《【全程复习方略】2013版高中物理 5.4功能关系 能量守恒定律课件 沪科版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【全程复习方略】2013版高中物理 5.4功能关系 能量守恒定律课件 沪科版（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4讲 功能关系 能量守恒定律考点1 功能关系1.功和能(1)功是_的量度，即做了多少功就有多少_发生了转化.(2)做功的过程一定伴随着_，而且_必须通过做功来实现.能量转化能量的转化能量的转化能量2.常见的几种功能对应关系(1)合外力做功等于物体动能的改变，即W合=Ek2-Ek1=Ek.(动能定理)(2)重力做功等于物体重力势能的改变，即WG=Ep1-Ep2=-Ep.(3)弹簧弹力做功等于弹性势能的改变，即WF=Ep1-Ep2=-Ep.(4)除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功，等于物体机械能的改变，即W其他力=E2-E1=E.(功能原理)1.动能的改变量、机械能的改变量分别与对应的功相
2、等2.重力势能、弹性势能、电势能的改变量与对应的力做的功数值相等，但符号相反3.摩擦力做功的特点及其与能量的关系类别类别静摩擦力滑动动摩擦力不 同 点相 同 点比较能量的转化方面只有能量的转移，而没有能量的转化既有能量的转移，又有能量的转化一对摩擦力的总功方面一对静摩擦力所做功的代数总和等于零一对滑动摩擦力所做功的代数和不为零，总功W=-fl相对，即摩擦时产生的热量正功、负功、不做功方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功质量为m的滑块，沿高为h，长为L的粗糙斜面匀速下滑，在滑块从斜面顶端滑到底端的过程中，下列说法中正确的是( )A.滑块的机械能减少了mghB.重力对滑块所做的功等于
3、mghC.滑块势能的变化量等于mghD.滑块动能的变化量等于mgh【解析】选A、B.滑块匀速下滑时，滑动摩擦力f=mgsin=故下滑过程中滑动摩擦力做的功为-fL=-mgh,机械能减少了mgh，A正确；重力做功为mgh，滑块重力势能的变化量为-mgh，故B正确，C错误；滑块匀速下滑，动能不变，D错误.考点2 能量守恒定律1.内容:能量既不能凭空_，也不能凭空消失，它只能从一种形式_为另一种形式，或者从一个物体_到另一个物体，在_的过程中，其总量_2.表达式：E减=_产生转化转移转化或转移保持不变E增1.对定律的理解(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
4、)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.应用定律解题的步骤(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)、内能等发生变化.(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.如图所示，质量m=1 kg、长L=0.8 m的均匀矩形薄板静止在水平桌面上，其右端与桌子边缘相平.板与桌面间的动摩擦因数为=0.4.现用F=5 N的水平力向右推薄板，使它翻下桌子，力F做的功至少为(g取10 m/s2)( )A.1
5、 J B.1.6 J C.2 J D.4 J【解析】选B.当板向右平移 =0.4 m时，板即翻下桌子，若此时板速度为零，则力F做功最少，由能量守恒定律可得WF-mg =0，WF= mgL=1.6 J.故B正确.功能关系的应用技巧【例证1】如图所示，质量为m的物体(可视为质点)以某一速度从A点冲上倾角为30的固定斜面，其运动的加速度为 此物体在斜面上上升的最大高度为h，则在这个过程中物体( )A.重力势能增加了B.重力势能增加了mghC.动能损失了mghD.机械能损失了【解题指南】解答本题应从以下两点重点把握：(1)由物体的加速度和牛顿第二定律确定摩擦阻力的大小和方向.(2)能量的变化与对应力做
6、功的关系.【自主解答】选B、D.设物体受到的摩擦阻力为Ff，由牛顿运动定律得f+mgsin30=ma= 解得f=重力势能的变化由重力做功决定，故Ep=mgh.动能的变化由合外力做功决定：(f+mgsin30)x=max机械能的变化由重力或系统内弹力以外的其他力做功决定，故E机械=fx= 故B、D正确，A、C错误.【总结提升】功能关系的选用技巧(1)在应用功能关系解决具体问题的过程中,若只涉及动能的变化用动能定理分析.(2)只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析.(3)只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析.(4)只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变
7、化的关系分析.【变式训练】一个物体自斜面底端被弹出而沿斜面上滑，滑到最高处后又滑下来，回到斜面底端，在物体上滑和下滑过程中(斜面不光滑)( )A.物体的加速度一样大B.重力做功的平均功率一样大C.动能的变化值一样大D.机械能的变化值一样大【解析】选D.上滑和下滑时，摩擦力方向相反，故加速度不同，A错；下滑所用时间长，重力做功又相同，故B错；合力做的功不同，上滑时动能变化大，C错；往返两过程中摩擦力都做负功且相同，机械能减小相同，D对.【变式备选】如图所示，一表面光滑的木板可绕固定的水平轴O转动，木板从水平位置OA转到OB位置的过程中，木板上重为5 N的物块从靠近转轴的位置由静止开始滑到图中虚线
8、所示位置，在这一过程中，物块的重力势能减少了4 J.则以下说法正确的是(取g=10 m/s2)( )A.物块的竖直高度降低了0.8 mB.由于木板转动，物块下降的竖直高度必大于0.8 mC.物块获得的动能为4 JD.由于木板转动，物块的机械能必定增加【解析】选A.由重力势能的表达式Ep=mgh,重力势能减少了4 J，而mg=5 N,故h=0.8 m,A项正确、B项错误；木板转动，木板的支持力对物块做负功，故物块机械能不守恒，C、D项均错误.利用能量守恒定律规范解题【例证2】(15分)如图所示，一物体质量m=2 kg，在倾角为=37的斜面上的A点以初速度v0=3 m/s下滑，A点距弹簧上端B的距
9、离AB=4 m.当物体到达B后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC=0.2 m,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AD=3 m.挡板及弹簧质量不计，g取10 m/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.【解题指南】解答本题时应注意以下两点：(1)摩擦力做负功，系统机械能不守恒.(2)弹性势能最大时，弹簧压缩量最大. 【规范解答】(1)物体从开始位置A点到最后D点的过程中，弹性势能没有发生变化，动能和重力势能减少，机械能的减少量为E=Ek+Ep= mv02+mglADsin37 (2分)物体克服摩擦力产生的热量为Q=fx
10、(2分)其中x为物体的路程，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=0.52. (1分)(2)由A到C的过程中，动能减少Ek= mv02 (1分)重力势能减少Ep=mglACsin37 (1分)摩擦生热Q=flAC=mgcos37lAC (1分)由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为Epm=Ek+Ep-Q (2分)联立解得Epm=24.5 J. (1分)答案：(1)0.52 (2)24.5 J【总结提升】涉及能量转化问题的解题方法(1)当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律.(2)解题时，首先确定初末状态，然后分析状
11、态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和E减和增加的能量总和E增，最后由E减=E增列式求解.【变式训练】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P点，已知物体的质量为m=2.0 kg,物体与水平面间的动摩擦因数=0.4,弹簧的劲度系数k=200 N/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10 cm，这时弹簧具有弹性势能Ep=1.0 J,物体处于静止状态，若取g=10 m/s2,则撤去外力F后( )A.物体向右滑动的距离可以达到12.5 cmB.物体向右滑动的距离一定小于12.5 cmC.物体回到O点时速度最大D.物体到达
12、最右端时动能为0，系统机械能不为0【解析】选B、D.物体向右滑动时，kx-mg=ma,当a=0时速度达到最大，而此时弹簧的伸长量 物体没有回到O点，故C错误；因弹簧处于原长时，Epmgx=0.8 J,故物体到O点后继续向右运动，弹簧被压缩，因有Ep=mgxm+Ep，得故A错误，B正确；因物体滑到最右端时，动能为零，弹性势能不为零，故系统的机械能不为零，D正确.相对滑动物体的能量问题分析【例证3】如图所示，AB为半径R=0.8 m的1/4光滑圆弧轨道，下端B恰与小车右端平滑对接.小车质量M=3 kg,车长L=2.06 m,车上表面距地面的高度h=0.2 m,现有一质量m=1 kg的滑块，由轨道顶
13、端无初速释放，滑到B端后冲上小车.已知地面光滑，滑块与小车上表面间的动摩擦因数=0.3,当车运动了1.5 s时，车被地面装置锁定(g=10 m/s2).试求：(1)滑块到达B端时，轨道对它支持力的大小；(2)车被锁定时，车右端距轨道B端的距离；(3)从车开始运动到被锁定的过程中，滑块与车面间由于摩擦而产生的内能大小. 【解题指南】解答本题应注意以下两点：(1)判断车被锁定时滑块是否在小车上停止相对滑动.(2)判断小车的运动规律.【自主解答】(1)由机械能守恒定律和牛顿第二定律得mgR= mvB2,NB-mg=则：NB=30 N.(2)设m滑上小车后经过时间t1与小车同速，共同速度大小为v,对滑
14、块有:mg=ma1,v=vB-a1t1对于小车：mg=Ma2,v=a2t1解得：v=1 m/s,t1=1 s1.5 s故滑块与小车同速后，小车继续向左匀速行驶了0.5 s，则小车右端距B端的距离为l车= t1+v(1.5 s-t1)=1 m.(3)Q=mgl相对=答案：(1)30 N (2)1 m (3)6 J【互动探究】试判断车被锁定后，滑块能否从车的左端滑出？若能滑出，试确定滑块落点到车左端的水平距离？【解析】车被锁定时，m相对车面已滑到了l相对=故此时滑块离车的左端的距离为l=L-l相对=0.06 m.假设滑块能从车的左端滑出，速度为v，则由 mv2= mv2+mgl可得：v=0.8 m
15、/s0，故滑块能从车的左端滑出.又h= gt2,x=vt可得：x=0.16 m答案：能 0.16 m【总结提升】求解相对滑动物体的能量问题的方法(1)正确分析物体的运动过程，做好受力情况分析.(2)利用运动学公式，结合牛顿第二定律分析物体的速度关系及位移关系.(3)公式Q=fl相对中l相对为两接触物体间的相对位移，若物体在传送带上往复运动时，则l相对为总的相对路程.【例证】如图所示，用轻弹簧将质量均为m=1 kg的物块A和B连接起来，将它们沿竖直方向固定在空中，弹簧处于原长状态，A距地面的高度h1=0.90 m.同时释放两物块，A与地面碰撞后速度立即变为零，由于B压缩弹簧后被反弹，使A刚好能离开地考查查内容与弹弹簧有关的能量问题问题面(但不继续上升).若将B物
