天津市武清區(qū)楊村第四中學(xué)高三物理 第4講功能關(guān)系能的轉(zhuǎn)化與守恒定律復(fù)習(xí)課件

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1、第4講功能關(guān)系能的轉(zhuǎn)化與守恒定律知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.能量能量是反映物體能夠?qū)ν庾龉Ρ绢I(lǐng)大小的物理量.一、能的概念知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.能量的種類一切物體都具有能量,在高中物理中涉及的能量形式有:動能、重力(引力)勢能、彈性勢能、機械能、電勢能、分子勢能、內(nèi)能、光能、核能等.二、功能關(guān)系1.內(nèi)容(1)功是能量轉(zhuǎn)化的量度,即做了多少功就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化.(2)做功的過程一定伴隨著能量的轉(zhuǎn)化,而且能量的轉(zhuǎn)化必通過做功來實現(xiàn).知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.功與對應(yīng)能量的變化關(guān)系功能量的變化合外力做正功動能增加重力做正功重力勢能減少彈簧彈力做正功彈性勢能減少電場力做正功電勢能減少分子力做正功分子勢能減少其他力(

2、除重力、彈力)做正功機械能增加一對滑動摩擦力做的總功為負功內(nèi)能增加知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.內(nèi)容:能量既不會消滅,也不會創(chuàng)生.它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變.三、能量守恒定律知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.表達式:E減=E增.注意:E增為末狀態(tài)的能量減去初狀態(tài)的能量,而E減為初狀態(tài)的能量減去末狀態(tài)的能量.三、能量守恒定律知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.上端固定的一根細線下面懸掛一擺球,擺球在空氣中擺動,擺動的幅度越來越小,對此現(xiàn)象下列說法正確的是()A.擺球機械能守恒B.總能量守恒,擺球的機械能正在減少,減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C.能量正在消失D.只

3、有動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化【解析】由于空氣阻力的作用,機械能減少,機械能不守恒,內(nèi)能增加,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,能量總和不變,B正確.【答案】B知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.如圖所示,一木塊放在光滑水平面上,一子彈水平射入木塊中,射入深度為d,平均阻力為Ff.設(shè)木塊離原點s遠時開始勻速前進,下列判斷正確的是()A.Ffs量度子彈損失的動能B.Ffd量度子彈損失的動能C.Ff(s+d)量度子彈損失的動能D.Ffd量度子彈、木塊系統(tǒng)總機械能的損失【解析】對子彈用動能定理,有:-Ff(s+d)=mv2-m,所以子彈損失的動能為Ff(s+d),C正確,A、B錯誤;對木塊用動能定理,有:Ffs=Mv2-0,所以Ffd

4、=m-(mv2+Mv2),故D正確.121220v121220v1212【答案】CD知識建構(gòu)技能建構(gòu)3.某人把原來靜止于地面上的質(zhì)量為2kg的物體向上提起1m,并使物體獲得1m/s的速度,取g=10m/s2,則這個過程中()A.人對物體做功20JB.合外力對物體做功1JC.物體的重力勢能增加20JD.物體的機械能增加21J知識建構(gòu)技能建構(gòu)項B、C、D均正確.【答案】BCD【解析】把物體向上提起的過程中有兩個力對物體做功,人對物體做正功,重力對物體做負功.物體的動能增加了1J,重力勢能增加了20J,即機械能增加了21J.由功能關(guān)系知:人對物體做的功等于物體機械能的變化,所以人對物體做功21J.由

5、動能定理知:合力對物體所做的功等于物體動能的變化,所以合外力對物體做功1J,故選知識建構(gòu)技能建構(gòu)4.如圖所示,某段滑雪雪道傾角為30,總質(zhì)量為m(包括雪具在內(nèi))的滑雪運動員從距底端高為h處的雪道上由靜止開始勻加速下滑,加速度為g.在他從上向下滑到底端的過程中,下列說法正確的是()A.運動員減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能B.運動員獲得的動能為mghC.運動員克服摩擦力做功為mghD.下滑過程中系統(tǒng)減少的機械能為mgh13132313知識建構(gòu)技能建構(gòu)功,機械能不守恒,減少的勢能沒有全部轉(zhuǎn)化為動能,而是有mgh轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故A錯誤,D正確;由動能定理知,運動員獲得的動能為mg =mgh,故B錯誤.【答

6、案】D1313hsin3023【解析】運動員的加速度為g,小于gsin30,所以必受摩擦力,且大小為mg,克服摩擦力做功為mg =mgh,故C錯誤;摩擦力做131616hsin3013知識建構(gòu)技能建構(gòu)一、理解幾種常見的功能關(guān)系知識建構(gòu)技能建構(gòu)例1如圖所示,物體以100J的初動能從斜面底端向上運動,當它通過斜面某點M時,其動能減少了80J,機械能損失了32J.若物體能從斜面上返回底端,則返回底端時的動能為()A.20JB.48JC.60JD.68J知識建構(gòu)技能建構(gòu)【名師點金】各種形式的能可以互相轉(zhuǎn)化,這些轉(zhuǎn)化是通過各種不同力的功來實現(xiàn)和量度的.也就說功總是與能的轉(zhuǎn)化相對應(yīng).但是性質(zhì)不同的力做功時

7、,對能量形式轉(zhuǎn)化的影響是不同的.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】設(shè)物體的質(zhì)量為m,斜面的傾角為,物體從底端到M點沿斜面運動的位移為s1.對物體做功的力有兩個:重力沿斜面的分力mgsin和滑動摩擦力F,而且上升的過程中這兩個力都對物體做負功.根據(jù)動能定理可知:動能的減少量等于克服這兩個力所做的功,即(mgsin+F)s1=80J由功能關(guān)系可知:機械能的減少量等于克服滑動摩擦力所做的功,即Fs1=32J由以上兩式解得:知識建構(gòu)技能建構(gòu)=設(shè)物體從斜面底端運動到最高點位移為s2,則上升過程中由動能定理得:(mgsin+F)s2=100J解得:Fs2=40J,即上升過程中物體克服滑動摩擦力做了40J的功因為

8、上升和下降過程中物體都克服滑動摩擦力做功,且數(shù)值相等,所以往返一次克服滑動摩擦力所做的總功為80J.由功能關(guān)系可知,往返一次機械能的減少量等于克服滑動摩擦力所做的總功,所以物體返回斜面底端時機械能減少了80J,也就是說物體的動能減少了80J(因為物體的重力勢能沒有變化),因此物體返回斜面底端時的動能為20J,本題的選項A正確.Fmgsin23【答案】A知識建構(gòu)技能建構(gòu)方法概述中學(xué)階段經(jīng)常會遇到這樣一些功能關(guān)系:1.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系:重力做功等于重力勢能變化的負值,即WG=-Ep.知識建構(gòu)技能建構(gòu)3.動能定理:合力對物體所做的功等于物體動能的變化,即W合=Ek.2.彈簧彈力做功與彈性

9、勢能變化的關(guān)系:彈簧彈力做功等于彈性勢能變化的負值,即W彈=-Ep.4.除重力(或彈簧彈力)以外的力所做的功等于系統(tǒng)機械能的變化,即W=E.知識建構(gòu)技能建構(gòu)6.一對互為作用力與反作用力的滑動摩擦力做的總功的代數(shù)和必不為零,用來量度該過程系統(tǒng)由于摩擦而減小的機械能,也就是系統(tǒng)增加的內(nèi)能:fd=Q(d為這兩個物體間相對移動的路程).5.機械能守恒定律:當除重力(或彈簧彈力)以外的力所做的功等于零時,系統(tǒng)的機械能守恒,即E=0.知識建構(gòu)技能建構(gòu)7.電場力做功是電荷電勢能的變化的量度.具體來講,電場力對電荷做正功時,電荷的電勢能減少;電場力對電荷做負功時,電荷的電勢能增加,并且,電勢能增加或減少的數(shù)值

10、等于電場力做功的數(shù)值.即W電=-Ep電.知識建構(gòu)技能建構(gòu)8.安培力做功對應(yīng)著電能與其他形式的能的相互轉(zhuǎn)化,即W安=-E電.安培力做正功,對應(yīng)著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(電動機模型);克服安培力做功,對應(yīng)著其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能(發(fā)電機模型);且安培力做功的絕對值,等于電能轉(zhuǎn)化的量值.知識建構(gòu)技能建構(gòu)變式訓(xùn)練1游樂場中的一種滑梯如圖所示.小朋友從軌道頂端由靜止開始下滑,沿水平軌道滑動了一段距離后停下來,則()A.下滑過程中支持力對小朋友做功B.下滑過程中小朋友的重力勢能增加C.整個運動過程中小朋友的機械能守恒D.在水平面滑動過程中摩擦力對小朋友做負功知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】下滑過程中支持力的方

11、向總與速度方向垂直,所以支持力不做功,A錯誤;越往下滑重力勢能越少,B錯誤;摩擦力的方向與速度方向相反,所以摩擦力做負功,機械能減少,D正確,C錯誤.【答案】D知識建構(gòu)技能建構(gòu)例2如圖所示,電動機帶著繃緊的傳送帶始終以v=2m/s的速度運動,傳送帶與水平面間的夾角=30,現(xiàn)把一質(zhì)量m=10kg的工件無初速地放在皮帶的底端,經(jīng)過一段時間后,工件被送到高h=2m的平臺上.已知工件與傳送帶間的動摩擦因數(shù)=,除此之外,不計其他損耗.求電動機由于傳送工件多消耗的電能.32二、靈活應(yīng)用功能關(guān)系解題知識建構(gòu)技能建構(gòu)【名師點金】以傳送帶為載體,不僅可以考查牛頓運動定律和運動學(xué)的內(nèi)容,而且可以考查功和能方面的知

12、識,涵蓋了高中力學(xué)的大部分知識點.在解涉及功能關(guān)系的傳送帶問題時,要從物體增加的機械能和系統(tǒng)增加的內(nèi)能兩個角度去求解電動機多消耗的電能.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】當工件放上傳送帶后,電動機多消耗的電能一方面增加了工件的機械能,另一方面轉(zhuǎn)化為工件和傳送帶由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能.產(chǎn)生的內(nèi)能Q=mgcoss,式中s是工件從放上傳送帶到與傳送帶達到共速的過程中,工件相對傳送帶的位移.這段過程中,工件做勻加速直線運動,設(shè)其加速度為a,持續(xù)時間為t,經(jīng)位移s1后達到速度v,則mgcos-mgsin=mav=ats1=at2聯(lián)立解得:t=0.8s,s1=0.8m12hsin知識建構(gòu)技能建構(gòu)故工件被送到平臺上時

13、速度為v.這段時間內(nèi),傳送帶運動的距離s2=vt=1.6m所以s=s2-s1=0.8m,從而Q=mgcoss=60J工件增加的機械能E機=mgh+mv2=220J電動機多消耗的電能E電=E機+Q=280J.【答案】280J12知識建構(gòu)技能建構(gòu)態(tài)的動能、勢能等各種形式的能和力在過程中的功,并恰當?shù)剡x取相關(guān)定理或定律建立方程即可求解.具體分析方法如下:方法概述由于應(yīng)用功能關(guān)系和能量守恒定律分析問題時,其研究對象是突出物體或物體系所經(jīng)歷的運動過程中狀態(tài)和能量的改變,因此應(yīng)重點關(guān)注運動狀態(tài)變化的結(jié)果和引起變化的原因.即弄清始末狀知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.仔細審題,重視過程分析和挖掘隱含條件審題就是發(fā)現(xiàn)題中的

14、已知條件,弄清題中的物理過程.在審題時,對題中的信息要用簡單的形式(如符號、圖表、數(shù)據(jù)等)有序地記錄下來,并對信息進行綜合分析、推理、篩選,既要明確直接的、明顯的條件,又要挖掘間接的、隱含的條件.為此要重視過程分析,注意題中的關(guān)鍵字、詞、句,把握題中的變量與不變量,多角度、立體地整合題中信息,從而通過畫運動草圖或速度時間圖象等方法構(gòu)建出一幅已知和未知關(guān)聯(lián)的物理圖景.知識建構(gòu)技能建構(gòu)過程中臨界狀態(tài)的分析.所有這些如果都分析清楚了,一般說來問題的解決思路也就明確了.有些復(fù)雜問題往往包含幾個或多個連續(xù)復(fù)雜的過程,這就要求考生樹立善于將復(fù)雜過程隔離分為若干個不同階段來處理的意識,即采用“慢鏡頭”的方法

15、對每個階段初末狀態(tài)及每個過程遵循的不同物理規(guī)律做深入的分析,同時要注意兩相鄰階段中間狀態(tài),或某知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.明確對象,重視受力與運動的雙重分析明確對象就是根據(jù)題給條件或所求,靈活選擇物體或物體系的過程.對象確定后,要重視受力與運動的雙重分析,即按照力的性質(zhì)(場力、彈力、摩擦力、其他力)有序地分析其全部的受力,與之同時,要分析運動的性質(zhì)并注意運動的連續(xù)性和可能性及其合成與分解性,抓住兩種運動鏈接的關(guān)鍵物理量(如速度、位移、加速度、時間等),從而為準確解題打下堅實基礎(chǔ).知識建構(gòu)技能建構(gòu)3.確定過程,靈活選用物理規(guī)律解題確定對象和過程后,就應(yīng)在分析的基礎(chǔ)上靈活選用物理規(guī)律來解題,規(guī)律選用的一般

16、原則是:對單個物體,宜選用動能定理;若是多個物體組成的系統(tǒng),優(yōu)先考慮守恒定律,尤其是若涉及系統(tǒng)內(nèi)物體的相對位移(路程)并涉及摩擦力的,要考慮應(yīng)用能量守恒定律.變式訓(xùn)練2一木塊靜止放在光滑水平面上,一顆子彈沿水平方向射入木塊,若子彈進入木塊的深度為s1,與此同時木塊沿水平面移動了s2,設(shè)子彈在木塊中受到的阻力大小不變,則在子彈進入木塊的過程中()知識建構(gòu)技能建構(gòu)B.子彈損失的動能與系統(tǒng)獲得的內(nèi)能之比為(s1+s2):s1C.木塊獲得的動能與系統(tǒng)獲得的內(nèi)能之比為s2 s1D.木塊獲得的動能與系統(tǒng)獲得的內(nèi)能之比為s1 s2A.子彈損失的動能與木塊獲得的動能之比為(s1+s2):s2知識建構(gòu)技能建構(gòu)【

17、規(guī)范全解】設(shè)子彈的質(zhì)量為m,射入木塊時的速度為v0,木塊的質(zhì)量為M.在子彈進入木塊的過程中受到的摩擦力為F,子彈和木塊相對靜止時的共同速度為v子彈進入木塊的過程中,對子彈由動能定理得:-F(s1+s2)=mv2-m即子彈損失的動能等于它克服摩擦力所做的功由動能定理可知,木塊獲得的動能等于子彈作用在木塊上的摩擦力對木塊所做的功,即Fs2=Mv2對子彈和木塊組成的系統(tǒng)來說,聯(lián)立上式得:121220v12知識建構(gòu)技能建構(gòu)Fs2-F(s1+s2)=(M+m)v2-m即:-Fs1=(M+m)v2-m上式表明,摩擦力對系統(tǒng)所做的總功為負功,總功在數(shù)值上等于摩擦力與子彈和木塊間相對位移的乘積,即W=Fs1.

18、這一值量度了系統(tǒng)動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的多少,即Q=Fs1.由以上的分析可以看出本題的正確選項是A、B、C.【答案】ABC121220v121220v知識建構(gòu)技能建構(gòu)高考真題1(2010年高考福建理綜卷)如圖甲所示,質(zhì)量不計的彈簧豎直固定在水平面上,t=0時刻,將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放,小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點,然后又被彈起離開彈簧,上升到一定高度后再下落,如此反復(fù).通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器,測出這一過程彈簧彈力F隨時間t變化的圖象如圖乙所示,則()知識建構(gòu)技能建構(gòu)A.t1時刻小球動能最大B.t2時刻小球動能最大C.t2t3這段時間內(nèi),小球的動能先增加后減少D.t2t3

19、這段時間內(nèi),小球增加的動能等于彈簧減少的彈性勢能知識建構(gòu)技能建構(gòu)【命題分析】本題涉及彈性勢能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化問題,由于彈簧與其相連接的物體構(gòu)成的系統(tǒng)的運動狀態(tài)具有很強的綜合性和隱蔽性,由于彈簧與其相連接的物體相互作用時涉及的物理概念和物理規(guī)律較多,因而多年來,彈簧試題深受高考物理命題專家們的青睞.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【解析提示】彈簧的彈性勢能的變化,可根據(jù)彈簧形變量變化情況運用公式Ep=kx2判斷.彈簧形變量增大,彈性勢能增加;彈簧形變量減小,彈性勢能減少.12知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】彈簧的彈力F最大時(如題圖中的t2時刻,此時的彈力F一定大于小球的重力),即彈簧被壓縮到最短時,也是小球的

20、動能最小時;當彈力F等于小球的重力時,小球的動能最大;選項A、B均錯誤;t1t2這段時間內(nèi),小球在壓縮彈簧;t2t3這段時間內(nèi),小球在上升,彈簧在恢復(fù)形變;前一段時間,向上的彈力F大于小球的重力,小球做加速運動,動能增加;后一段時間,向上的彈力F小于小球的重力,小球做減速運動,動能減少,選項C正確;t2t3這段時間內(nèi),小球增加的機械能等于彈簧減少的彈性勢能,選項D錯誤.【答案】C知識建構(gòu)技能建構(gòu)考向預(yù)測1如圖所示,傾角為的直角斜面體固定在水平地面上,其頂端固定有一輕質(zhì)定滑輪,輕質(zhì)彈簧和輕質(zhì)細繩相連,一端接質(zhì)量為m2的物塊B,物塊B放在地面上且使滑輪和物塊間的細繩豎直,一端連接質(zhì)量為m1的物塊A

21、,物塊A放在光滑斜面上的P點保持靜止,彈簧和斜面平行,此時彈簧具有的彈性勢能為Ep.不計定滑輪、細繩、彈簧的質(zhì)量,不計斜面、滑輪的摩擦.已知彈簧勁度系數(shù)為k,P點到斜面底端的距離為L.現(xiàn)將物塊A緩慢斜向上移動,直到彈簧剛恢復(fù)原長時的位置,并由靜止釋放物塊A,當物塊B剛要離開地面時,物塊A的速度即變?yōu)榱?求:(1)當物塊B剛要離開地面時,物塊A的加速度.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)在以后的運動過程中物塊A最大速度的大小.【解析】(1)B剛要離開地面時,A的速度恰好為零,即以后B不會離開地面.當B剛要離開地面時,地面對B的支持力為零,設(shè)繩上拉力為F.B受力平衡,F=m2g對A,由牛頓第二定律,設(shè)沿斜面向

22、上為正方向F-m1gsin=m1a聯(lián)立解得:a=(-sin)g由最初A自由靜止在斜面上時,地面對B的支持力不為零,推得m1gsinm2g,即sin21mm21mm知識建構(gòu)技能建構(gòu)故A的加速度大小為(-sin)g,方向沿斜面向上.21mm(2)由題意,物塊A將以P為平衡位置振動,當物塊回到位置P時有最大速度,設(shè)為vm.從A由靜止釋放,到A剛好到達P點過程,系統(tǒng)能量守恒:m1gx0sin=Ep+m1當A自由靜止在P點時,A受力平衡m1gsin=kx0聯(lián)立解得:vm=.【答案】(1)(sin-)g方向沿斜面向上122mv22p11Em g sin2()km21mm(2)22p11Em g sin2(

23、)km知識建構(gòu)技能建構(gòu)高考真題2A.物塊的機械能逐漸增加B.軟繩的重力勢能共減少了mglC.物塊重力勢能的減少等于軟繩克服摩擦力所做的功D.軟繩重力勢能的減少小于其動能的增加與克服摩擦力所做功之14和知識建構(gòu)技能建構(gòu)【命題分析】本題考查功與能量變化的對應(yīng)關(guān)系,功是能量轉(zhuǎn)化的量度,重力的功等于重力勢能的變化,克服摩擦力的功等于摩擦生熱.【解析提示】本題在利用動能定理時,利用隔離的方法,分別對物塊和軟繩利用動能定理進行求解.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】因為細線的拉力對物塊做負功,所以物塊的機械能減小,選項A錯誤;選斜面最高點為零勢能點,則輕繩的重力勢能減少量Ep=-mglsin-(-mgl)=mg

24、l,選項B正確;根據(jù)功和能的關(guān)系,細線對軟繩做的功與軟繩重力勢能的減少等于其動能增加與克服摩擦所做功之和,所以D正確,C錯誤.【答案】BD121214知識建構(gòu)技能建構(gòu)考向預(yù)測2如圖甲所示是游樂場中過山車的實物圖片,圖乙是過山車的模型圖.在模型圖中半徑分別為R1=2.0m和R2=8.0m的兩個光滑圓形軌道,固定在傾角=37斜軌道面上的Q、Z兩點,且兩圓形軌道的最高點A、B均與P點平齊,圓形軌道與斜軌道之間圓滑連接.現(xiàn)使小車(可視作質(zhì)點)從P點以一定的初速度沿斜面向下運動.已知斜軌道面與小車間的動摩擦因數(shù)=,g=10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8.問:124(1)若小車恰好能通過

25、第一個圓形軌道的最高點A處,則其在P點的初速度應(yīng)為多大?知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)若小車在P點的初速度為10m/s,則小車能否安全通過兩個圓形軌道?知識建構(gòu)技能建構(gòu)mg=如圖丙所示,設(shè)Q點與P點高度差為h1,PQ間距離為L1,由幾何關(guān)系得L1=丙211mvR1R (1cos )sin【解析】(1)設(shè)小車經(jīng)過A點時的臨界速度為v1,則知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)設(shè)Z點與P點高度差為h2,PZ間距離為L2,由幾何關(guān)系得L2=小車能安全通過兩個圓形軌道的臨界條件是在B點速度為v2,且在B點時有:mg=設(shè)P點的初速度為v02,P點到B點的過程,由動能定理得:mgL2cos=m-m解得v02=8m/s可知v02=8m/s10m/s,能安全通過.【答案】(1)4m/s(2)能2R (1cos )sin222mvR1222v12202v知識建構(gòu)技能建構(gòu)