高考物理一輪復(fù)習(xí)：功能關(guān)系能量守恒定律課件

1、第4講 功能關(guān)系 能量守恒定律第4講 功能關(guān)系 能量守恒定律考點1 功能關(guān)系1.功和能(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)化考點1 功能關(guān)系1.功和能能量轉(zhuǎn)化能量能量的轉(zhuǎn)化能量的轉(zhuǎn)化2.常見的幾種功能對應(yīng)關(guān)系(1)合外力做功等于物體動能的改變，即W合=Ek2-Ek1=Ek.(動能定理)(2)重力做功等于物體重力勢能的改變，即WG=Ep1-Ep2=-Ep.(3)彈簧彈力做功等于彈性勢能的改變，即WF=Ep1-Ep2=-Ep.(4)除了重力和彈簧彈力之外的其他力所做的總功，等于物體機械能的改變，

2、即W其他力=E2-E1=E.(功能原理)2.常見的幾種功能對應(yīng)關(guān)系1.動能的改變量、機械能的改變量分別與對應(yīng)的功相等.2.重力勢能、彈性勢能、電勢能的改變量與對應(yīng)的力做的功數(shù)值相等，但符號相反.3.摩擦力做功的特點及其與能量的關(guān)系1.動能的改變量、機械能的改變量分別與對應(yīng)的功相等. 類別靜摩擦力滑動摩擦力不同點相同點比較能量的轉(zhuǎn)化方面只有能量的轉(zhuǎn)移，而沒有能量的轉(zhuǎn)化既有能量的轉(zhuǎn)移，又有能量的轉(zhuǎn)化一對摩擦力的總功方面一對靜摩擦力所做功的代數(shù)總和等于零一對滑動摩擦力所做功的代數(shù)和不為零，總功W=-Ffl相對，即摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱量正功、負功、不做功方面兩種摩擦力對物體可以做正功、負功，還可以不做功 類

3、別靜摩擦力滑動摩擦力相比較能量的轉(zhuǎn)化方面只有能量的轉(zhuǎn)質(zhì)量為m的滑塊，沿高為h，長為L的粗糙斜面勻速下滑，在滑塊從斜面頂端滑到底端的過程中，下列說法中正確的是( )A.滑塊的機械能減少了mghB.滑塊的機械能不變C.滑塊勢能的變化量等于mghD.滑塊動能的變化量等于mgh質(zhì)量為m的滑塊，沿高為h，長為L的粗糙斜面勻速下滑，在滑塊從【解析】選A.滑塊勻速下滑時，滑動摩擦力Ff=mgsin=故下滑過程中滑動摩擦力做的功為-FfL=-mgh,機械能減少了mgh，A正確，B錯誤；重力做功為mgh，滑塊重力勢能的變化量為-mgh，故C錯誤；滑塊勻速下滑，動能不變，D錯誤.【解析】選A.滑塊勻速下滑時，滑動

4、摩擦力Ff=mgsin=1.內(nèi)容:能量既不能憑空_，也不能憑空消失，它只能從一種形式_為另一種形式，或者從一個物體_到別的物體，在_的過程中其總量_.2.表達式：E減=_.考點2 能量守恒定律產(chǎn)生轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移保持不變E增1.內(nèi)容:能量既不能憑空_，也不能憑空消失，它只能從1.對定律的兩點說明(1)某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等；(2)某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等.1.對定律的兩點說明2.應(yīng)用定律解題的步驟(1)分清有多少形式的能，如動能、勢能(包括重力勢能、彈性勢能、電勢能)、內(nèi)能等發(fā)生變化.(2)明確哪種

5、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增的表達式.(3)列出能量守恒關(guān)系式：E減=E增.2.應(yīng)用定律解題的步驟勁度系數(shù)為k的輕彈簧，上端固定，下端掛一個質(zhì)量為m的小球，小球靜止時距地面高h.現(xiàn)用力向下拉球使球與地面接觸，然后從靜止釋放小球，假設(shè)彈簧始終在彈性限度內(nèi)，下列說法錯誤的是( )A.球上升過程中，系統(tǒng)的機械能保持不變B.球上升過程中，系統(tǒng)的勢能不斷增大C.球距地面高度為h時，速度最大D.球在運動過程中的最大加速度是勁度系數(shù)為k的輕彈簧，上端固定，下端掛【解析】選B.球上升過程中，只有重力和彈力做功，機械能守恒，A對.球上升過程動能先增大，后減小，系統(tǒng)的

6、勢能先減小，后增大，B錯.球距地面高度為h時，所受重力和彈力相等，合力為零，速度最大，C對.球在開始運動時加速度最大，設(shè)小球受力平衡時，彈簧伸長x0，則kx0=mg,根據(jù)牛頓第二定律得：k(h+x0)-mg=ma.所以a= D對.【解析】選B.球上升過程中，只有重力和彈力做功，機械能守 功能關(guān)系的應(yīng)用技巧【例證1】如圖所示，質(zhì)量為m的物體(可視為質(zhì)點)以某一速度從A點沖上傾角為30的固定斜面，其運動的加速度為 此物體在斜面上上升的最大高度為h，則在這個過程中物體( )A.重力勢能增加了 mghB.機械能損失了mghC.動能損失了mghD.機械能損失了 mgh 功能關(guān)系的應(yīng)用技巧【解題指南】解答

7、本題應(yīng)從以下兩點重點把握：(1)由物體的加速度和牛頓第二定律確定摩擦阻力的大小和方向.(2)能量的變化與對應(yīng)力做功的關(guān)系.【解題指南】解答本題應(yīng)從以下兩點重點把握：【自主解答】選D.設(shè)物體受到的摩擦阻力為f，由牛頓運動定律得f+mgsin30=ma= mg,解得f= mg.重力勢能的變化由重力做功決定，故Ep=mgh.動能的變化由合外力做功決定：(f+mgsin30)x=max= mg機械能的變化由重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功決定，故E機械=fx= mg 故D正確，A、B、C錯誤.【自主解答】選D.設(shè)物體受到的摩擦阻力為f，【總結(jié)提升】功能關(guān)系的選用技巧(1)在應(yīng)用功能關(guān)系解決具體問題的過

8、程中,若只涉及動能的變化用動能定理分析.(2)只涉及重力勢能的變化用重力做功與重力勢能變化的關(guān)系分析.(3)只涉及機械能變化用除重力和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做功與電勢能變化的關(guān)系分析.【總結(jié)提升】功能關(guān)系的選用技巧【變式訓(xùn)練】一個物體自斜面底端被彈出而沿斜面上滑，滑到最高處后又滑下來，回到斜面底端，在物體上滑和下滑過程中(斜面不光滑)( )A.物體的加速度一樣大B.重力做功的平均功率一樣大C.動能的變化值一樣大D.機械能的變化值一樣大【變式訓(xùn)練】一個物體自斜面底端被彈出而沿斜面上滑，滑到最高處【解析】選D.上滑和下滑時，摩擦力方向相反，故加速度

9、不同，A錯；下滑所用時間長，重力做功又相同，故B錯；合力做的功不同，上滑時動能變化大，C錯；往返兩過程中摩擦力都做負功且相同，機械能減小相同，D對.【解析】選D.上滑和下滑時，摩擦力方向相反，故加速度不同，A【變式備選】如圖所示，一表面光滑的木板可繞固定的水平軸O轉(zhuǎn)動，木板從水平位置OA轉(zhuǎn)到OB位置的過程中，木板上重為5 N的物塊從靠近轉(zhuǎn)軸的位置由靜止開始滑到圖中虛線所示位置，在這一過程中，物塊的重力勢能減少了4 J.則以下說法正確的是(取g=10 m/s2)( )A.物塊的豎直高度降低了0.8 mB.由于木板轉(zhuǎn)動，物塊下降的豎直高度必大于0.8 mC.物塊獲得的動能為4 JD.由于木板轉(zhuǎn)動，

10、物塊的機械能必定增加【變式備選】如圖所示，一表面光滑的木【解析】選A.由重力勢能的表達式Ep=mgh,重力勢能減少了4 J，而mg=5 N,故h=0.8 m,A項正確、B項錯誤；木板轉(zhuǎn)動，木板的支持力對物塊做負功，故物塊機械能不守恒，C、D項均錯誤.【解析】選A.由重力勢能的表達式Ep=mgh,重力勢能減少了 利用能量守恒定律規(guī)范解題【例證2】(15分)如圖所示，一物體質(zhì)量m=2 kg，在傾角為=37的斜面上的A點以初速度v0=3 m/s下滑，A點距彈簧上端B的距離AB=4 m.當物體到達B后將彈簧壓縮到C點，最大壓縮量BC=0.2 m,然后物體又被彈簧彈上去，彈到的最高位置為D點，D點距A點

11、AD=3 m.擋板及彈簧質(zhì)量不計，g取10 m/s2,sin37=0.6,求： 利用能量守恒定律規(guī)范解題(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù).(2)彈簧的最大彈性勢能Epm.【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點：(1)摩擦力做負功，系統(tǒng)機械能不守恒.(2)彈性勢能最大時，彈簧壓縮量最大.(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù).【規(guī)范解答】(1)物體從開始位置A點到最后D點的過程中，彈性勢能沒有發(fā)生變化，動能和重力勢能減少，機械能的減少量為 (2分)物體克服摩擦力產(chǎn)生的熱量為Q=fx (2分)其中x為物體的路程，即x=5.4 m (1分)f=mgcos37 (1分)由能量守恒定律可得E=Q (2分)由式解得=

12、0.52. (1分)【規(guī)范解答】(1)物體從開始位置A點到最后D點的過程中，彈性(2)由A到C的過程中，動能減少 (1分)重力勢能減少Ep=mglACsin37 (1分)摩擦生熱Q=flAC=mgcos37lAC (1分)由能量守恒定律得彈簧的最大彈性勢能為Epm=Ek+Ep-Q (2分)聯(lián)立解得Epm=24.5 J. (1分)答案：(1)0.52 (2)24.5 J(2)由A到C的過程中，動能減少【總結(jié)提升】涉及能量轉(zhuǎn)化問題的解題方法(1)當涉及摩擦力做功，機械能不守恒時，一般應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律.(2)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

13、，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.【總結(jié)提升】涉及能量轉(zhuǎn)化問題的解題方法【變式訓(xùn)練】如圖所示，水平面上的輕彈簧一端與物體相連，另一端固定在墻上P點，已知物體的質(zhì)量為m=2.0 kg,物體與水平面間的動摩擦因數(shù)=0.4,彈簧的勁度系數(shù)k=200 N/m.現(xiàn)用力F拉物體，使彈簧從處于自然狀態(tài)的O點由靜止開始向左移動10 cm，這時彈簧具有彈性勢能Ep=1.0 J,物體處于靜止狀態(tài)，若取g=10 m/s2,則撤去外力F后( )【變式訓(xùn)練】如圖所示，水平面上的輕A.物體向右滑動的距離可以達到12.5 cmB.物體向右滑動的距離一定小于12.5 cmC.物體回到O點

14、時速度最大D.物體到達最右端時系統(tǒng)機械能為0A.物體向右滑動的距離可以達到12.5 cm【解析】選B.物體向右滑動時，kx-mg=ma,當a=0時速度達到最大，而此時彈簧的伸長量 物體沒有回到O點，故C錯誤；因彈簧處于原長時，Epmgx=0.8 J,故物體到O點后繼續(xù)向右運動，彈簧被壓縮，因有Ep=mgxm+Ep，得 故A錯誤，B正確；因物體滑到最右端時，動能為零，彈性勢能不為零，故系統(tǒng)的機械能不為零，D錯誤.【解析】選B.物體向右滑動時，kx-mg=ma,當a=0時考查內(nèi)容與彈簧有關(guān)的能量問題【例證】如圖所示，用輕彈簧將質(zhì)量均為m=1 kg的物塊A和B連接起來，將它們沿豎直方向固定在空中，彈

15、簧處于原長狀態(tài)，A距地面的高度h1=0.90 m.同時釋放兩物塊，A與地面碰撞后速度立即變?yōu)榱?，由于B壓縮彈簧后被反彈，使A剛好能離開地面(但不繼續(xù)上升).若將B物塊換為質(zhì)量為2m的物塊C(圖中未畫出)，仍將它與A固定在空中且彈簧處于原長，從A距地面的高度為h2考查內(nèi)容與彈簧有關(guān)的能量問題【例證】如圖所示，用輕彈簧將質(zhì)量處同時釋放，C壓縮彈簧被反彈后，A也剛好能離開地面.已知彈簧的勁度系數(shù)k=100 N/m，求h2.(取g=10 m/s2)處同時釋放，C壓縮彈簧被反彈后，A也剛好能離開地面.已知彈簧【規(guī)范解答】設(shè)A物塊落地時，B物塊的速度為v1,則有設(shè)A剛好離地時，彈簧的形變量為x，對A物塊有

16、mg=kx從A落地后到A剛好離開地面的過程中，對于A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，則有換成C后，設(shè)A落地時，C的速度為v2，則有從A落地后到A剛好離開地面的過程中，A、C及彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，則有聯(lián)立解得h2=0.5 m.答案：0.5 m【規(guī)范解答】設(shè)A物塊落地時，B物塊的速度為v1,則有傳送帶模型中的動力學(xué)問題和功能關(guān)系問題傳送帶是應(yīng)用較廣泛的一種傳動裝置，與生產(chǎn)、生活實際緊密相連，所涉及的問題能很好地培養(yǎng)提升學(xué)生分析綜合能力.下面從兩個角度對傳送帶模型進行分析.傳送帶模型中的動力學(xué)問題和功能關(guān)系問題1.傳送帶上的動力學(xué)問題解決此類問題的思路：(1)明確研究對象.(2)對研究對象進行

17、受力分析、過程分析和狀態(tài)分析，建立清晰的物理模型.(3)利用牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律列方程求解.1.傳送帶上的動力學(xué)問題【典題例證】如圖所示，傳送帶與地面的傾角=37，從A端到B端的長度為16 m，傳送帶以v=10 m/s的速度沿逆時針方向轉(zhuǎn)動.在傳送帶上端A處無初速度地放置一個質(zhì)量為0.5 kg的物體，它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為=0.5，求物體從A端運動到B端所需的時間是多少？(sin37=0.6,cos37=0.8，g=10 m/s2)【典題例證】如圖所示，傳送帶與地面【命題探究】本題主要考查傳送帶模型中的動力學(xué)問題，重在對傳送帶上的物體進行受力分析和過程分析.【命題探究】本題主要考查傳

18、送帶模型中的動力學(xué)問題，重在對傳送【深度剖析】當物體放在A端到兩者速度相同的過程中設(shè)物體的加速度為a1，由牛頓第二定律得：mgsin+mgcos=ma1設(shè)物體速度從零增大到與傳送帶相同時所用時間為t1，運動位移為x,則v=a1t1但由于mgsinmgcos ，因而此時物體不是勻速運動而是繼續(xù)做加速運動.設(shè)這個過程物體的加速度為a2，則由牛頓第二定律得【深度剖析】當物體放在A端到兩者速度相同的過程中設(shè)物體mgsin-mgcos=ma2其運動的位移為：L-x=vt2+物體下滑的總時間為t=t1+t2聯(lián)立以上各式解得：t=2 smgsin-mgcos=ma22.傳送帶上的功能關(guān)系問題【典題例證】如圖

19、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=2 m/s的速率運行，現(xiàn)把一質(zhì)量為m=10 kg的工件(可看做質(zhì)點)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)電動機由于傳送工件多消耗的電能.2.傳送帶上的功能關(guān)系問題【命題探究】本題綜合考查了動力學(xué)及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的應(yīng)用.第一問重點在對運動過程分析的基礎(chǔ)上的公式應(yīng)用，第二問是考查能量守恒問題.【命題探究】本題綜合考查了動力學(xué)及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的應(yīng)用.【深度剖析】(1)由圖可知，皮帶長 工件速度達v0前，做勻加速運

20、動的位移勻速運動的位移為x-x1=v0(t-t1)解得加速運動的時間t1=0.8 s，加速運動的位移x1=0.8 m所以加速度a= =2.5 m/s2由牛頓第二定律有：mgcos-mgsin=ma解得=【深度剖析】(1)由圖可知，皮帶長 工(2)從能量守恒的觀點，顯然電動機多消耗的電能用于增加工件的動能、勢能以及克服傳送帶與工件之間發(fā)生相對位移時摩擦力做功發(fā)出的熱量.在時間t1內(nèi)，皮帶運動的位移x皮=v0t1=1.6 m在時間t1內(nèi)，工件相對皮帶的位移x相=x皮-x1=0.8 m在時間t1內(nèi)，摩擦發(fā)熱Q=mgcosx相=60 J工件獲得的動能Ek= =20 J工件增加的勢能Ep=mgh=150

21、 J電動機多消耗的電能W=Q+Ek+Ep=230 J.(2)從能量守恒的觀點，顯然電動機多消耗的電能用于增加工件的1.如圖所示，在一個盛水的杯子里有一木塊.開始時木塊被一根細繩拴住而完全沒入水中，整個裝置與外界絕熱，斷開細繩，則木塊將浮到水面上，最后達到平衡，在這一過程中，水、杯子和木塊組成的系統(tǒng)( )A.內(nèi)能增大B.內(nèi)能減小C.內(nèi)能不變D.條件不足，無法判斷1.如圖所示，在一個盛水的杯子里有一木塊.【解析】選A.細繩斷后，木塊上升，同體積的水下移，系統(tǒng)重心下移，重力勢能減小，由能量守恒定律可知，水、杯子和木塊組成的系統(tǒng)內(nèi)能一定增大，A正確.【解析】選A.細繩斷后，木塊上升，同體積的水下移，系

22、統(tǒng)重心下2.物體在豎直方向上分別做了勻速上升、加速上升和減速上升三種運動.在這三種情況下物體機械能的變化情況是( )A.勻速上升機械能不變，加速上升機械能增加，減速上升機械能減小B.勻速上升和加速上升機械能增加，減速上升機械能減小C.勻速上升和加速上升機械能增加，減速上升機械能可能增加，可能減少，也可能不變D.三種情況中，物體的機械能均增加2.物體在豎直方向上分別做了勻速上升、加速上升和減速上升三種【解析】選C.無論物體向上加速還是勻速運動，除重力外，其他外力一定對物體做正功，物體機械能都增加，物體向上減速運動時，除重力外，物體受到的其他外力不確定，故無法確定其機械能的變化，C正確.【解析】選

23、C.無論物體向上加速還是勻速運動，除重力外，其他外3.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，在向右移動一段距離的過程中拉力F做了10 J的功.在上述過程中( )A.彈簧的彈性勢能增加了10 JB.滑塊的動能增加了10 JC.滑塊和彈簧組成的系統(tǒng)機械能增加了10 JD.滑塊和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒3.滑塊靜止于光滑水平面上，與之相連【解析】選C.拉力F做功的同時，彈簧伸長，彈性勢能增大，滑塊向右加速，滑塊動能增加，由功能關(guān)系可知，拉力做功等于滑塊的動能與彈簧彈性勢能的增加量之和，C正確，A、B、D均錯誤.【解析】選C.拉力F做功的同時，彈簧伸長，彈性勢能增大，滑塊4.如圖所示，ABCD是一個盆式容器，盆內(nèi)側(cè)壁與盆底BC的連接處都是一段與BC相切的圓弧，B、C在水平線上，其距離d=0.5 m.盆邊緣的高度為h=0.30 m.在A處放一個質(zhì)量為m的小物塊并讓其由靜止出發(fā)下滑.已知