《新高考物理一轮复习精品讲义专题6.3 功能关系和能量守恒定律（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习精品讲义专题6.3 功能关系和能量守恒定律（含解析）（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题6.3 功能关系和能量守恒定律【讲】目录一 讲核心素养1二 讲必备知识1【知识点一】对功能关系的理解1【知识点二】功能关系的综合应用3【知识点三】能量守恒定律的应用5三讲关键能力-综合应用力学两大观点解决多运动过程问题7四讲模型思想-与摩擦生热相关的两个物理模型10一 讲核心素养1.物理观念：功能关系。熟练掌握几种常见的功能关系，并会用于解决实际问题.。2.科学思维：与摩擦生热相关的物理模型、能量守恒定律。(1).掌握一对摩擦力做功与能量转化的关系.(2)会应用能量守恒观点解决综合问题3.科学态度与责任：(1)理解功能关系，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。(2).能用能量守恒定律分析生
2、产生活中的有关问题。二 讲必备知识【知识点一】对功能关系的理解几种常见的功能关系及其表达式力做功能的变化定量关系合力的功动能变化WEk2Ek1Ek重力的功重力势能变化(1)重力做正功，重力势能减少(2)重力做负功，重力势能增加(3)WGEpEp1Ep2弹簧弹力的功弹性势能变化(1)弹力做正功，弹性势能减少(2)弹力做负功，弹性势能增加(3)W弹EpEp1Ep2只有重力、弹簧弹力做功机械能不变化机械能守恒E0除重力和弹簧弹力之外的其他力做的功机械能变化(1)其他力做多少正功，物体的机械能就增加多少(2)其他力做多少负功，物体的机械能就减少多少(3)W其他E一对相互作用的滑动摩擦力的总功机械能减少
3、，内能增加(1)作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加(2)摩擦生热QFfx相对【例1】(2021广安高三检测)如图所示，某段滑雪雪道倾角为30，总质量为m(包括雪具在内)的滑雪运动员从距底端高为h处的雪道上由静止开始匀加速下滑，加速度为g。在他从上向下滑到底端的过程中，下列说法正确的是()A运动员减少的重力势能全部转化为动能B运动员获得的动能为mghC运动员克服摩擦力做功为mghD下滑过程中系统减少的机械能为mgh【答案】D【解析】运动员的加速度大小为g，小于gsin 30g，所以其必受摩擦力，且大小为mg，克服摩擦力做的功为mgmgh，故C错；摩擦力做负功，机械能不守恒，减少的
4、重力势能没有全部转化为动能，有mgh转化为内能，故A错，D对；由动能定理知，运动员获得的动能为mgmgh，故B错。【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。要求考生掌握受力分析及常见的功能关系。【方法总结】功能关系的选取方法(1)若只涉及动能的变化用动能定理。(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，用除重力和弹簧的弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析。【变式训练1】(2021河北张家口市5月模拟)如图所示，足够长的光滑斜面固定在水平面上，斜面底端有一固定挡板，轻质弹簧下端与挡板相连，上端与物体A相连。用不可伸长的轻质细线跨过斜面顶
5、端的定滑轮把A与另一物体B连接起来，A与滑轮间的细线与斜面平行。初始时用手托住B，细线刚好伸直，此时物体A处于静止状态。若不计滑轮质量与摩擦，弹簧始终在弹性限度内，现由静止释放物体B，在B第一次向下运动过程中()A.轻绳对物体B做的功等于物体B重力势能的变化量B.物体B的重力做功等于物体B机械能的变化量C.轻绳对物体A做的功等于物体A的动能与弹簧弹性势能的变化量之和D.两物体与轻绳组成系统机械能变化量的绝对值等于弹簧弹性势能变化量的绝对值【答案】D【解析】轻绳对物体B做的功等于物体B机械能的变化，故A错误；重力做功等于物体的重力势能的变化，故B错误；依题得，轻绳对物体A做的功等于物体A的机械能
6、与弹簧的弹性势能的变化量之和，故C错误；两物体和弹簧系统机械能守恒，由机械能守恒定律可知，D正确。【变式训练2】(2020烟台测试)质量为m的物体在竖直向上的恒定拉力F的作用下，由静止开始向上运动H高度，所受空气阻力恒为f，g为当地的重力加速度。则此过程中，下列说法正确的是()A物体的动能增加了(Fmg)HB物体的重力势能增加了mgHC物体的机械能减少了fHD物体的机械能增加了FH【答案】B【解析】物体受到重力、拉力以及空气的阻力，由动能定理有Ek(Fmgf)H，选项A错误；重力的功为mgH，所以物体的重力势能增加了mgH，选项B正确；除重力外物体受到拉力和阻力，所以物体的机械能增加E(Ff)
7、H，选项C、D错误。【知识点二】功能关系的综合应用【例1】(多选)(2020全国卷，20)一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线、所示，重力加速度取10 m/s2。则()A.物块下滑过程中机械能不守恒B.物块与斜面间的动摩擦因数为0.5C.物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2D.当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J【答案】AB【解析】由重力势能和动能随下滑距离s变化的图象可知，重力势能和动能之和随下滑距离s的增大而减小，可知物块下滑过程中机械能不守恒，A正确；在斜面顶端，重力势能mgh30 J，解得物块质量m1
8、kg，整个过程中损失的机械能Emgscos 20 J，且sin ，故cos ，联立得0.5，故B正确；物块下滑过程由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma，代入数据得a2 m/s2，故C错误；由重力势能和动能随下滑距离s变化图象可知，当物块下滑2.0 m时机械能为E18 J4 J22 J，机械能损失了E30 J22 J8 J，D错误。【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。要求考生能从图像中获取相关信息并结合常见的功能关系分析物体在运动过程中的能量转换情况。【变式训练】 (多选)(2019全国卷，18)从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和。取
9、地面为重力势能零点，该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。由图中数据可得()A.物体的质量为2 kgB.h0时，物体的速率为20 m/sC.h2 m时，物体的动能Ek40 JD.从地面至h4 m，物体的动能减少100 J【答案】AD【解析】由于Epmgh，所以Ep与h成正比，斜率是kmg，由图象得k20 N，因此m2 kg，A正确；当h0时，Ep0，E总Ekmv，因此v010 m/s，B错误；由图象知h2 m时，E总90 J，Ep40 J，由E总EkEp得Ek50 J，C错误；h4 m时，E总Ep80 J，即此时Ek0，即从地面上升至h4 m高度时，
10、物体的动能减少100 J，D正确。【知识点三】能量守恒定律的应用1内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变2表达式E减E增3基本思路(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，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技巧点拨应用能量守恒定律解题的步骤1分清有几种形式的能在变化，如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等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
11、3列出能量守恒关系式：E减E增【例1】 (2021豫南九校联考)如图所示，固定斜面的倾角30，物体A与斜面之间的动摩擦因数，轻弹簧下端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于C点，用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B，滑轮右侧绳子与斜面平行，A的质量为2m4 kg，B的质量为m2 kg，初始时物体A到C点的距离为L1 m，现给A、B一初速度v03 m/s，使A开始沿斜面向下运动，B向上运动，物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点已知重力加速度g取10 m/s2，不计空气阻力，整个过程中轻绳始终处于伸直状态，求此过程中：(1)物体A向下运动刚到达C点时的速度大小；(2)弹簧的最
12、大压缩量；(3)弹簧中的最大弹性势能【答案】(1)2 m/s(2)0.4 m(3)6 J【解析】(1)物体A向下运动刚到C点的过程中，对A、B组成的系统应用能量守恒定律可得2mgLsin 3mvmgL2mgcos L3mv2可解得v2 m/s.(2)A、B组成的系统，在物体A将弹簧压缩到最大压缩量，又返回到C点的过程中，系统动能的减少量等于因摩擦产生的热量，即3mv202mgcos 2x其中x为弹簧的最大压缩量解得x0.4 m.(3)设弹簧的最大弹性势能为Epm由能量守恒定律可得3mv22mgxsin mgx2mgcos xEpm解得Epm6 J.【素养提升】本题考察的学科素养主要是物理观念及
13、科学死思维要求考生能明辨物体系的功能情况并能用能量守恒定律列方程解决问题。【必备知识】1.运用能量守恒定律解题的基本思路2.多过程问题的解题技巧(1)“合”初步了解全过程，构建大致的运动情景(2)“分”将全过程进行分解，分析每个过程的规律(3)“合”找到过程之间的联系，寻找解题方法【变式训练1】(2021郑州模拟)(多选)水平地面上固定有两个高度相同的粗糙斜面体甲和乙，斜面长分别为s、L1，如图所示。两个完全相同的小滑块A、B可视为质点，同时由静止开始从甲、乙两个斜面的顶端释放，小滑块A一直沿斜面甲滑到底端C点，而小滑块B沿斜面乙滑到底端P点后又沿水平面滑行距离L2到D点(小滑块B在P点从斜面
14、滑到水平面时速度大小不变)，且sL1L2。小滑块A、B与两个斜面以及水平面间的动摩擦因数相同，则()A滑块A到达底端C点时的动能一定比滑块B到达D点时的动能小B两个滑块在斜面上加速下滑的过程中，到达同一高度时，动能可能相同CA、B两个滑块从斜面顶端分别运动到C、D的过程中，滑块A重力做功的平均功率小于滑块B重力做功的平均功率DA、B两个滑块从斜面顶端分别运动到C、D的过程中，由于克服摩擦而产生的热量一定相同【答案】AC【解析】根据动能定理，滑块A由甲斜面顶端到达底端C点的过程，mghmgcos smv，滑块B由乙斜面顶端到达D点的过程，mghmgcos L1mgL2mv，又sL1L2，根据几何关系得scos L1cos L2，所以mvmv，故A正确；两个滑块在斜面上加速下滑的过程中，到达同一高度时：mghmgcos mv2，重力做功相同，但克服摩擦力做功不等，所以动能不同，故B错误；整个过程中，两滑块所受重力做功相同，但由于滑块A运动时间长，故重力对滑块A做功的平均功率比滑块B的小，故C正确；滑块A、B分别到达C、D时的动能不相等，由能量守恒定律知滑块A、B运动过程中克服摩擦产生的热量不同，故D错误。三讲关键能力-综合应用力学两大观点解决多运动过程问题1.分析思路(1
