高考物理新課標(biāo)一輪復(fù)習(xí)(課件+習(xí)題)第六章機(jī)械能第4講功能關(guān)系能量守恒定律分析

1、課標(biāo)版課標(biāo)版 物理物理第4講功能關(guān)系能量守恒定律一、功能關(guān)系一、功能關(guān)系1.內(nèi)容:(1)功是 的量度,即做了多少功就有 發(fā)生了轉(zhuǎn)化。(2)做功的過程一定伴隨著 ,而且 必通過做功來實(shí)現(xiàn)。教材研讀教材研讀能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化多少能多少能能量的轉(zhuǎn)化能量的轉(zhuǎn)化能量的轉(zhuǎn)化能量的轉(zhuǎn)化合外力的功(所有外力的功)動能變化重力做的功 變化彈簧彈力做的功 變化外力(除重力、彈力)做的功 變化一對滑動摩擦力做的總功 變化電場力做的功 變化分子力做的功 變化2.功與對應(yīng)能量的變化關(guān)系重力勢能重力勢能彈性勢能彈性勢能 機(jī)械能機(jī)械能內(nèi)能內(nèi)能電勢能電勢能 分子勢能分子勢能自測自測1 (2015北京東城期中)(多選)質(zhì)量為1

2、kg的物體被豎直向上拋出,在空中的加速度的大小為16 m/s2,最大上升高度為5 m,若g取10 m/s2,則在這個過程中( )A.重力勢能增加50 JB.動能減少50 JC.機(jī)械能減少30 JD.機(jī)械能守恒答案 AC重力勢能增加mgh=50 J,選項A正確;根據(jù)v2=2ah可得物體拋出速度為v=4 m/s,所以拋出時動能為80 J,上升過程機(jī)械能減少30 J,選項C正確、B、D錯誤。10二、能量守恒定律二、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= 。注

3、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。自測自測2 (辨析題)(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 (1) (2) (3)E增增考點(diǎn)一功能關(guān)系的應(yīng)用考點(diǎn)一功能關(guān)系的應(yīng)用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

4、。考點(diǎn)突破考點(diǎn)突破2.幾種常見的功能關(guān)系典例典例1 (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mg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

5、,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。2gh122av2gh本題綜合性很強(qiáng),分析滑塊b的速度變化,是解決本題的突破口。1-1 (2014廣東理綜,16,4分)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程中( )A.緩沖器的機(jī)械能守恒B.摩擦力做功

6、消耗機(jī)械能C.墊板的動能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能答案 B在彈簧壓縮過程中,由于摩擦力做功消耗機(jī)械能,因此機(jī)械能不守恒,選項A錯B對;墊板的動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能和內(nèi)能,選項C、D均錯誤。1-2 (2015江蘇單科,9,4分)(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(dá)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)( )A.下滑過程中,加速度一直減小B.下滑過程中,克服摩擦力做的功為mv2C.

7、在C處,彈簧的彈性勢能為mv2-mghD.上滑經(jīng)過B的速度大于下滑經(jīng)過B的速度1414滑過程中,加速度先減小后增大,選項A錯誤。下滑過程中,設(shè)克服摩擦力做的功為Wf,由動能定理mgh-Wf-W彈=0-0上滑過程中-mgh-Wf+W彈=0-mv2聯(lián)立得Wf=mv2,選項B正確。W彈=mgh-mv2,在C處,彈簧的彈性勢能等于圓環(huán)從AC過程克服彈簧彈力做的功,選項C錯誤。設(shè)從B到C克服彈簧彈力做功為W彈,克服摩擦力做功為Wf故有下滑過程從BC121414答案 BD圓環(huán)在B處速度最大,加速度為0,BC段加速度在增大,因此,下-W彈+mghBC-Wf=0-m上滑過程從CBW彈-mghBC-Wf=mv-

8、mv2聯(lián)立可得m-2Wf+mv2=mv因WfWf=mv2故2WfmvBvB,選項D正確。122Bv122B12122Bv12122B1412122B122Bv考點(diǎn)二對能量守恒定律的理解及應(yīng)用考點(diǎn)二對能量守恒定律的理解及應(yīng)用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

9、出能量守恒關(guān)系式:E減=E增。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。典例典例2如圖所示,質(zhì)量為m的小鐵塊A以水平速度v0沖上質(zhì)量為M、長為l、置于光滑水平面C上的木板B上,正好不從木板上掉下。已知A、B間的動摩擦因數(shù)為,此時長木板對地位移為x,求這一過程中:(1)木板增加的動能;(2)小鐵塊減少的動能;(3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量;(4)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。答案 (1)mgx (2)mg(x+l) (3)mgl (4)mgl解析設(shè)在此過程中A和B所受摩擦力分別為F、F,則F=F=

10、mg,A在F的作用下減速,B在F的作用下加速;當(dāng)A滑動到B的右端時,A、B達(dá)到一樣的速度v,就正好不掉下。(1)根據(jù)動能定理有:mgx=Mv2-0從上式可知EkB=mgx(2)滑動摩擦力對小鐵塊A做負(fù)功,根據(jù)功能關(guān)系可知EkA=-mg(x+l)即-mg(x+l)=mv2-m從上式可知小鐵塊的動能減少了mg(x+l)(3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量E=m-mv2-Mv2由可知E=mgl(4)根據(jù)能量守恒可知Q=mgl。12121220v1220v1212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

11、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),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

12、積,即Q=Ffl相。2-1 (2015河南開封二模,16)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=Q2 B.W1=W2,Q1=Q2C.W1W2,Q1Q2 D.W1=W2,Q1Q2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A正確?？键c(diǎn)三傳送帶模型及其能量問題考點(diǎn)三傳送帶模型及其能量問題1.模型構(gòu)建傳送帶是應(yīng)

13、用較廣泛的一種傳動裝置,把物體放到運(yùn)動著的傳送帶上,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.模型特點(diǎn)(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

14、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。典例典例3如圖所示,繃緊的傳送帶與水平面的夾角=30,皮帶在電動機(jī)的帶動下,始終保持v0=2 m/s的速率運(yùn)行,現(xiàn)把一質(zhì)量為m=10 kg的工件(可看做質(zhì)點(diǎn))輕輕放在皮帶的底端,經(jīng)過時間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摩擦因數(shù);(2)電動機(jī)由于傳送工件多消耗的電能。答案 (1) (2)230 J解析 (1)由圖可知,皮帶長x=3 m。工件速度達(dá)到v0前,做勻加速運(yùn)動的位移x1=t1=t1勻速運(yùn)動的位移為x-x1=v0(t-t1)解得

15、加速運(yùn)動的時間t1=0.8 s。所以加速運(yùn)動的位移x1=0.8 m,加速度a=2.5 m/s2由牛頓第二定律有:mg cos -mg sin =ma,32sinhv02v01vt解得=(2)工件在勻加速時間內(nèi)皮帶的位移為x皮=v0t1=1.6 m則工件相對皮帶的位移x相=x皮-x1=0.8 m摩擦生熱Q=mg cos 30 x相=60 J工件獲得的動能Ek=m=20 J工件勢能的增加量Ep=mgh=150 J則電動機(jī)多消耗的電能E=Q+Ek+Ep=230 J321220v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)

16、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。3-1 (2015陜西西工大附中適應(yīng)考)(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mgv1212D.傳送帶克服摩擦力做功為mv2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A錯;根

17、據(jù)動能定理,可得摩擦力對物體做的功為Wf=mgt=mv2,選項B正確;電動機(jī)增加的功率P=mgv,選項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2倍,即mv2,選項D錯誤。12212mv2v12物體動能增量摩擦生熱時間22vvmgtmgtt2vt考點(diǎn)四機(jī)械能守恒定律與動能定理的區(qū)別與聯(lián)系考點(diǎn)四機(jī)械能守恒定律與動能定理的區(qū)別與聯(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。表達(dá)這兩個規(guī)律的方程式是標(biāo)

18、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 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。3.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)。4.物體所受的合外力做的功等于動能的改變;除重力和系統(tǒng)內(nèi)

19、彈力以外的其他力做的總功等于機(jī)械能的改變。5.聯(lián)系:由動能定理可以推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律。典例典例4如圖所示,輪半徑r=10 cm的傳送帶,水平部分AB的長度L=1.5 m,與一圓心在O點(diǎn)、半徑R=1 m的豎直光滑圓軌道的末端相切于A點(diǎn),AB高出水平地面H=1.25 m,一質(zhì)量m=0.1 kg的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn)),從圓軌道上的P點(diǎn)由靜止釋放,OP與豎直線的夾角=37。已知sin 37=0.6,cos 37=0.8,g=10 m/s2,滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)=0.1,不計空氣阻力。(1)求滑塊對圓軌道末端的壓力;(2)若傳送帶一直保持靜止,求滑塊的落地點(diǎn)與B點(diǎn)間的水平距離;(3)若傳送帶以v0=0.5 m/s的速度沿逆時針方向運(yùn)行(傳送帶上部分由B到A運(yùn)動),求滑塊在傳送帶上滑行過程中產(chǎn)生的內(nèi)能。答案 (1)1.4 N,方向豎直向下 (2)0.5 m (3)0.2 J解析 (1)滑塊從P點(diǎn)到圓軌道末端的過程中,由機(jī)械能守恒定律得mgR(1-cos 37)=mv2在圓軌道末端由牛頓第二定律得:FN-mg=由以上兩式得FN=1.4 N122mvR由牛頓第三定律得,滑塊對圓軌道末端的壓力大小為1.4 N,方向豎