊，小滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)了一段距離，若已知在這一過程中，拉力F所做的功的大小(絕對(duì)值)為A，斜面對(duì)小滑塊的作用力所做的功的大小為B，重力做功的大小為C，空氣阻力做功的大小為D.當(dāng)用這些量表達(dá)時(shí)，求： (1)小滑塊的動(dòng)能的改變量(指末態(tài)動(dòng)能減去初態(tài)動(dòng)能)； (2)小滑塊的重力勢(shì)能的改變量； (3)小滑塊機(jī)械能(指動(dòng)能與重力勢(shì)能之和)的改變量,思路誘導(dǎo) 解答本題時(shí)注意三方面的關(guān)系： (1)小滑塊動(dòng)能的改變量對(duì)應(yīng)合外力做的功； (2)小滑塊重力勢(shì)能的改變量對(duì)應(yīng)重力做的功； (3)小滑塊機(jī)械能的改變量對(duì)應(yīng)除重力以外的力做的功 嘗試解答 (1)據(jù)動(dòng)能定理，動(dòng)能的改變量等于外力做功的代數(shù)和，其中做負(fù)功的有空氣阻力、斜面對(duì)滑塊的作用力(因彈力不做功，實(shí)際上為摩擦阻力做的功) 因此EkABCD. (2)滑塊重力勢(shì)能的減少等于重力做的功，因此EpC. (3)滑塊機(jī)械能的改變量等于重力之外的其他力做的功， 因此EABD. 答案 (1)ABCD (2)C (3)ABD,重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、電勢(shì)能的改變量(末狀態(tài)勢(shì)能減去初狀態(tài)勢(shì)能)與對(duì)應(yīng)的力做的功數(shù)值相等，但符號(hào)相反,(2011山東濰坊統(tǒng)考)如右圖所示，滑塊靜止于光滑水平面上，與之相連的輕質(zhì)彈簧處于自然伸直狀態(tài)，現(xiàn)用恒定的水平外力F作用于彈簧右端，在向右移動(dòng)一段距離的過程中，拉力F做了10 J的功. 上述過程中( ) A彈簧的彈性勢(shì)能增加了10 J B滑塊的動(dòng)能增加了10 J C滑塊和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能增加了10 J D滑塊和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 解析 拉力F做功既增加了彈性勢(shì)能，還增加了滑塊的動(dòng)能，A、B錯(cuò)誤；系統(tǒng)增加的機(jī)械能等于力F做的功，C對(duì)，D錯(cuò) 答案 C,題型二 能量守恒定律的應(yīng)用 (1)能量守恒應(yīng)從下面兩方面去理解： 某種形式的能減少，一定存在其它形式的能增加，且減少量一定等于增加量 某個(gè)物體的能量的減少，一定存在其它物體的能量增加，且減少量一定等于增加量 以上是我們應(yīng)用能量守恒定律時(shí)的兩條基本思路,(2)應(yīng)用能量守恒定律解題的步驟是： 分析物體的運(yùn)動(dòng)過程，從而在頭腦中建立起一幅物體運(yùn)動(dòng)的正確圖景 研究物體在運(yùn)動(dòng)過程中有多少種形式的能(如動(dòng)能、勢(shì)能、內(nèi)能、電能等)在轉(zhuǎn)化，關(guān)鍵是弄清什么形式的能增加，什么形式的能減少 增加的能量和減少的能量用相應(yīng)的力做的功來表示，然后列出恒等式E減E增,說明：應(yīng)用能量守恒定律解題的關(guān)鍵是首先弄清有哪幾種形式的能在相互轉(zhuǎn)化及相應(yīng)的增減情況，然后再把變化的能量用相應(yīng)力做的功來表達(dá). 確定力做的功是思維過程中的第二步，這一點(diǎn)是和動(dòng)能定理的應(yīng)用所不同的(應(yīng)用動(dòng)能定理首先要考慮各力做功，而并不去考慮有什么形式的能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化). 在考慮有多少種形式能發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)可以借助分析有什么力做功以及做什么功來幫助確定,例2 如右圖所示，密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽略不計(jì)置于真空中的輕彈簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep(彈簧處在自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零). 現(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡態(tài)經(jīng)過此過程( ),AEp全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能 BEp一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能 CEp全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能 DEp一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能,思路誘導(dǎo) 繩斷后最終達(dá)到平衡時(shí)，活塞的位置發(fā)生了怎樣的變化？這一過程什么形式的能增加了？什么形式的能減少了？ 嘗試解答 繩斷后，彈簧推動(dòng)活塞向上移動(dòng). 最終活塞靜止后，所處的位置要比初始位置(繩未斷時(shí))高因此這一過程中能量變化情況是：彈性勢(shì)能減少，重力勢(shì)能增加，活塞對(duì)氣體做了功因而氣體的內(nèi)能增加，即減少的彈性勢(shì)能等于重力勢(shì)能與內(nèi)能增加之和因此，正確選項(xiàng)為D. 答案 D,如右圖所示，A、B、C質(zhì)量分別為mA0.7 kg，mB0.2 kg，mC0.1 kg，B為套在細(xì)繩上的圓環(huán)，A與水平桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2，另一圓環(huán)D固定在桌邊，離地面高h(yuǎn)20.3 m，當(dāng)B、C從靜止下降h10.3 m，C穿環(huán)而過，B被D擋住，不計(jì)繩子質(zhì)量和滑輪的摩擦，取g10 m/s2，若開始時(shí)A離桌邊足夠遠(yuǎn). 試求： (1)物體C穿環(huán)瞬間的速度； (2)物體C能否到達(dá)地面？如果能到達(dá)地面，其速度多大？,題型三 傳送帶模型中的能量問題 傳送帶模型是高中物理中比較成熟的模型，典型的有水平和傾斜兩種情況. 一般設(shè)問的角度有兩個(gè)：動(dòng)力學(xué)角度，如求物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、物體在傳送帶上能達(dá)到的速度、物體相對(duì)傳送帶滑過的位移，方法是牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律. 能量的角度：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,思路誘導(dǎo) (1)工件放到皮帶上后如何運(yùn)動(dòng)？向上傳送過程中的運(yùn)動(dòng)分幾個(gè)階段？ (2)轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能如何計(jì)算？電動(dòng)機(jī)多消耗的電能轉(zhuǎn)化為什么能？ 因?yàn)閭魉蛶Р凰凸ぜr(shí)，電動(dòng)機(jī)照常工作帶動(dòng)皮帶要消耗一定的電能；傳送工件時(shí)，通過皮帶要把工件送到2 m高的平臺(tái)上，皮帶要對(duì)工件做功，多消耗的電能就是皮帶在傳送工件過程中多做了多少功. 多做多少功，這就要看在傳送工件過程中有多少能的轉(zhuǎn)化，從工件上看，工件的重力勢(shì)能和動(dòng)能都增加了；從整體上看，由于開始階段的滑動(dòng)摩擦力做功，內(nèi)能也增加了，因此，可以依據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度來解答,(2011成都石室中學(xué)第二次月考)如下圖所示，AB為半徑R0.8 m的1/4光滑圓弧軌道，下端B恰與小車右端平滑對(duì)接. 小車質(zhì)量M3 kg，車長(zhǎng)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的小滑塊，由軌道頂端無(wú)初速度釋放，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(dòng)摩擦因數(shù)0.3，當(dāng)車運(yùn)行了1.5 s時(shí)，車被地面裝置鎖定(g10 m/s2)試求： (1)滑塊到達(dá)B端時(shí)，軌道對(duì)它支持力的大?。?(2)車被鎖定時(shí)，車右端距軌道B端的距離； (3)從車開始運(yùn)動(dòng)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??； (4)滑塊落地點(diǎn)離車左端的水平距離,答案 (1)30 N (2)1 m (3)6 J (4)0.16 m,(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P94) 易錯(cuò)點(diǎn)：不能正確理解功能關(guān)系,AmM Bm2M C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)的過程中，減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能 易錯(cuò)分析 搞不清具體哪種力做功，是做正功還是負(fù)功，分辨不清相應(yīng)能量變化的關(guān)系而出錯(cuò)，誤選D.運(yùn)用功能關(guān)系解題，要明確以下兩點(diǎn)：做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程，有一個(gè)力做功，必定存在一種形式的能向另一種形式的能轉(zhuǎn)化；不要將功和能量混為一談，不要重復(fù)計(jì)算,如圖，卷?yè)P(yáng)機(jī)的繩索通過定滑輪用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移動(dòng)在移動(dòng)過程中，下列說法正確的是 ( ) AF對(duì)木箱做的功等于木箱增加的動(dòng)能與木箱克服摩擦力所做的功之和 BF對(duì)木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和 C木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力勢(shì)能 DF對(duì)木箱做的功等于木箱增加的機(jī)械能與木箱克服摩擦力做的功之和,答案 CD,(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P94) 1一物塊由靜止開始從粗糙斜面上的某點(diǎn)加速下滑到另一點(diǎn)，在此過程中重力對(duì)物塊做的功等于( ) A物塊動(dòng)能的增加量 B物塊重力勢(shì)能的減少量與物塊克服摩擦力做的功之和 C物塊重力勢(shì)能的減少量和物塊動(dòng)能的增加量以及物塊克服摩擦力做的功之和 D物塊動(dòng)能的增加量與物塊克服摩擦力做的功之和 答案 D,2(2011廣東華師大附中第二次月考)如右圖所示，一物體m在沿斜面向上的恒力F作用下，由靜止從底端沿光滑的斜面向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間t力F做功為60 J，此后撤去恒力F，物體又經(jīng)時(shí)間t回到出發(fā)點(diǎn)，若以地面為零勢(shì)能點(diǎn)，則下列說法正確的是( ) A物體回到出發(fā)點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能是60 J B開始時(shí)物體所受的恒力F2mgsin C撤去力F時(shí)，物體的重力勢(shì)能是45 J D動(dòng)能與勢(shì)能相同的位置在撤去力F之前的某位置,答案 ACD,答案 A,4如右圖所示是簡(jiǎn)化后的跳臺(tái)滑雪的雪道示意圖. 整