物理第六章 機(jī)械能及其守恒定律 17 功能關(guān)系和能量守恒定律

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1、第第1717講功能關(guān)系和能量守恒定律講功能關(guān)系和能量守恒定律-3-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升功和能量變化的關(guān)系幾種常見的功能關(guān)系及其表達(dá)式減少 增加 Ep1-Ep2 減少 增加 -Ep Ep1-Ep2 不變化 0-4-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升變化 增加 減少 E 減少 增加 增加 Ffx相對(duì) -5-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.自然現(xiàn)象中蘊(yùn)藏著許多物理知識(shí),如圖所示為一個(gè)盛水袋,某人從側(cè)面緩慢推袋壁使它變形,則水的勢(shì)能()A.變大B.變小C.不變D.不能確定A解析:人緩慢推水袋,對(duì)水袋做正功,由功能關(guān)系可知,水的重力勢(shì)能一定增

2、加,A正確。-6-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,一固定斜面傾角為30,一質(zhì)量為m的小物塊自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做勻減速運(yùn)動(dòng),加速度大小等于重力加速度的大小g。物塊上升的最大高度為h,則此過程中,物塊的() C-7-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.功是能量轉(zhuǎn)化的量度:做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程,做了多少功,就伴隨著有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化;反之,轉(zhuǎn)化了多少能量就說明做了多少功。2.牢記三條功能關(guān)系(1)重力做的功等于重力勢(shì)能的變化,彈力做的功等于彈性勢(shì)能的變化。(2)合外力做的功等于動(dòng)能的變化。(3)除重力、彈力外,其他力做的功等于機(jī)械能

3、的變化。-8-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升3.功能關(guān)系的選用原則(1)在應(yīng)用功能關(guān)系解決具體問題的過程中,若只涉及動(dòng)能的變化用動(dòng)能定理分析。(2)只涉及重力勢(shì)能的變化用重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系分析。(3)只涉及機(jī)械能變化用除重力和彈力之外的力做功與機(jī)械能變化的關(guān)系分析。-9-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升摩擦力做功的特點(diǎn)及應(yīng)用1.靜摩擦力做功的特點(diǎn)(1)靜摩擦力可以做功,也可以做功,還可以不做功。 (2)相互作用的一對(duì)靜摩擦力做功的代數(shù)和總等于。 (3)靜摩擦力做功時(shí),只有機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)移,不會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2.滑動(dòng)摩擦力做功的特點(diǎn)(1)滑動(dòng)摩擦力可以做

4、功,也可以做功,還可以不做功。 (2)相互間存在滑動(dòng)摩擦力的系統(tǒng)內(nèi),一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功將產(chǎn)生兩種可能效果:機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;有一部分機(jī)械能在相互摩擦的物體間轉(zhuǎn)移,另外一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(3)摩擦生熱的計(jì)算:Q=Ffx相對(duì)。其中x相對(duì)為相互摩擦的兩個(gè)物體間的。 正 負(fù) 零 正 負(fù) 相對(duì)位移 -10-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.如圖所示,質(zhì)量為m的木塊放在光滑的水平面上,質(zhì)量為m的子彈以速度v0沿水平方向射中木塊,并最終留在木塊中與木塊一起以速度v運(yùn)動(dòng)。已知當(dāng)子彈相對(duì)木塊靜止時(shí),木塊前進(jìn)距離為l,子彈進(jìn)入木塊的深度為d,若木塊對(duì)子彈的阻力Ff視為恒定,則下列關(guān)系式錯(cuò)誤的

5、是()B -11-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升解析:從圖中不難看出,當(dāng)木塊前進(jìn)距離為l,子彈進(jìn)入木塊的深度為d時(shí),子彈相對(duì)于地面發(fā)生的位移為l+d。由牛頓第三定律知,子彈對(duì)木塊的作用力大小也為Ff。-12-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.足夠長的傳送帶以速度v勻速傳動(dòng),一質(zhì)量為m的小物體A由靜止輕放于傳送帶上,若小物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,如圖所示,當(dāng)物體與傳送帶相對(duì)靜止時(shí),轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的能量為()D-13-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.無論是滑動(dòng)摩擦力,還是靜摩擦力,計(jì)算做功時(shí)都是用力與對(duì)地位移的乘積。2.摩擦生熱的計(jì)算公式Q

6、=Ffx相對(duì)中x相對(duì)為兩接觸物體間的相對(duì)位移,若物體在傳送帶上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),則x相對(duì)為總的相對(duì)路程。-14-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升能量守恒定律及應(yīng)用1.內(nèi)容能量既不會(huì)憑空,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式為另一種形式,或者從一個(gè)物體到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量。 2.表達(dá)式:E減=。 3.基本思路(1)某種形式的能量減少,一定存在其他形式的能量增加,且變化量一定相等。(2)某個(gè)物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且變化量一定相等。4.節(jié)約能源的意義:能量的耗散表明,在能源的利用過程中,即在能量的轉(zhuǎn)化過程中,能量在數(shù)值上雖未減少,但在可利用的品質(zhì)

7、上降低了,從便于利用的變成了不便于利用的了。產(chǎn)生 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 保持不變 E增 -15-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.火箭發(fā)射回收是航天技術(shù)的一大進(jìn)步。如圖所示,火箭在返回地面前的某段運(yùn)動(dòng)可看成先勻速后減速的直線運(yùn)動(dòng),最后落在地面上。不計(jì)火箭質(zhì)量的變化,則()A.火箭在勻速下降過程中,機(jī)械能守恒B.火箭在減速下降過程中,攜帶的檢測儀器處于失重狀態(tài)C.火箭在減速下降過程中合力做功等于火箭機(jī)械能的變化D.火箭著地時(shí),火箭對(duì)地的作用力大于自身的重力 答案解析解析關(guān)閉勻速下降階段,說明阻力等于重力,不止重力做功,所以機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)A錯(cuò);在減速階段,加速度向上,所以超重,選項(xiàng)B錯(cuò)

8、;火箭著地時(shí),地面給火箭的力大于火箭重力,即選項(xiàng)D正確;合外力做功等于動(dòng)能改變量,選項(xiàng)C錯(cuò)。 答案解析關(guān)閉D-16-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.游客對(duì)過山車的興趣在于感受到力的變化,這既能讓游客感到刺激,但又不會(huì)受傷,設(shè)計(jì)者通過計(jì)算“受力因子”來衡量作用于游客身上的力,“受力因子”等于座椅施加給游客的力除以游客自身的重力,可以利用傳感器直接顯示數(shù)值。下圖為過山車簡化原理圖:左邊部分是裝有彈射系統(tǒng)的彈射區(qū),中間部分是作為娛樂主體的回旋區(qū),右邊部分是軌道末端的制動(dòng)區(qū)。某位質(zhì)量m=60 kg的游客坐過山車運(yùn)動(dòng)過程中,在軌道A處時(shí)“受力因子”顯示為7,在軌道B處時(shí)“受力因子”顯

9、示為0.5,在軌道C處時(shí)“受力因子”顯示為0.6。已知大回環(huán)軌道半徑r=10 m,重力加速度g取10 m/s2,則:-17-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升(1)該游客在C處時(shí)是超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)?(2)求該游客從A處運(yùn)動(dòng)到B處過程中損失的機(jī)械能。(3)試分析在設(shè)計(jì)時(shí)能否將彈射區(qū)和制動(dòng)區(qū)的位置互換?并說明理由。答案 (1)失重狀態(tài)(2)1 500 J(3)不能;理由見解析。-18-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升解析 (1)因C處受力因子顯示0.6,即游客對(duì)座椅的壓力為0.6mg,故處于失重狀態(tài)。設(shè)游客機(jī)械能損失為E,則E=EkA-(EkB+2mgr),計(jì)算得

10、E=1 500 J。(3)不能。因?yàn)榇蠡丨h(huán)的最高點(diǎn)比C點(diǎn)高,若將彈射區(qū)和制動(dòng)區(qū)的位置互換,從左邊出發(fā)先經(jīng)過C點(diǎn),繼續(xù)運(yùn)動(dòng)速度不斷減小,進(jìn)入大回環(huán)軌道不一定能到達(dá)最高點(diǎn)B點(diǎn),會(huì)發(fā)生脫離軌道的情況,所以不能互換。-19-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.如圖所示,輕質(zhì)彈簧一端固定,另一端與一質(zhì)量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連,彈簧水平且處于原長。圓環(huán)從A處由靜止開始下滑,經(jīng)過B處的速度最大,到達(dá)C處的速度為零,AC=h。圓環(huán)在C處獲得一豎直向上的速度v,恰好能回到A。彈簧始終在彈性限度內(nèi),重力加速度為g。則圓環(huán)()B -20-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提

11、升-21-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.如圖所示,光滑水平面AB與豎直面內(nèi)的半圓形導(dǎo)軌在B點(diǎn)相切,半圓形導(dǎo)軌的半徑為r。一個(gè)質(zhì)量為m的物體將彈簧壓縮至A點(diǎn)后由靜止釋放,在彈力作用下物體獲得某一向右的速度后脫離彈簧,當(dāng)它經(jīng)過B點(diǎn)進(jìn)入導(dǎo)軌的瞬間對(duì)軌道的壓力為其重力的8倍,之后向上運(yùn)動(dòng)恰能到達(dá)最高點(diǎn)C,C、O、B三點(diǎn)的同一豎直線上。不計(jì)空氣阻力,試求: (1)物體在A點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能。(2)物體從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至C點(diǎn)的過程中產(chǎn)生的內(nèi)能。-22-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升-23-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.應(yīng)用能量守恒定律解題的基本思路(1)分清有多少種形式的能量,如動(dòng)能、勢(shì)能(包括重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、電勢(shì)能)、內(nèi)能等在變化。(2)明確哪種形式的能量增加,哪種形式的能量減少,并且列出減少的能量E減和增加的能量E增的表達(dá)式。(3)列出能量守恒關(guān)系式:E減=E增。2.能量守恒定律確立的兩類重要事實(shí):確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的不可能性和發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。