2022版?zhèn)鋺?zhàn)老高考一輪復(fù)習(xí)物理第4講 功能關(guān)系 能量守恒定律 課件

大一輪復(fù)習(xí)講義第六章機械能第4講

功能關(guān)系能量守恒定律1.熟練掌握幾種常見的功能關(guān)系，并會用于解決實際問題.2.掌握一對摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系.3.會應(yīng)用能量守恒觀點解決綜合問題.【目標(biāo)要求】內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN考點一功能關(guān)系的理解和應(yīng)用考點二摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化考點三能量守恒定律的理解和應(yīng)用課時精練考點一功能關(guān)系的理解和應(yīng)用011.對功能關(guān)系的理解(1)做功的過程就是

的過程，不同形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化是通過做功來實現(xiàn)的.(2)功是能量轉(zhuǎn)化的

，功和能的關(guān)系，一是體現(xiàn)在不同的力做功，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)值上相等.基礎(chǔ)回扣能量轉(zhuǎn)化量度2.常見的功能關(guān)系幾種常見力做功對應(yīng)的能量變化關(guān)系式重力正功重力勢能_____WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2負功重力勢能______彈簧等的彈力正功彈性勢能______W彈＝－ΔEp＝Ep1－Ep2負功彈性勢能______電場力正功電勢能_____W電＝－ΔEp＝Ep1－Ep2負功電勢能______減少增加減少增加減少增加合力正功動能_____W合＝ΔEk＝Ek2－Ek1負功動能______除重力和彈簧彈力以外的其他力正功機械能______W其他＝ΔE＝E2－E1負功機械能_____一對滑動摩擦力做功機械能_____內(nèi)能_____Q＝Ff·Δs相對增加減少增加減少減少增加1.物體動能的增加與減少要看合外力對物體做正功還是做負功.2.勢能的增加與減少要看對應(yīng)的作用力(如重力、彈簧彈力、電場力等)做負功還是做正功.3.機械能增加與減少要看重力和彈簧彈力之外的力對物體做正功還是做負功.技巧點撥例1

(多選)(2019·廣東天河華南師大附中期末)如圖1所示，質(zhì)量為m的小車在水平恒力F推動下，從山坡底部A處由靜止運動至高為h的B處，獲得的速度為v，AB的水平距離為s，重力加速度為g.下列說法正確的是A.小車克服重力所做的功是mghB.合力對小車做的功是C.推力對小車做的功是Fs－mghD.阻力對小車做的功是考向1功能關(guān)系的理解圖1√√√解析

上升過程，重力做功為WG＝mgΔh＝mg(hA－h(huán)B)＝－mgh，故小車克服重力所做的功是mgh，故A正確；例2

(多選)(2020·全國卷Ⅰ·20)一物塊在高3.0m、長5.0m的斜面頂端從靜止開始沿斜面下滑，其重力勢能和動能隨下滑距離s的變化如圖2中直線Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10m/s2.則A.物塊下滑過程中機械能不守恒B.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.5C.物塊下滑時加速度的大小為6.0m/s2D.當(dāng)物塊下滑2.0m時機械能損失了12J考向2功能關(guān)系與圖像結(jié)合圖2√√解析

由E－s圖像知，物塊動能與重力勢能的和減小，則物塊下滑過程中機械能不守恒，故A正確；由E－s圖像知，整個下滑過程中，物塊機械能的減少量為ΔE＝30J－10J＝20J，重力勢能的減少量ΔEp＝mgh＝30J，又ΔE＝μmgcosα·s，其中cosα＝

＝0.8，h＝3.0m，g＝10m/s2，則可得m＝1kg，μ＝0.5，故B正確；物塊下滑時的加速度大小a＝gsinα－μgcosα＝2m/s2，故C錯誤；物塊下滑2.0m時損失的機械能為ΔE′＝μmgcosα·s′＝8J，故D錯誤.考點二摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化021.摩擦力做功的特點(1)一對靜摩擦力所做功的代數(shù)和總等于零；(2)一對滑動摩擦力做功的代數(shù)和總是負值，差值為機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分，也就是系統(tǒng)機械能的損失量；(3)說明：兩種摩擦力對物體都可以做正功，也可以做負功，還可以不做功.2.三步求解相對滑動物體的能量問題(1)正確分析物體的運動過程，做好受力分析.(2)利用運動學(xué)公式，結(jié)合牛頓第二定律分析物體的速度關(guān)系及位移關(guān)系，求出兩個物體的相對位移.(3)代入公式Q＝Ff·x相對計算，若物體在傳送帶上做往復(fù)運動，則為相對路程s相對.例3

(多選)如圖3所示，質(zhì)量為M、長度為L的小車靜止在光滑水平面上，質(zhì)量為m的小物塊(可視為質(zhì)點)放在小車的最左端.現(xiàn)用一水平恒力F作用在小物塊上，使小物塊從靜止開始做勻加速直線運動.小物塊和小車之間的摩擦力為Ff，小物塊滑到小車的最右端時，小車運動的距離為x.此過程中，以下結(jié)論正確的是A.小物塊到達小車最右端時具有的動能

為(F－Ff)(L＋x)B.小物塊到達小車最右端時，小車具有的動能為FfxC.小物塊克服摩擦力所做的功為Ff(L＋x)D.系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能為Fx圖3√√√解析

由動能定理可得，小物塊到達小車最右端時的動能Ek物＝W合＝(F－Ff)(L＋x)，A正確；小物塊到達小車最右端時，小車的動能Ek車＝Ff

x，B正確；小物塊克服摩擦力所做的功Wf＝Ff(L＋x)，C正確；系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能為Ff

L，D錯誤.1.(摩擦力做功)(多選)(2019·江蘇卷·8)如圖4所示，輕質(zhì)彈簧的左端固定，并處于自然狀態(tài).小物塊的質(zhì)量為m，從A點向左沿水平地面運動，壓縮彈簧后被彈回，運動到A點恰好靜止.物塊向左運動的最大距離為s，與地面間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g，彈簧未超出彈性限度.在上述過程中A.彈簧的最大彈力為μmgB.物塊克服摩擦力做的功為2μmgsC.彈簧的最大彈性勢能為μmgsD.物塊在A點的初速度為跟進訓(xùn)練圖4√√解析

小物塊處于最左端時，彈簧的壓縮量最大，然后小物塊先向右加速運動再減速運動，可知彈簧的最大彈力大于滑動摩擦力μmg，選項A錯誤；物塊從開始運動至最后回到A點過程，由功的定義可得物塊克服摩擦力做功為2μmgs，選項B正確；自物塊從最左側(cè)運動至A點過程，由能量守恒定律可知Ep＝μmgs，選項C正確；03考點三能量守恒定律的理解和應(yīng)用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

為其他形式，或者從一個物體

到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量

.2.表達式ΔE減＝

.基礎(chǔ)回扣產(chǎn)生轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變ΔE增3.基本思路(1)某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加，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.應(yīng)用能量守恒定律解題的步驟1.分清有幾種形式的能在變化，如動能、勢能(包括重力勢能、彈性勢能、電勢能)、內(nèi)能等.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ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式.3.列出能量守恒關(guān)系式：ΔE減＝ΔE增.技巧點撥例4

(2020·浙江1月選考·20)如圖5所示，一彈射游戲裝置由安裝在水平臺面上的固定彈射器、豎直圓軌道(在最低點E分別與水平軌道EO和EA相連)、高度h可調(diào)的斜軌道AB組成.游戲時滑塊從O點彈出，經(jīng)過圓軌道并滑上斜軌道.全程不脫離軌道且恰好停在B端則視為游戲成功.已知圓軌道半徑r＝0.1m，OE長L1＝0.2m，AC長L2＝0.4m，圓軌道和AE光滑，滑塊與AB、OE之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5.滑塊質(zhì)量m＝2g且可視為質(zhì)點，彈射時從靜止釋放且彈簧的彈性勢能完全轉(zhuǎn)化為滑塊動能.忽略空氣阻力，各部分平滑連接.求：圖5(1)滑塊恰好能過圓軌道最高點F時的速度vF大??；答案見解析解得vF＝1m/s(2)當(dāng)h＝0.1m且游戲成功時，滑塊經(jīng)過E點對圓軌道的壓力FN大小及彈簧的彈性勢能Ep0；答案見解析解析

滑塊從E點到B點，由動能定理得解得FN＝FN′＝0.14N從O點到B點，由能量守恒定律得：Ep0＝mgh＋μmg(L1＋L2)解得Ep0＝8.0×10－3J(3)要使游戲成功，彈簧的彈性勢能Ep與高度h之間滿足的關(guān)系.答案見解析解析

滑塊恰能過F點的彈性勢能到B點減速到0Ep1－mgh1－μmg(L1＋L2)＝0解得h1＝0.05m設(shè)斜軌道的傾角為θ，若滑塊恰好能停在B點不下滑，則μmgcosθ＝mgsinθ解得tanθ＝0.5，此時h2＝0.2m從O點到B點Ep＝mgh＋μmg(L1＋L2)＝2×10－3(10h＋3)J其中0.05m≤h≤0.2m.2.(能量守恒定律)(多選)(2019·湖南衡陽市第二次模擬)如圖6所示，一根輕彈簧一端固定在O點，另一端固定一個帶有孔的小球，小球套在固定的豎直光滑桿上，小球位于圖中的A點時，彈簧處于原長，現(xiàn)將小球從A點由靜止釋放，小球向下運動，經(jīng)過與A點關(guān)于B點對稱的C點后，小球能運動到最低點D點，OB垂直于桿，則下列結(jié)論正確的是跟進訓(xùn)練圖623A.小球從A點運動到D點的過程中，其最大加速度一

定大于重力加速度gB.小球從B點運動到C點的過程，小球的重力勢能和彈

簧的彈性勢能之和可能增大C.小球運動到C點時，重力對其做功的功率最大D.小球在D點時彈簧的彈性勢能一定最大√23√2由機械能守恒可知，小球從B點運動到C點的過程，小球做加速運動，即動能增大，所以小球的重力勢能和彈簧的彈性勢能之和一定減小，故B錯誤；解析

在B點時，小球的加速度為g，在BC間彈簧處于壓縮狀態(tài)，小球在豎直方向除受重力外還有彈簧彈力沿豎直方向向下的分力，所以小球從A點運動到D點的過程中，其最大加速度一定大于重力加速度g，故A正確；3小球運動到C點時，由于彈簧的彈力為零，合力為重力G，所以小球從C點往下還會加速一段，所以小球在C點的速度不是最大，即重力的功率不是最大，故C錯誤；D點為小球運動的最低點，即速度為零，彈簧形變量最大，所以小球在D點時彈簧的彈性勢能最大，故D正確.233.(能量守恒定律)如圖7所示，一物體質(zhì)量m＝2kg，在傾角θ＝37°的斜面上的A點以初速度v0＝3m/s下滑，A點距彈簧上端擋板位置B點的距離AB＝4m.當(dāng)物體到達B點后將彈簧壓縮到C點，最大壓縮量BC＝0.2m，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點的距離AD＝3m.擋板及彈簧質(zhì)量不計，g取10m/s2，sin37°＝0.6，求：(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ；圖723答案

0.521

解析

物體從A點到被彈簧彈到D點的過程中，彈簧彈性勢能沒有發(fā)生變化，機械能的減少量全部用來克服摩擦力做功，即：23代入數(shù)據(jù)解得：μ＝0.521.(2)彈簧的最大彈性勢能Epm.23答案

24.4J解析

物體由A到C的過程中，重力勢能減少量ΔEp＝mgsin37°·AC摩擦產(chǎn)生的熱量Q＝μmgcos37°·AC由能量守恒定律可得彈簧的最大彈性勢能為：Epm＝ΔEk＋ΔEp－Q≈24.4J.課時精練041.(2020·廣西防城港市防城中學(xué)期中)某物體在運動過程中，克服重力做了功，則物體的A.重力勢能一定增大B.機械能一定增大C.動能一定減小D.重力勢能一定減小123456789101112雙基鞏固練√解析

物體克服重力做功，故物體的重力勢能一定增大，但由于其他力做功情況不明確，故不能確定機械能和動能的變化，故A正確，B、C、D錯誤.1234567891011122.(2020·河北任丘市第一中學(xué)期末)在奧運比賽項目中，高臺跳水是我國運動員的強項.質(zhì)量為m的跳水運動員進入水中后受到水的阻力而做減速運動，設(shè)水對他的阻力大小恒為F，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，那么在他減速下降高度為h的過程中，下列說法正確的是A.他的動能減少了FhB.他的重力勢能增加了mghC.他的機械能減少了(F－mg)hD.他的機械能減少了Fh123456789101112√123456789101112解析

運動員進入水中后，克服合力做的功等于動能的減少量，故動能減少(F－mg)h，故A錯誤；運動員進入水中后，重力做功mgh，故重力勢能減小mgh，故B錯誤；運動員進入水中后，除重力外，克服阻力做功Fh，故機械能減少了Fh，故C錯誤，D正確.3.如圖1所示，一質(zhì)量為m的滑塊以初速度v0從固定于地面的斜面底端A開始沖上斜面，到達某一高度后返回A，斜面與滑塊之間有摩擦.下圖中分別表示它在斜面上運動的速度v、加速度a、勢能Ep和機械能E隨時間的變化圖像，可能正確的是123456789101112圖1√123456789101112解析

由牛頓第二定律可知，滑塊上升階段有：mgsinθ＋Ff＝ma1；下滑階段有：mgsinθ－Ff＝ma2.因此a1>a2，故B選項錯誤；速度－時間圖像的斜率表示加速度，當(dāng)上滑和下滑時，加速度不同，則斜率不同，故選項A錯誤；重力勢能先增大后減小，且上升階段加速度大，勢能變化快，下滑階段加速度小，勢能變化慢，故選項C正確；由于摩擦力始終做負功，機械能一直減小，故選項D錯誤.4.(多選)(2021·山東濟南市第一中學(xué)月考)質(zhì)量為m的子彈，以水平速度v射入靜止在光滑水平面上質(zhì)量為M的木塊，并留在其中，下列說法中正確的有A.子彈克服阻力做的功與木塊獲得的動能相等B.子彈克服阻力做的功與子彈減少的動能相等C.子彈克服阻力做的功與子彈對木塊做的功相等D.系統(tǒng)增加的內(nèi)能等于系統(tǒng)減少的機械能123456789101112√√5.(多選)如圖2所示，在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道，半徑OA水平、OB豎直，一個質(zhì)量為m的小球自A點的正上方P點由靜止開始自由下落，小球沿軌道到達最高點B時恰好對軌道沒有壓力.已知AP＝2R，重力加速度為g，則小球從P點運動到B點的過程中123456789101112圖2√√123456789101112解析小球從P點運動到B點的過程中，重力做功WG＝mg(2R－R)＝mgR，故A錯誤；6.(多選)(2020·黑龍江佳木斯市質(zhì)檢)如圖3所示，建筑工地上載人升降機用不計質(zhì)量的細鋼繩跨過定滑輪與一電動機相連，通電后電動機帶動升降機沿豎直方向先勻加速上升后勻速上升.摩擦及空氣阻力均不計.則A.升降機勻加速上升過程中，升降機底板對人做的功等于人增加的動能B.升降機勻加速上升過程中，升降機底板對

人做的功等于人增加的機械能C.升降機勻速上升過程中，升降機底板對人做的

功等于人增加的機械能D.升降機上升的全過程中，升降機拉力做的功大

于升降機和人增加的機械能圖3123456789101112√√123456789101112解析

根據(jù)動能定理可知，合外力對物體做的功等于物體動能的變化量，所以升降機勻加速上升過程中，升降機底板對人做的功與人的重力做功之和等于人增加的動能，故A錯誤；除重力外，其他力對人做的功等于人機械能的增加量，B正確；升降機勻速上升過程中，升降機底板對人做的功等于人克服重力做的功(此過程中動能不變)，即增加的機械能，C正確；升降機上升的全過程中，升降機拉力做的功等于升降機和人增加的機械能，D錯誤.7.某同學(xué)用如圖4所示的裝置測量一個凹形木塊的質(zhì)量m，彈簧的左端固定，木塊在水平面上緊靠彈簧(不連接)將其壓縮，記下木塊右端位置A點，靜止釋放后，木塊右端恰能運動到B1點.在木塊槽中加入一個質(zhì)量m0＝800g的砝碼，再將木塊左端緊靠彈簧，木塊右端位置仍然在A點，靜止釋放后木塊離開彈簧，右端恰能運動到B2點，測得AB1、AB2長分別為27.0cm和9.0cm，則木塊的質(zhì)量m為A.100gB.200gC.300g

D.400g圖4解析

根據(jù)能量守恒定律，有μmg·AB1＝Ep，μ(m0＋m)g·AB2＝Ep，聯(lián)立解得m＝400g，D正確.123456789101112√8.(2019·貴州畢節(jié)市適應(yīng)性監(jiān)測(三))畢節(jié)，是全國唯一一個以“開發(fā)扶貧、生態(tài)建設(shè)”為主題的試驗區(qū)，是國家“西電東送”的主要能源基地.如圖5所示，赫章的韭菜坪建有風(fēng)力發(fā)電機，風(fēng)力帶動葉片轉(zhuǎn)動，葉片再帶動轉(zhuǎn)子(磁極)轉(zhuǎn)動，使定子(線圈，不計電阻)中產(chǎn)生電流，實現(xiàn)風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)化.若葉片長為l，設(shè)定的額定風(fēng)速為v，空氣的密度為ρ，額定風(fēng)速下發(fā)電機的輸出功率為P，則風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為圖5能力提升練123456789101112√解析

風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的工作原理為將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為輸出的電能，設(shè)風(fēng)吹向發(fā)電機的時間為t，則在t時間內(nèi)吹向發(fā)電機的風(fēng)的體積為V＝vt·S＝vtπl(wèi)2，則風(fēng)的質(zhì)量M＝ρV＝ρvtπl(wèi)2，1234567891011129.(多選)(2019·全國卷Ⅱ·18)從地面豎直向上拋出一物體，其機械能E總等于動能Ek與重力勢能Ep之和.取地面為重力勢能零點，該物體的E總和Ep隨它離開地面的高度h的變化如圖6所示.重力加速度取10m/s2.由圖中數(shù)據(jù)可得A.物體的質(zhì)量為2kgB.h＝0時，物體的速率為20m/sC.h＝2m時，物體的動能Ek＝40JD.從地面至h＝4m，物體的動能減少100J123456789101112圖6√√解析

根據(jù)題圖可知，h＝4m時物體的重力勢能Ep＝mgh＝80J，解得物體質(zhì)量m＝2kg，拋出時物體的動能為Ek0＝100J，由公式Ek0＝可知，h＝0時物體的速率為v＝10m/s，選項A正確，B錯誤；由功能關(guān)系可知Ffh4＝|ΔE總|＝20J，解得物體上升過程中所受空氣阻力Ff＝5N，從物體開始拋出至上升到h＝2m的過程中，由動能定理有－mgh－Ffh＝Ek－Ek0，解得Ek＝50J，選項C錯誤；由題圖可知，物體上升到h＝4m時，機械能為80J，重力勢能為80J，動能為零，即從地面上升到h＝4m，物體動能減少100J，選項D正確.12345678910111210.(多選)(2016·全國卷Ⅱ·21)如圖7，小球套在光滑的豎直桿上，輕彈簧一端固定于O點，另一端與小球相連.現(xiàn)將小球從M點由靜止釋放，它在下降的過程中經(jīng)過了N點.已知在M、N兩點處，彈簧對小球的彈力大小相等，且∠ONM<∠OMN<.在小球從M點運動到N點的過程中A.彈力對小球先做正功后做負功B.有兩個時刻小球的加速度等于重力加速度C.彈簧長度最短時，彈力對小球做功的功率為零D.小球到達N點時的動能等于其在M、N兩點的重力勢能差圖7123456789101112√√√解析

因在M和N兩點處彈簧對小球的彈力大小相等，且∠ONM<∠OMN<，知在M處時彈簧處于壓縮狀態(tài)，在N處時彈簧處于伸長狀態(tài)，則彈簧的彈力對小球先做負功后做正功再做負功，選項A錯誤；123456789101112彈簧長度最短時，即彈簧水平，彈力與速度垂直，彈力對小球做功的功率為零，選項C正確；當(dāng)彈簧水平時，豎直方向的力只有重力，加速度為g；當(dāng)彈簧處于原長位置時，小球只受重力，加速度為g，則有兩個時刻的加速度大小等于g，選項B正確；123456789101112由動能定理得，WF＋WG＝ΔEk，因M和N兩點處彈簧對小球的彈力大小相等，彈性勢能相等，則由彈力做功特點知WF＝0，即WG＝ΔEk，選項D正確.11.(八省聯(lián)考·河北·6)螺旋千斤頂由帶手柄的螺桿和底座組成，螺紋與水平面夾角為α，如圖8所示.水平轉(zhuǎn)動手柄，使螺桿沿底座的螺紋槽(相當(dāng)于螺母)緩慢旋進而頂起質(zhì)量為m的重物，如果重物和螺桿可在任意位置保持平衡，稱為摩擦自鎖.能實現(xiàn)自鎖的千斤頂，α的最大值為α0.現(xiàn)用一個傾角為α0的千斤頂將重物緩慢123456789101112圖8頂起高度h后，向螺紋槽滴入潤滑油使其動摩擦因數(shù)μ減小，重物回落到起點.假定最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，不計螺桿和手柄的質(zhì)量及螺桿與重物間的摩擦力，轉(zhuǎn)動手柄不改變螺紋