高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機械能（第4課時）功能關(guān)系的應(yīng)用 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律課件

第4課時功能關(guān)系的應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 回扣教材 考點掃描 真題在線 回扣教材 梳理知識夯基礎(chǔ) 知識整合 一 功能關(guān)系1 功是的量度 即做了多少功就有多少發(fā)生了轉(zhuǎn)化 2 做功的過程一定伴隨著 而且必須通過做功來實現(xiàn) 能量轉(zhuǎn)化 能量 能量的轉(zhuǎn)化 能量的轉(zhuǎn)化 3 常見的功能關(guān)系 Ek 動能 動能 Ep 減少 增加 Ep 減少 增加 Ep 電勢能 電勢能 E機 機械能 熱量 水平面上固定一半徑為R且圓弧部分光滑的半圓形軌道 小物體質(zhì)量為m 壓緊理想彈簧后突然釋放 彈出后經(jīng)動摩擦因數(shù)為 長為L的粗糙水平面后恰能到軌道最高點A 如圖所示 則 1 滑動摩擦力做功 WFf 物體與水平面內(nèi)能 物體機械能將 2 到達A點過程中 重力做功 WG 重力勢能 動能 3 恰到達最高點A 說明此時物體動能為EkA 4 開始時 物體壓縮彈簧 彈力對物體做 彈性勢能 大小為 mgL 增加 mgL 減少 mgL 2mgR 增加2mgR 減少2mgR 負功 增加 二 能量守恒定律1 內(nèi)容 能量既不會憑空 也不會憑空消失 它只能從一種形式為另一種形式 或者從一個物體到另一個物體 在的過程中 能量的總量 2 表達式 1 E初 E末 初狀態(tài)各種能量的等于末狀態(tài)各種能量的 2 E增 E減 增加的那些能量的增加量等于減少的那些能量的減少量 產(chǎn)生 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移 保持不變 總和 總和 問題思考 1 有一種地下鐵道 車站的軌道建在地面 車輛進站時要上坡 出站時要下坡 如圖所示 已知坡高h 10m 進站車輛到達坡下的A點時 速度為54km h 必修2P78圖7 8 8 1 進站車輛到達坡下A點時切斷電動機的電源 若不考慮行車中的摩擦阻力 車輛能不能 沖 到坡上 如果能夠 到達坡上的速度是多大 g取10m s2 答案 1 能 沖 到坡上5m s 2 從能源的角度上看 設(shè)計這種車站有什么優(yōu)點 解析 2 進站車輛 沖 到坡上 動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 儲存了大量的重力勢能 車輛出站時是下坡路 儲存的重力勢能轉(zhuǎn)化為車輛的動能 所以設(shè)計這種車站減少了能量損失 達到了節(jié)能的目的 答案 2 節(jié)能 2 三峽水力發(fā)電站是我國最大的水力發(fā)電站 平均水位落差約100m 水的流量約1 35 104m3 s 水流沖擊水輪機發(fā)電時 水流減少的機械能有20 轉(zhuǎn)化為電能 1 每秒內(nèi)水流減少的機械能是多少 三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大是多少 g取10m s2 答案 1 1 35 1010J2 7 109W 2 我們學(xué)習(xí)生活中用到的日光燈要消耗電能 那么日光燈工作時能量的轉(zhuǎn)換情況是怎樣的 這些能量散失后 能否回收重新利用 解析 2 日光燈工作時將電能轉(zhuǎn)化為光能和熱能 這些能量散失在我們周圍的環(huán)境中 不能回收重新利用 答案 2 見解析 考點掃描 重點透析通熱點 考點一功能關(guān)系的應(yīng)用 要點透析 1 明確三個功能關(guān)系 1 合外力做功等于動能的變化 2 重力做功等于重力勢能的變化 彈簧彈力做功等于彈性勢能的變化 3 除重力 彈力外 其他力做的功等于系統(tǒng)機械能的變化 2 功能關(guān)系的選用技巧 1 若只涉及動能的變化 則首選動能定理分析 2 若只涉及重力勢能的變化 則采用重力做功與重力勢能的關(guān)系分析 3 若只涉及機械能變化 用除重力 彈力之外的力做功與機械能變化的關(guān)系分析 4 只涉及電勢能的變化 用電場力與電勢能變化關(guān)系分析 典例突破 2 系統(tǒng)機械能的減少量等于運動員克服摩擦力做的功 答案 D 題后反思運用功能關(guān)系解題時 應(yīng)弄清楚重力或彈力做什么功 合外力做什么功 除重力 彈力外的力做什么功 從而判斷重力勢能或彈性勢能 動能 機械能的變化 即時鞏固 D 解析 由F mgsin30 ma 得F mg 拉力做功為W Fx mgx 故選項A錯誤 重力勢能增加 Ep mgxsin30 0 5mgx 故選項B錯誤 根據(jù)動能定理知 動能增加為 Ek max 0 5mgx 故選項C錯誤 機械能等于動能與重力勢能之和 則知機械能增加為 E Ep Ek mgx 故選項D正確 2 導(dǎo)學(xué)號00622360 功能關(guān)系的應(yīng)用 在排球比賽中 假設(shè)排球運動員某次發(fā)球后排球恰好從網(wǎng)上邊緣過網(wǎng) 排球網(wǎng)高H 2 24m 排球質(zhì)量為m 300g 運動員對排球做的功為W1 20J 排球運動過程中克服空氣阻力做功為W2 4 12J 重力加速度g 10m s2 球從手剛發(fā)出位置的高度h 2 04m 選地面為零勢能面 則 A 與排球從手剛發(fā)出相比較 排球恰好到達球網(wǎng)上邊緣時重力勢能的增加量為6 72JB 排球恰好到達球網(wǎng)上邊緣時的機械能為22JC 排球恰好到達球網(wǎng)上邊緣時的動能為15 88JD 與排球從手剛發(fā)出相比較 排球恰好到達球網(wǎng)上邊緣時動能的減少量為6 72J B 解析 與排球從手剛發(fā)出相比較 排球恰好到達球網(wǎng)上邊緣時重力勢能的增加量為mg H h 0 3 10 2 24 2 04 0 6J 故A錯誤 根據(jù)功能關(guān)系可得 排球恰好到達球網(wǎng)上邊緣時的機械能為mgh W1 W2 0 3 10 2 04J 20J 4 12J 22J 故B正確 由動能定理可知 排球恰好到達球網(wǎng)上邊緣時的動能為W1 W2 mg H h 15 28J 故C錯誤 與排球從手剛發(fā)出相比較 排球恰好到達球網(wǎng)上邊緣時動能的減少量為W2 mg H h 4 72J 故D錯誤 考點二摩擦力做功過程中的能量轉(zhuǎn)化 要點透析 兩種摩擦力做功情況比較 典例突破 例2 如圖 甲 所示 質(zhì)量M 3kg 足夠長的小車靜止在水平面上 半徑為R的固定光滑圓軌道的下端與小車的右端平滑對接 質(zhì)量m 1kg的物塊 可視為質(zhì)點 由軌道頂端靜止釋放 接著物塊離開圓軌道滑上小車 從物塊滑上小車開始計時 物塊運動前2s內(nèi)速度隨時間變化如圖 乙 所示 已知小車與水平面間的動摩擦因數(shù) 0 0 01 重力加速度g取10m s2 求 1 圓軌道半徑大小 2 直到物塊與小車相對靜止的過程中因摩擦產(chǎn)生的熱量Q 核心點撥 直到物塊與小車相對靜止的過程中因摩擦產(chǎn)生的熱量包含兩部分 即物塊與小車 小車與地面摩擦生熱之和 方法技巧摩擦力做功的分析方法 1 無論是滑動摩擦力 還是靜摩擦力 計算做功時都是用力與對地位移的乘積 2 摩擦生熱的計算 公式Q Ff s相對中s相對為兩接觸物體間的相對位移 若物體在傳送帶上做往復(fù)運動時 則s相對為總的相對路程 1 滑塊 滑板間的摩擦力做功問題 多選 如圖所示 一塊長木板B靜止放在光滑的水平地面上 在B上放一物體A 現(xiàn)以恒定的外力F拉B 由于A B間摩擦力的作用 A將在B上滑動 以地面為參考系 A B都向前移動一段距離 在此過程中 A B對A的摩擦力所做的功小于A的動能的增量B B克服A的摩擦力所做的功等于B對A的摩擦力所做的功C 外力F對B做的功等于B的動能的增量與B克服摩擦力所做的功之和D 外力F做的功等于A和B動能的增量和A B系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量之和 即時鞏固 CD 解析 根據(jù)動能定理 B對A的摩擦力所做的功等于A的動能的增量 選項A錯誤 A B運動的位移不相等 所以B克服A的摩擦力所做的功與B對A的摩擦力所做的功不相等 選項B錯誤 根據(jù)動能定理 外力F對B做的功等于B的動能的增量與B克服摩擦力所做的功之和 選項C正確 根據(jù)能量守恒 外力F做的功等于A和B動能的增量和A B系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量之和 選項D正確 2 導(dǎo)學(xué)號00622361 物塊與傳送帶間的摩擦力做功問題 如圖所示 某工廠用傳送帶向高處運送貨物 將一貨物輕輕放在傳送帶底端 第一階段物體被加速到與傳送帶具有相同的速度 第二階段與傳送帶相對靜止 勻速運動到傳送帶頂端 下列說法正確的是 A 第一階段摩擦力對物體做正功 第二階段摩擦力對物體不做功B 第一階段摩擦力對物體做的功等于第一階段物體動能的增加量C 第一階段物體和傳送帶間摩擦生的熱等于第一階段物體機械能的增加量D 物體從底端到頂端全過程機械能的增加量大于全過程摩擦力對物體所做的功 C 考點三能量轉(zhuǎn)化與守恒的綜合應(yīng)用 要點透析 1 對能量守恒定律的兩點理解 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 即 E減 E增 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 即 EA減 EB增 2 能量轉(zhuǎn)化問題的解題思路 1 涉及能量轉(zhuǎn)化問題的解題方法 當(dāng)涉及滑動摩擦力做功 機械能不守恒時 一般應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 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 2 涉及彈簧類問題的能量問題的解題方法 兩個或兩個以上的物體與彈簧組成的系統(tǒng)相互作用的過程 具有以下特點 能量變化上 如果只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈簧彈力做功 系統(tǒng)機械能守恒 如果系統(tǒng)每個物體除彈簧彈力外所受合力為零 則當(dāng)彈簧伸長或壓縮到最大限度時兩物體速度相同 當(dāng)彈簧為自然狀態(tài)時系統(tǒng)內(nèi)某一端的物體具有最大速度 典例突破 例3 2015 江蘇卷 9 多選 如圖所示 輕質(zhì)彈簧一端固定 另一端與一質(zhì)量為m 套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連 彈簧水平且處于原長 圓環(huán)從A處由靜止開始下滑 經(jīng)過B處的速度最大 到達C處的速度為零 AC h 圓環(huán)在C處獲得一豎直向上的速度v 恰好能回到A 彈簧始終在彈性限度內(nèi) 重力加速度為g 則圓環(huán) BD 核心點撥 圓環(huán)在桿上運動的過程圓環(huán)的動能 重力勢能 彈簧的彈性勢能和因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能總和不變 題后反思 1 能量的轉(zhuǎn)化 從形式上 數(shù)量上分析能量的轉(zhuǎn)化 是分析實際問題的一個重要突破口 2 確定轉(zhuǎn)化過程中的不變量 從守恒角度列等式求解則是解決實際問題的關(guān)鍵 導(dǎo)學(xué)號00622362 2016 威海第二次模擬 多選 如圖所示 輕質(zhì)彈簧的一端固定在豎直墻面上 另一端拴接一小物塊 小物塊放在動摩擦因數(shù)為 的水平面上 當(dāng)小物塊位于O點時彈簧處于自然狀態(tài) 現(xiàn)將小物塊向右移到a點 然后由靜止釋放 小物塊最終停在O點左側(cè)的b點 圖中未畫出 以下說法正確的是 A Ob之間的距離小于Oa之間的距離B 從O至b的過程中 小物塊的加速度逐漸減小C 小物塊在O點時的速度最大D 從a到b的過程中 彈簧彈性勢能的減少量等于小物塊克服摩擦力所做的功 即時鞏固 AD 解析 如果沒有摩擦力 根據(jù)對稱性知O點應(yīng)該在ab中間 Oa Ob 現(xiàn)在由于有摩擦力 物塊從a到b過程中機械能損失 故無法到達沒有摩擦力情況下的b點 即O點靠近b點 故Oa Ob 選項A正確 從O至b的過程中 小物塊受到向右的摩擦力及向右的彈力 且彈力逐漸變大 故物塊的加速度逐漸變大 選項B錯誤 當(dāng)物塊從a點向左運動時 受到向左的彈力和向右的摩擦力 且彈力逐漸減小 加速度逐漸減小 當(dāng)彈力等于摩擦力時加速度為零 此時速度最大 故小物塊的速度最大位置在O點右側(cè) 選項C錯誤 由能量守恒關(guān)系可知 從a到b的過程中 彈簧彈性勢能的減少量等于小物塊克服摩擦力所做的功 選項D正確 考點四應(yīng)用動力學(xué)觀點和能量觀點突破多過程問題 要點透析 1 問題特點用動力學(xué)和能量觀點處理多過程問題 是歷年高考的熱點 此類題目綜合性較強 難度中等偏上 涉及知識點主要有機械能守恒定律 功能關(guān)系和滑動摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系三大類 失分情況比較嚴重 對這類問題應(yīng)引起重視 2 解題思路對此類問題可按如下兩條思路進行分析 1 若一個物體參與了多個運動過程 有的過程只涉及運動和力的問題或只要求分析物體的動力學(xué)特點 則要用動力學(xué)方法求解 2 若某過程涉及做功和能量轉(zhuǎn)化問題 則要考慮應(yīng)用動能定理或機械能守恒定律求解 高考題型1 直線 圓周運動組合問題 多維突破 1 求小球在B A兩點的動能之比 核心點撥 1 小球從釋放到A點以及到B點過程機械能均守恒 答案 1 5 2 通過計算判斷小球能否沿軌道運動到C點 答案 2 見解析 題后反思豎直平面內(nèi)圓周運動臨界問題分析注意點 1 確定臨界點 v臨 對無支撐的小球來說是能否通過最高點的臨界速度 2 過程分析 應(yīng)用動力學(xué)規(guī)律 動能定理或機械能守恒定律將初 末兩個狀態(tài)聯(lián)系起來列方程 D 針對訓(xùn)練2 導(dǎo)學(xué)號00622363 2016 陜西咸陽模擬 如圖是翻滾過山車的模型 光滑的豎直圓軌道半徑R 2m 入口的平直軌道AC和出口的平直軌道CD均是粗糙的 質(zhì)量m 2kg的小車與水平軌道之間的動摩擦因數(shù)均為 0 5 加速階段AB的長度l 3m 小車從A點由靜止開始受到水平拉力F 60N的作用 在B點撤去拉力 取g 10m s2 試問 答案 1 10m s 1 要使小車恰好通過圓軌道的最高點 小車在C點的速度為多大 答案 2 10m 2 滿足第 1 的條件下 小車能沿著出口平直軌道CD滑行多遠的距離 3 要使小車不脫離軌道 平直軌道BC段的長度范圍 答案 3 xBC 5m或xBC 11m 高考題型2 涉及彈簧的直線 圓周 平拋運動組合問題 1 求P第一次運動到B點時速度的大小 2 求P運動到E點時彈簧的彈性勢能 題后反思力學(xué)綜合題中多過程問題的分析思路 1 關(guān)鍵是抓住物理情境中出現(xiàn)的運動狀態(tài)與運動過程 將物理過程分解成幾個簡單的子過程 2 找出各階段是由什么物理量聯(lián)系起來的 然后對于每一個子過程分別進行受力分析 過程分析和能量分析 選擇合適的規(guī)律列出相應(yīng)的方程求解 針對訓(xùn)練 導(dǎo)學(xué)號00622364如圖所示 半徑R 0 4m的光滑圓弧軌道BC固定在豎直平面內(nèi) 軌道的上端點B和圓心O的連線與水平方向的夾角 30 下端點C為軌道的最低點且與粗糙水平面相切 一根輕質(zhì)彈簧的右端固定在豎直擋板上 質(zhì)量m 0 1kg的小物塊 可視為質(zhì)點 從空中A點以v0 2m s的速度被水平拋出 恰好從B點沿軌道切線方向進入軌道 經(jīng)過C點后沿水平面向右運動至D點時 彈簧被壓縮至最短 C D兩點間的水平距離L 1 2m 小物塊與水平面間的動摩擦因數(shù) 0 5 g取10m s2 求 1 小物塊經(jīng)過圓弧軌道上B點時速度vB的大小 答案 1 4m s 解析 1 小物塊恰好從B點沿切線方向進入軌道 由幾何關(guān)系有vB 4m s 2 小物塊經(jīng)過圓弧軌道上C點時對軌道的壓力大小 3 彈簧的彈性勢能的最大值Epm 答案 2 8N 3 0 8J 考點五 傳送帶 模型 題組例練 1 速度同向的水平傳送帶模型 如圖所示 水平傳送帶長為s 以速度v始終保持勻速運動 把質(zhì)量為m的貨物放到A點 貨物與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為 當(dāng)貨物從A點運動到B點的過程中 摩擦力對貨物做的功不可能是 C ABD 3 導(dǎo)學(xué)號00622365 傾斜傳送帶模型 如圖所示 繃緊的傳送帶與水平面的夾角 30 皮帶在電動機的帶動下 始終保持v0 2m s的速率運行 現(xiàn)把一質(zhì)量為m 10kg的工件 可看成質(zhì)點 輕輕放在皮帶的底端 經(jīng)過時間1 9s 工件被傳送到h 1 5m的高處 取g 10m s2 求 1 工件與傳送帶間的動摩擦因數(shù) 2 電動機由于傳送工件多消耗的電能 答案 2 230J 反思總結(jié)傳送帶問題的分析流程和技巧 1 分析流程 2 相對位移一對相互作用的滑動摩擦力做功所產(chǎn)生的熱量Q Ff x相對 其中x相對是物體間相對路徑長度 如果兩物體同向運動 x相對為兩物體對地位移大小之差 如果兩物體反向運動 x相對為兩物體對地位移大小之和 3 功能關(guān)系 功能關(guān)系分析 WF Ek Ep Q 對WF和Q的理解 a 傳送帶的功 WF Fx傳 b 產(chǎn)生的內(nèi)能 Q Ffx相對 真題在線 體驗高考提素能 1 2016 四川卷 1 韓曉鵬是我國首位在冬奧會雪上項目奪冠的運動員 他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 重力對他做功1900J 他克服阻力做功100J 韓曉鵬在此過程中 A 動能增加了1900JB 動能增加了2000JC 重力勢能減小了1900JD 重力勢能減小了2000J C 解析 由題可得 重力做功1900J 則重力勢能減少1900J 選項C正確 D錯誤 由動能定理WG