功能關(guān)系、能量轉(zhuǎn)化和守恒定律

1.功能關(guān)系(1)能的概念：一個(gè)物體能對(duì)外做功，這個(gè)物體就具有能量．(2)功能關(guān)系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)．第4講功能關(guān)系、能量轉(zhuǎn)化和守恒定律能量轉(zhuǎn)化多少能量能量的轉(zhuǎn)化能量的轉(zhuǎn)化(3)功與對(duì)應(yīng)能量的變化關(guān)系功能量的變化合外力做正功

增加重力做正功

減少?gòu)椈蓮椓ψ稣?/p>

減少電場(chǎng)力做正功

減少分子力做正功

減少其他力(除重力、彈力)做正功

增加動(dòng)能重力勢(shì)能彈性勢(shì)能電勢(shì)能分子勢(shì)能機(jī)械能2.能量守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會(huì)消滅，也．它只會(huì)從一種形式

為其他形式，或者從一個(gè)物體

到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量 ．(2)表達(dá)式：ΔE減＝

.不會(huì)創(chuàng)生轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變?chǔ)增常見的功能關(guān)系1．已知貨物的質(zhì)量為m，在某段時(shí)間內(nèi)起重機(jī)將貨物以a的加速度加速升高h(yuǎn)，則在這段時(shí)間內(nèi)，下列敘述正確的是(重力加速度為g)(

)．A．貨物的動(dòng)能一定增加mah－mghB．貨物的機(jī)械能一定增加mahC．貨物的重力勢(shì)能一定增加mahD．貨物的機(jī)械能一定增加mah＋mgh答案D2．一個(gè)盛水袋，某人從側(cè)面緩慢推裝液體的袋壁使它變形至如圖4－4－1所示位置，則此過程中袋和液體的重心將(

)．A．逐漸升高B．逐漸降低C．先降低再升高D．始終不變解析人對(duì)液體做正功，液體的機(jī)械能增加，液體緩慢移動(dòng)可以認(rèn)為動(dòng)能不變，故重力勢(shì)能增加，重心升高，A正確．答案A下列說法正確的是(

)．A．隨著科技的發(fā)展，第一類永動(dòng)機(jī)是可以制成的B．太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了C．“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，因而是不可能的D．有種“全自動(dòng)”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說明能量可以憑空產(chǎn)生答案C4．如圖4－4－2所示，美國(guó)空軍X-37B無人航天飛機(jī)于2010年4月首飛，在X-37B由較低軌道飛到較高軌道的過程中(

)．A．X-37B中燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為X-37B的機(jī)械能B．X-37B的機(jī)械能要減少C．自然界中的總能量要變大D．如果X-37B在較高軌道繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，則在此軌道上其機(jī)械能增加解析在X-37B由較低軌道飛到較高軌道的過程中，必須啟動(dòng)助推器，對(duì)X-37B做正功，X-37B的機(jī)械能增大，A對(duì)，B錯(cuò)．根據(jù)能量守恒定律，C錯(cuò)．X-37B在確定軌道上繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能和重力勢(shì)能都沒有發(fā)生變化，所以機(jī)械能不變，D錯(cuò)．故本題正確選項(xiàng)為A.答案A5．如圖4－4－3所示，一個(gè)小物體在足夠長(zhǎng)的斜面上以一定初速度釋放，斜面各處粗糙程度相同，初速度方向沿斜面向上，則物體在斜面上運(yùn)動(dòng)的過程中，下列說法錯(cuò)誤的是(

)．A．動(dòng)能一定是先減小后增大B．機(jī)械能一直減小C．如果某段時(shí)間內(nèi)摩擦力做功與物體動(dòng)能的改變量相同，則此后物體動(dòng)能將不斷增大D．如果某段時(shí)間內(nèi)摩擦力做功為W，再經(jīng)過相同的時(shí)間，兩段時(shí)間內(nèi)摩擦力做功可能相等解析物體減速到零時(shí)有可能靜止在斜面上，其動(dòng)能一直減小，A錯(cuò)誤；由于摩擦力做負(fù)功，物體的機(jī)械能一直減小，B正確；C中說明重力做功為零，物體能反向沿斜面向下加速運(yùn)動(dòng)，C正確；由于物體可能反向沿斜面向下加速運(yùn)動(dòng)，在相等的兩段時(shí)間內(nèi)路程可能相同，則摩擦力做的功相同，D正確．答案A考點(diǎn)一利用動(dòng)能定理分析功和能量變化的問題(1)合外力(包括重力)做功等于物體動(dòng)能的改變量．(2)與勢(shì)能有關(guān)的力(重力、彈簧彈力、電場(chǎng)力)做功等于勢(shì)能的改變量．如圖4－4－4所示，卷揚(yáng)機(jī)的繩索通過定滑輪用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移動(dòng)．在移動(dòng)過程中，下列說法正確的是(

)．A．F對(duì)木箱做的功等于木箱增加的動(dòng)能與木箱克服摩擦力所做的功之和B．F對(duì)木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和C．木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力勢(shì)能D．F對(duì)木箱做的功等于木箱增加的機(jī)械能答案C如圖4－4－5所示，在抗洪救災(zāi)中，一架直升機(jī)通過繩索，用恒力F豎直向上拉起一個(gè)漂在水面上的木箱，使其由水面開始加速上升到某一高度，若考慮空氣阻力而不考慮空氣浮力，則在此過程中，以下說法錯(cuò)誤的是(

)．A．力F所做功減去克服空氣阻力所做的功等于重力勢(shì)能的增量B．木箱克服重力所做的功等于重力勢(shì)能的增量C．力F、重力、空氣阻力三者合力所做的功等于木箱動(dòng)能的增量D．力F和空氣阻力的合力所做的功等于木箱機(jī)械能的增量解析對(duì)木箱受力分析如圖所示，則由動(dòng)能定理：WF－mgh－Wf＝ΔEk故C對(duì)．由上式得：WF－Wf＝ΔEk＋mgh，故A錯(cuò)D對(duì)．由重力做功與重力勢(shì)能變化關(guān)系知B對(duì)，選A項(xiàng)．答案A考點(diǎn)二摩擦生熱問題摩擦力做功的特點(diǎn)類別比較靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力不同點(diǎn)能量的轉(zhuǎn)化方面在靜摩擦力做功的過程中，只有機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體(靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用)，而沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(1)相互摩擦的物體通過滑動(dòng)摩擦力做功，將部分機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體(2)部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此部分能量就是系統(tǒng)機(jī)械能的損失量類別比較靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力不同點(diǎn)一對(duì)摩擦力的總功方面一對(duì)靜摩擦力所做功的代數(shù)總和等于零一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體系統(tǒng)所做的總功，等于摩擦力與兩個(gè)物體相對(duì)路程的乘積，即Wf＝－f·s相對(duì)，表示物體克服摩擦力做功，系統(tǒng)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能相同點(diǎn)正功、負(fù)功、不做功方面兩種摩擦力對(duì)物體可以做正功、負(fù)功，還可以不做功如圖4－4－6所示，木塊A放在木塊B的左端，用恒力F將A拉至B的右端，第一次將B固定在地面上，F(xiàn)做功為W1，生熱為Q1；第二次讓B可以在光滑地面上自由滑動(dòng)，仍將A拉到B右端，這次F做功為W2，生熱為Q2；則應(yīng)有(

)．A．W1<W2，Q1＝Q2

B．W1＝W2，Q1＝Q2C．W1<W2，Q1<Q2

D．W1＝W2，Q1<Q2解析拉力F做的功直接由公式W＝Fscos

θ求得，其中s是物體對(duì)地的位移，所以W1<W2，滑動(dòng)摩擦力做功過程中產(chǎn)生的內(nèi)能等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功，即ΔE＝Q＝fs相對(duì)，其中s相對(duì)表示物體之間的相對(duì)位移，在這里是B的長(zhǎng)度，所以Q1＝Q2.答案A電機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速度v勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，一質(zhì)量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上，若小木塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，如圖4－4－7所示，當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，求：(1)小木塊的位移；(2)傳送帶轉(zhuǎn)過的路程；(3)小木塊獲得的動(dòng)能；(4)摩擦過程產(chǎn)生的摩擦熱；(5)電機(jī)帶動(dòng)傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的總能量．(5)由能的轉(zhuǎn)化與守恒得，電機(jī)輸出的總能量轉(zhuǎn)化為小木塊的動(dòng)能與摩擦熱，所以E總＝Ek＋Q＝mv2.利用Q＝fs相對(duì)進(jìn)行熱量Q的計(jì)算時(shí)，關(guān)鍵是對(duì)相對(duì)路程s相對(duì)的理解．例如：如果兩物體同向運(yùn)動(dòng)，s相對(duì)為兩物體對(duì)地位移大小之差；如果兩物體反向運(yùn)動(dòng)，s相對(duì)為兩物體對(duì)地位移大小之和；如果一個(gè)物體相對(duì)另一個(gè)物體往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則s相對(duì)為兩物體相對(duì)滑行路徑的總長(zhǎng)度.1.力學(xué)規(guī)律優(yōu)選法1.選取方法(1)牛頓第二定律揭示了力的瞬時(shí)效應(yīng)，在研究某一物體所受力的瞬時(shí)作用與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系時(shí)優(yōu)選運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓第二定律．(2)動(dòng)能定理反映了力對(duì)空間的累積效應(yīng)，對(duì)于不涉及物體運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間的問題，優(yōu)選動(dòng)能定理．(3)如果物體只有重力和彈簧彈力做功而又不涉及物體運(yùn)動(dòng)過程中的加速度和時(shí)間，此類問題優(yōu)選用機(jī)械能守恒定律求解．(4)在涉及相對(duì)滑動(dòng)問題時(shí)則優(yōu)先考慮能量守恒定律，即系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能．(5)在涉及摩擦力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力(安培力)做功時(shí)優(yōu)先考慮能量守恒定律．2.傳送帶模型中的能量問題傳送帶模型是高中物理中比較常見的模型，一般設(shè)問的角度有兩個(gè)：①動(dòng)力學(xué)角度，如求物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、物體在傳送帶上能達(dá)到的速度、物體相對(duì)傳送帶滑過的位移，依據(jù)牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解(第三章中已做介紹)．②能量的角度：求傳送帶對(duì)物體所做的功、物體和傳送帶由于相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動(dòng)機(jī)多消耗的電能等，常依據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律求解．(1)木板在輪子上水平移動(dòng)的總時(shí)間；(2)輪子因傳送木板所消耗的機(jī)械能．答案(1)2.5s

(2)5.12J游樂場(chǎng)中的一種滑梯如圖4－4－9所示．小朋友從軌道頂端由靜止開始下滑，沿水平軌道滑動(dòng)了一段距離后停下來，則(

)．A．下滑過程中支持力對(duì)小朋友做功B．下滑過程中小朋友的重力勢(shì)能增加C．整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中小朋友的機(jī)械能守恒D．在水平面滑動(dòng)過程中摩擦力對(duì)小朋友做負(fù)功