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(guò)程一定伴隨著 ,而且 必通過(guò)做功來(lái)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(dòng)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(duì)滑動(dòng)摩擦力做的總功 變化電場(chǎng)力做的功 變化分子力做的功 變化2.功與對(duì)應(yīng)能量的變化關(guān)系重力勢(shì)能重力勢(shì)能彈性勢(shì)能彈性勢(shì)能 機(jī)械能機(jī)械能內(nèi)能內(nèi)能電勢(shì)能電勢(shì)能 分子勢(shì)能分子勢(shì)能自測(cè)自測(cè)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(gè)過(guò)程中( )A.重力勢(shì)能增加50 JB.動(dòng)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(shì)能增加mgh=50 J,選項(xiàng)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(shí)動(dòng)能為80 J,上升過(guò)程機(jī)械能減少30 J,選項(xiàng)C正確、B、D錯(cuò)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(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(guò)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(cè)自測(cè)2 (辨析題)(1)力對(duì)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(guò)程中,其總量有可能增加。( )(3)能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中總量保持不變,故沒(méi)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(duì)功能關(guān)系的進(jìn)一步理解(1)做功的過(guò)程是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。不同形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功來(lái)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(duì)應(yīng)不同形式的能轉(zhuǎn)化,具有一一對(duì)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(jiàn)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(guò)鉸鏈用剛性輕桿連接,由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。不計(jì)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(duì)b一直做正功B.a落地時(shí)速度大小為C.a下落過(guò)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(shí),b對(duì)地面的壓力大小為mg答案 BD因?yàn)闂U對(duì)滑塊b的限制,a落地時(shí)b的速度為零,所以b的運(yùn)動(dòng)為先加速后減速,桿對(duì)b的作用力對(duì)b做的功即為b所受合外力做的總功,由動(dòng)能定理可知,桿對(duì)b先做正功后做負(fù)功

5、,故A錯(cuò)。對(duì)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(duì)a的作用效果為先推后拉,桿對(duì)a的作用力為拉力時(shí),a下落過(guò)程中的加速度大小會(huì)大于g,即C錯(cuò)。由功能關(guān)系可知,當(dāng)桿對(duì)a的推力減為零的時(shí)刻,即為a的機(jī)械能最小的時(shí)刻,此時(shí)桿對(duì)a和b的作用力均為零,故b對(duì)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(chē)車(chē)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(chē)廂相互撞擊使彈簧壓縮的過(guò)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(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能答案 B在彈簧壓縮過(guò)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(xiàng)A錯(cuò)B對(duì);墊板的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能和內(nèi)能,選項(xiàng)C、D均錯(cuò)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(zhǎng)。圓環(huán)從A處由靜止開(kāi)始下滑,經(jīng)過(guò)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(guò)程中,加速度一直減小B.下滑過(guò)程中,克服摩擦力做的功為mv2C.

7、在C處,彈簧的彈性勢(shì)能為mv2-mghD.上滑經(jīng)過(guò)B的速度大于下滑經(jīng)過(guò)B的速度1414滑過(guò)程中,加速度先減小后增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。下滑過(guò)程中,設(shè)克服摩擦力做的功為Wf,由動(dòng)能定理mgh-Wf-W彈=0-0上滑過(guò)程中-mgh-Wf+W彈=0-mv2聯(lián)立得Wf=mv2,選項(xiàng)B正確。W彈=mgh-mv2,在C處,彈簧的彈性勢(shì)能等于圓環(huán)從AC過(guò)程克服彈簧彈力做的功,選項(xiàng)C錯(cuò)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(guò)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(guò)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(xiàng)D正確。122Bv122B12122Bv12122B1412122B122Bv考點(diǎn)二對(duì)能量守恒定律的理解及應(yīng)用考點(diǎn)二對(duì)能量守恒定律的理解及應(yīng)用1.對(duì)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(gè)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(dòng)能、勢(shì)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(wèn)題,要分析所有參與變化的能量。(2)高考考查該類(lèi)問(wèn)題,常綜合類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)以及電磁學(xué)知識(shí)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(zhǎng)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(dòng)摩擦因數(shù)為,此時(shí)長(zhǎng)木板對(duì)地位移為x,求這一過(guò)程中:(1)木板增加的動(dòng)能;(2)小鐵塊減少的動(dòng)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(guò)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(dòng)到B的右端時(shí),A、B達(dá)到一樣的速度v,就正好不掉下。(1)根據(jù)動(dòng)能定理有:mgx=Mv2-0從上式可知EkB=mgx(2)滑動(dòng)摩擦力對(duì)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(dòng)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(wèn)題時(shí),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(gè)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(duì)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(guò)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(méi)有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。(2)滑動(dòng)摩擦力做的功單個(gè)滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體做正功,也可以對(duì)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(duì)滑動(dòng)摩擦力所做功的代數(shù)和總為負(fù)值,其絕對(duì)值恰等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能)一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的過(guò)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(dòng)摩擦力與相對(duì)路程的乘

12、積,即Q=Ffl相。2-1 (2015河南開(kāi)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(dòng),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(duì)于B的位移是相等的,由Q=fl相對(duì),可知Q1=Q2;第一次A的對(duì)地位移要小于第二次A的對(duì)地位移,由W=Fl,可知W1W2,所以選項(xiàng)A正確。考點(diǎn)三傳送帶模型及其能量問(wèn)題考點(diǎn)三傳送帶模型及其能量問(wèn)題1.模型構(gòu)建傳送帶是應(yīng)

13、用較廣泛的一種傳動(dòng)裝置,把物體放到運(yùn)動(dòng)著的傳送帶上,物體將在靜摩擦力或滑動(dòng)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(dòng)。(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(duì)滑動(dòng)。3.模型特點(diǎn)(1)若物體輕輕放在勻速運(yùn)動(dòng)的傳送帶上,物體一定要和傳送帶之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),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(kāi)始加速,如果動(dòng)摩擦因數(shù)較大,則物體隨傳送帶一起加速;如果動(dòng)摩擦因數(shù)較小,則物體將跟不上傳送帶的運(yùn)動(dòng),相對(duì)傳送帶向后滑動(dòng)。(3)若物體與水平傳送帶

14、一起勻速運(yùn)動(dòng),則物體與傳送帶之間沒(méi)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(dòng)機(jī)的帶動(dòng)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(guò)時(shí)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(dòng)摩擦因數(shù);(2)電動(dòng)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(zhǎng)x=3 m。工件速度達(dá)到v0前,做勻加速運(yùn)動(dòng)的位移x1=t1=t1勻速運(yùn)動(dòng)的位移為x-x1=v0(t-t1)解得

15、加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=0.8 s。所以加速運(yùn)動(dòng)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(shí)間內(nèi)皮帶的位移為x皮=v0t1=1.6 m則工件相對(duì)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(dòng)能Ek=m=20 J工件勢(shì)能的增加量Ep=mgh=150 J則電動(dòng)機(jī)多消耗的電能E=Q+Ek+Ep=230 J321220v傳送帶上動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析思路(1)明確研究對(duì)象。(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析、過(guò)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(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律列方程解決物體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。(4)利用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn),解決傳送帶問(wèn)題中的功能轉(zhuǎn)化問(wèn)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(dòng)機(jī)帶動(dòng),始終保持以速率v勻速運(yùn)動(dòng),物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,物體過(guò)一會(huì)兒能保持與傳送帶相對(duì)靜止,對(duì)于物體從靜止釋放到相對(duì)傳送帶靜止這一過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是 ( )A.電動(dòng)機(jī)多做的功為mv2B.摩擦力對(duì)物體做的功為mv2C.電動(dòng)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(dòng)機(jī)多做的功為物體動(dòng)能增量和摩擦生熱(Q),選項(xiàng)A錯(cuò);根

17、據(jù)動(dòng)能定理,可得摩擦力對(duì)物體做的功為Wf=mgt=mv2,選項(xiàng)B正確;電動(dòng)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(duì)物體做功的2倍,即mv2,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。12212mv2v12物體動(dòng)能增量摩擦生熱時(shí)間22vvmgtmgtt2vt考點(diǎn)四機(jī)械能守恒定律與動(dòng)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(dòng)能定理的區(qū)別與聯(lián)系機(jī)械能守恒定律和動(dòng)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(dòng)能定理都是從做功和能量變化的角度來(lái)研究物體在力的作用下?tīng)顟B(tài)的變化。表達(dá)這兩個(gè)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(dòng)能定理的成立沒(méi)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(dòng)能定理一般適用于單個(gè)物體的情況,用于多個(gè)物體組成的系統(tǒng)的情況在高中階段非常少見(jiàn);而機(jī)械能守恒定律適用于由兩個(gè)(或兩個(gè)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)摩擦因數(shù)=0.1,不計(jì)空氣阻力。(1)求滑塊對(duì)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(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行(傳送帶上部分由B到A運(yùn)動(dòng)),求滑塊在傳送帶上滑行過(guò)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(guò)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(duì)圓軌道末端的壓力大小為1.4 N,方向豎