《2018年高考物理一轮复习 专题5.4 功能关系、能量转化和守恒定律教学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018年高考物理一轮复习 专题5.4 功能关系、能量转化和守恒定律教学案（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题5.4 功能关系、能量转化和守恒定律1.掌握功和能的对应关系，特别是合力功、重力功、弹力功分别对应的能量转化关系2.理解能量守恒定律，并能分析解决有关问题 一、功能关系的理解与应用1对功能关系的理解(1)做功的过程就是能量转化的过程。不同形式的能量发生相互转化是通过做功来实现的。(2)功是能量转化的量度，功和能的关系，一是体现在不同的力做功，对应不同形式的能转化，具有一一对应关系，二是做功的多少与能量转化的多少在数值上相等。2几种常见的功能关系及其表达式各种力做功对应能的变化定量的关系合力的功动能变化合力对物体做功等于物体动能的增量W合Ek2Ek1重力的功重力势能变化重力做正功，重力势能减
2、少，重力做负功，重力势能增加，且WGEpEp1Ep2弹簧弹力的功弹性势能变化弹力做正功，弹性势能减少，弹力做负功，弹性势能增加，且W弹EpEp1Ep2只有重力、弹簧弹力的功不引起机械能变化机械能守恒E0非重力和弹力的功机械能变化除重力和弹力之外的其他力做正功，物体的机械能增加，做负功，机械能减少，且W其他E电场力的功电势能变化电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加，且W电Ep二、摩擦力做功与能量的关系1两种摩擦力做功的比较静摩擦力滑动摩擦力不同点能量的转化方面只有能量的转移，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和等于零一对滑动摩擦
3、力所做功的代数和为负值，总功WFfs相对，即摩擦时产生的热量相同点正功、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；静摩擦力做正功时，它的反作用力一定做负功；滑动摩擦力做负功时，它的反作用力可能做正功，可能做负功，还可能不做功；但滑动摩擦力做正功或不做功时，它的反作用力一定做负功2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QFfs相对中s相对为两接触物体间的相对位移，若物体在传送带上做往复运动时，则s相对为总的相对路程。三、能量转化与守恒的应用1对能量守恒定律的两
4、点理解(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。2能量转化问题的解题思路(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减与增加的能量总和E增，最后由E减E增列式求解。 高频考点一对功能关系的理解与应用功是能量转化的量度。力学中的功与对应的能量的变化关系如下表所示：功能量改变关系式W合：合外力的功(所有外力的功)动能的改变量(Ek)W合EkWG：
5、重力的功重力势能的改变量(Ep)WGEpW弹：弹簧弹力做的功弹性势能的改变量(Ep)W弹EpW其他：除重力或系统内弹簧弹力以外的其他外力做的功机械能的改变量(E)W其他EFfx：一对滑动摩擦力做功的代数和因摩擦而产生的内能(Q)FfxQ(x为物体间的相对位移)【例1】如图甲所示，在倾角为37的粗糙的足够长斜面的底端，一质量m1 kg可视为质点的滑块压缩一轻弹簧，滑块与弹簧不连接，t0时释放物块，计算机通过传感器描绘出滑块的v t图象如图乙所示，其中Oab段为曲线，bc段为直线。在t10.1 s时滑块已上滑x0.2 m的距离，g取10 m/s2。求：(1)滑块与斜面间的动摩擦因数的大小；(2)压
6、缩弹簧时，弹簧具有的弹性势能Ep。答案：(1)0.5(2)4.0 J【举一反三】如图3所示，是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中和为楔块，和为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦，在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中()图3A缓冲器的机械能守恒B摩擦力做功消耗机械能C垫板的动能全部转化为内能D弹簧的弹性势能全部转化为动能解析由于楔块与弹簧盒、垫板间有摩擦力，即摩擦力做负功，则机械能转化为内能，故A错误，B正确；垫板动能转化为内能和弹性势能，故C错误；而弹簧弹性势能也转化为动能和内能，故D错误。答案 B【变式训练】 (多选)如图4所示，长木板A放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度冲上A后，由
7、于摩擦力作用，最后停止在木板A上，则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中，下述说法中正确的是()图4A物体B动能的减少量等于系统损失的机械能B物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量C物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和D摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量答案CD高频考点二能量守恒定律的应用应用能量守恒定律的解题步骤1选取研究对象和研究过程，了解对应的受力情况和运动情况。2分析有哪些力做功，相应的有多少形式的能参与了转化，如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等。3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
8、能量E减和增加的能量E增的表达式。4列出能量转化守恒关系式：E减E增，求解未知量，并对结果进行讨论。【例2】 (多选)如图5为某探究活动小组设计的节能运输系统。斜面轨道倾角为30，质量为M的木箱与轨道的动摩擦因数为。木箱在轨道顶端时，自动装货装置将质量为m的货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，再重复上述过程。下列选项正确的是()图5AmMBm2MC木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度D在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能同时，从式可以看出，木箱下滑的
9、过程中，克服摩擦力和弹簧弹力做功，因此减少的重力势能一部分转化为内能，一部分转化为弹簧的弹性势能，故D错误；木箱不与弹簧接触时，根据牛顿第二定律得：下滑时(Mm)gsin 30(Mm)gcos 30(Mm)a1上滑时Mgsin 30Mgcos 30Ma2解得a1，a2，故C正确。答案BC【变式训练】如图6所示，光滑曲面AB与水平面BC平滑连接于B点，BC右端连接内壁光滑、半径为r的细圆管CD，管口D端正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧，轻弹簧一端固定，另一端恰好与管口D端平齐。质量为m的滑块在曲面上距BC的高度为2r处从静止开始下滑，滑块与BC间的动摩擦因数，进入管口C端时与圆管恰好无作用力，
10、通过CD后压缩弹簧，在压缩弹簧过程中滑块速度最大时弹簧的弹性势能为Ep。求：图6(1)滑块到达B点时的速度大小vB；(2)水平面BC的长度x；(3)在压缩弹簧过程中滑块的最大速度vm。答案(1)2(2)3r(3)高频考点三摩擦力做功的特点及应用1静摩擦力做功的特点(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。(2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零。(3)静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能。2滑动摩擦力做功的特点(1)滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。(2)相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果：机械能全部转化为内能
11、；有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外一部分转化为内能。(3)摩擦生热的计算：QFfx相对。其中x相对为相互摩擦的两个物体间的相对位移。【例3】(多选)如图所示，长木板A放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度冲上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中，下述说法中正确的是()A物体B动能的减少量等于系统损失的机械能B物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量C物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和D摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和的绝对值等于系统内能的增加量答案：CD【变式训练】如图所示，传送带与水平面之间的夹角
12、为30，其上A、B两点间的距离为l5 m，传送带在电动机的带动下以v1 m/s的速度匀速运动。现将一质量为m10 kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带上的A点，已知小物体与传送带之间的动摩擦因数，在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中，求：(g取10 m/s2)(1)传送带对小物体做的功；(2)电动机做的功。解析：(1)小物体刚开始运动时，根据牛顿第二定律有mgcos mgsin ma解得小物体上升的加速度为a2.5 m/s2当小物体的速度为v1 m/s时，小物体的位移为x0.2 m5 m之后小物体以v1 m/s的速度做匀速运动到达B点。由功能关系得WEkEpmv2mglsin 255 J
13、答案：(1)255 J(2)270 J【举一反三】如图所示为某娱乐活动小组设计的活动方案示意图，游戏者通过助跑后从A点以某一速度沿斜面滑下，到达斜面底端B点后滑过水平无摩擦的BC段，顺势抓住C点正上方P点处的轻质吊环，人和吊环一起沿水平杆向前滑去，沿水平杆前进一定距离后松手，要求落在位于水面上的平台M上。已知斜面AB的长度s12 m，斜面倾角为37，人与斜面间和吊环与水平杆间的动摩擦因数均为0.5，P点到平台中心M点的水平距离d8 m，某人在游戏活动中助跑后到达A点的速度为vA4 m/s，下滑后在P点抓住吊环滑行一段距离，松手后下落的高度为h3.2 m，不考虑人体型变化所带来的影响，人经过B点
14、时速度大小不变，g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。(1)该人到达B点时的速度为多大？(2)该人若正好落到M点，人和吊环一起沿水平杆向前滑行的距离x应多大？解析：(1)由能量守恒定律得mgssin 37mvmvmgscos 37其中vA4 m/s，代入数据解得vB8 m/s。(2)设人下落的时间为t，根据hgt2，解得t0.8 s设人松手时速度为v，人和吊环一起沿水平杆向前时由能量守恒定律得mvmv2mgx人平抛的水平距离dxvt联立解得x4.8 m。答案：(1)8 m/s(2)4.8 m1【2016全国卷】 轻质弹簧原长为2l，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放，当弹簧被压缩到最短时，弹簧长度为l.现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接AB是长度为5l的水平轨道，B端与半径为l的光滑半圆轨道BCD相切，半圆的直径BD竖直，如图所示物块P与AB间的动摩擦因数0.5.用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度l，然后放开，P开始沿轨道运动，重力加速度大小为g.(1)若P的质量为m，求P到达B点时速
