《高三物理一轮复习 第5章第4课时 功能关系 能的转化和守恒 鲁科.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理一轮复习 第5章第4课时 功能关系 能的转化和守恒 鲁科.ppt（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四课时功能关系能的转化和守恒 1 理解功是能量转化的量度 明确各种力做功与对应能量转化关系 2 知道能量守恒定律的内容 并从能量守恒的角度分析解决相关问题 3 能够用功能关系和能量守恒定律 结合牛顿运动定律 圆周运动知识等处理综合性问题 1 功能关系 1 功能关系功是能量转化的量度 即物体做了多少功就有多少能量发生转化 而且能的转化必须通过做功来实现 2 功和能的几种表达形式 功和动能的关系 所有外力对物体所做功的代数和等于物体动能的增加量 功和势能的关系 克服重力所做的功等于物体重力势能的增加量 弹簧弹力所做的功等于物体弹性势能的减少量 功和机械能的关系 除重力 弹簧弹力 之外的其他力所做
2、的功等于物体机械能的增加量 研究功能关系时 要弄清力对 谁 做功 引起哪种能量形式的转化 从而实现对问题的解决 2 能量转化和守恒定律 1 内容 能量既不能凭空产生 也不能凭空消失 它只能从一种形式转化为另一种形式 或从一个物体转移到另一个物体 在转化或转移的过程中其总量保持不变 2 可以从两个方面来理解 某种形式的能减少 一定存在另一种形式的能增加 且减少量和增加量相等 某个物体的能量减少 一定存在另一个物体的能量增加 且减少量和增加量相等 对应学生用书第66页 1 行驶中的汽车制动后滑行一段距离 最后停下 流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰 降落伞在空中匀速下降 上述不同现象中所包含的相同的
3、物理过程是 A A 物体克服阻力做功B 物体的动能转化为其他形式的能量C 物体的重力势能转化为其他形式的能量D 物体的机械能增加解析 汽车制动过程 受摩擦力的作用 动能转化为内能 流星在空中坠落 受空气阻力作用 摩擦生热产生光焰 动能和重力势能不断转化为内能 降落伞在空中匀速下降 受空气阻力作用 重力势能转化为内能 故选项A正确 2 2011年福建模拟 如图所示 一根轻弹簧下端固定 竖立在水平面上 其正上方A位置有一只小球 小球从静止开始下落 在B位置接触弹簧的上端 在C位置小球所受弹力大小等于重力 在D位置小球速度减小到零 小球下降阶段下列说法中错误的是 A A 在B位置小球动能最大B 在C
4、位置小球动能最大C 从A C位置小球重力势能的减少大于小球动能的增加D 从A D位置小球重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加解析 小球动能的增加用合外力做功来量度 A C小球受的合力一直向下 对小球做正功 使动能增加 C D小球受的合力一直向上 对小球做负功 使动能减小 所以B正确 从A C小球重力势能的减少等于小球动能的增加和弹性势能之和 所以C正确 A D两位置动能均为零 重力做的正功等于弹力做的负功 所以D正确 故选A 3 一质量分布均匀的不可伸长的绳索重为G A B两端固定在水平的天花板上 如图所示 今在绳索的最低点C施加一竖直向下的力将绳绷直 在此过程中绳索的重心位置将 A A 逐渐
5、升高B 逐渐降低C 先降低后升高D 始终不变解析 做功的过程就是能量转化的过程 拉力做功的过程伴随着能量的转化 拉力做功消耗了拉绳者的化学能使绳索的重力势能增加 所以绳索的重心将升高 故本题正确选项为A 常见几种功能关系及摩擦力做功特点 1 常见几种功能关系功和能是两个密切联系的物理量 做功的过程是能量转化的过程 做多少功就有多少能量发生了转化 做功的正 负表示能的转化方向 下面以图表方式展示力做功和相应能的转化关系 2 摩擦力做功特点 例1 已知货物的质量为m 在某段时间内起重机将货物以a的加速度加速升高h 则在这段时间内叙述正确的是 重力加速度为g A 货物的动能一定增加mah mghB
6、货物的机械能一定增加mahC 货物的重力势能一定增加mahD 货物的机械能一定增加mah mgh解析 逐项分析如下答案 D 针对训练11 质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动 设水对他的阻力大小恒为f 那么在他减速下降高度为h的过程中 下列说法正确的是 g为当地重力加速度 A 他的动能减少了fhB 他的重力势能增加了mghC 他的机械能减少了fhD 他的机械能减少了 f mg h解析 动能减少量等于克服合外力所做的功 即 f mg h A选项错 重力势能减少了mgh B选项错 机械能的减少量等于动能减少量和重力势能减少量之和 即fh C选项对 D选项错 答案 C 应用能量守恒
7、定律的基本思路和步骤 1 基本思路 1 某种形式的能减少 一定存在其他形式的能增加 且减少量和增加量一定相等 2 某个物体的能量减少 一定存在其他物体的能量增加 且减少量和增加量一定相等 这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本思路 2 应用定律解题的思路 1 分清有多少形式的能 如动能 势能 包括重力势能 弹性势能 电势能 内能等 在变化 2 明确哪种形式的能量增加 哪种形式的能量减少 并且列出减少的能量 E减和增加的能量 E增的表达式 3 列出能量守恒关系式 E减 E增 应用能量守恒定律解决有关问题 关键是准确分析有多少种形式的能量在变化 求出减少的总能量 E减和增加的总能量 E增 然后再
8、依据能量守恒定律列式求解 例2 如图所示 AB是倾角为 的粗糙直轨道 BCD是光滑的圆弧轨道 AB恰好在B点与圆弧相切 圆弧的半径为R 一个质量为m的物体 可以看做质点 从直轨道上的P点由静止释放 结果它能在两轨道间做往返运动 已知P点与圆弧的圆心O等高 物体与轨道AB间的动摩擦因数为 求 1 物体做往返运动的整个过程中在AB轨道上通过的总路程 2 最终当物体通过圆弧轨道最低点E时 对圆弧轨道的压力大小 3 为使物体能顺利到达圆弧轨道的最高点D 释放点距B点的距离L 应满足什么条件 思路点拨 因为摩擦力始终对物体做负功 所以物体最终在对应圆心角为2 的圆弧上往复运动 对第 1 问可考虑对全过程
9、应用动能定理 物体恰好能到达D点时 重力提供向心力 解析导引 1 问 物体在P点的初速度为零 当它在两轨道间往返运动时 只要能进入B点以上的粗糙直轨道 滑动摩擦力就始终做负功 物体的机械能减少 这样导致物体最终能上升的最高点为B点 试由动能定理求出物体在AB轨道上的总路程 处理动力学问题 动能定理比牛顿运动定律更具普遍性 而且更简捷方便 对全过程应用动能定理 往往能使问题得到简单求解 针对训练21 小物块A的质量为m 物块与坡道间的动摩擦因数为 水平面光滑 坡道顶端距水平面高度为h 倾角为 物块从坡道进入水平滑道时 在底端O点处无机械能损失 重力加速度为g 将轻弹簧的一端连接在水平滑道M处并固
10、定在墙上 另一自由端恰位于坡道的底端O点 如图所示 物块A从坡顶由静止滑下 求 1 物块滑到O点时的速度大小 2 弹簧为最大压缩量时的弹性势能 3 物块A被弹回到坡道上升的最大高度 考点一 考查摩擦力做功的特点 例1 基础题 一子弹水平射入原来静止在光滑水平桌面上的木块中 如图 当子弹深入木块2cm时 木块相对桌面滑行了1cm 设木块对子弹的阻力恒定 此过程中产生的内能与子弹损失的动能之比为 A 1 1B 2 3C 1 2D 1 3 答案 B 考点二 考查能量转化与守恒定律的应用 例2 能力题 如图所示 一物体质量m 2kg 在倾角为 37 的斜面上的A点以初速度v0 3m s下滑 A点距弹簧
11、上端B的距离lAB 4m 当物体到达B后将弹簧压缩到C点 最大压缩量lBC 0 2m 然后物体又被弹簧弹上去 弹到的最高位置为D点 D点距A点的距离lAD 3m 挡板及弹簧质量不计 g取10m s2 sin37 0 6 求 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 弹簧的最大弹性势能Epm 答案 1 0 52 2 24 4J 解决此类问题时 紧抓 能量 这条线索 分析出现几种能量形式 分别是多少 根据能量守恒定律列方程求解 解决此题的关键是分清各种形式能的变化情况和各力的做功正负 综合运用功能关系求解 测控导航 1 一块质量为m的木块放在地面上 用一根弹簧连着木块 如图所示 用恒力F拉弹簧 使木块离开
12、地面 如果力F的作用点向上移动的距离为h 则 C A 木块的重力势能增加了mghB 木块的机械能增加了FhC 拉力所做的功为FhD 木块的动能增加了Fh解析 力F的作用点向上移动h距离 故力做功为Fh 弹簧 木块系统机械能增加Fh 因弹簧形变 弹性势能增加 木块的动能 重力势能增加 即 Ep弹 Ep重 Ek Fh 所以选项C正确 A B D错误 3 如图所示 具有一定初速度的物块 沿倾角为 30 的粗糙斜面向上运动的过程中 受一个恒定的沿斜面向上的拉力F作用 这时物块的加速度大小为4m s2 方向沿斜面向下 那么 在物块向上运动过程中 g取10m s2正确的说法是 A A 物块的机械能一定增加
13、B 物块的机械能一定减小C 物块的机械能可能不变D 物块的机械能可能增加也可能减小解析 物块向上运动 滑动摩擦力f向下 由牛顿第二定律知 mgsin f F ma因为a 4m s2 而gsin 5m s2故F f F与f的合力做正功 机械能增加 选项A正确 4 2011年湖北模拟 如图所示有三个斜面1 2 3 斜面1与2底边相同 斜面2和3高度相同 同一物体与三个斜面的动摩擦因数相同 当它分别沿三个斜面从顶端由静止下滑到底端时 下列说法正确的是 B A 三种情况下物体损失的机械能 E3 E2 E1B 三种情况下摩擦产生的热量Q1 Q2 Q3C 到达底端的速度v1 v2 v3D 运动的时间t1
14、t2 t3解析 斜面上克服摩擦力做的功大小为 mgs水平 斜面1 2的水平位移相同 故产生热量和损失机械能相同 A错 斜面2的水平位移小于3的水平位移 故从斜面3下滑时产生热量较多 B对 斜面1 2比较 损失能量相同 但斜面1下滑时重力势能较大 到底端时速率较大 斜面2和3比较 斜面3损失能量较多 初始重力势能相同 故从斜面3下滑到底端时速率最小 C错 由于动摩擦因数和斜面1 2的倾角关系未知 无法确定t1和t2 但显然t2小于t3 D错 5 一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块 并从中穿出 对于这一过程 下列说法正确的是 D A 子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B 子弹减
15、少的机械能等于系统内能的增加量C 子弹减少的机械能等于木块增加的动能和内能之和D 子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块系统增加的内能之和解析 由于子弹穿过木块的过程中与木块有相对位移 所以子弹减少的动能转化为木块的动能和子弹与木块系统增加的内能 选项A B C错 D正确 6 如图所示 一轻弹簧固定在长木板M的左端 右端与小木块m相连 且m与M及M与地面间接触面均光滑 开始时 m与M均静止 现同时对m M施加等大反向的水平恒力F1和F2 在两物体开始运动后的整个运动过程中 对m M和弹簧组成的系统 整个过程弹簧形变不超过其弹性限度 下列说法正确的是 D A 由于F1 F2等大反向 故系统
16、的机械能守恒B 由于F1 F2分别对m M做正功 故系统的动能不断增加C 由于F1 F2分别对m M做正功 故系统的机械能不断增加D 当弹簧弹力大小与F1 F2大小相等时 m M的动能最大解析 m M分别受到水平拉力F1 F2及弹簧弹力的作用 开始时拉力大于弹力 m向右加速运动 M向左加速运动 F1 F2对两物体均做正功 所以系统的机械能增加 当拉力等于弹簧弹力时 物体速度最大 故动能最大 当拉力小于弹力时 物体做减速运动 系统的动能又开始减小 但此阶段系统的机械能继续增大 当速度减小到零以后 两物体反向加速运动 拉力F1 F2均做负功 系统的机械能又开始减小 本题正确选项为D 7 如图所示 水平面上的轻弹簧一端与物体相连 另一端固定在墙上的P点 已知物体的质量为m 2 0kg 物体与水平面间的动摩擦因数 0 4 弹簧的劲度系数k 200N m 现用力F拉物体 使弹簧从处于自然状态的O点由静止开始向左移动10cm 这时弹簧具有弹性势能Ep 1 0J 物体处于静止状态 若取g 10m s2 则撤去外力F后 B A 物体向右滑动的距离可以达到12 5cmB 物体向右滑动的距离一定小于12
