南方新高考高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題五 第4講 功能關(guān)系 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律課件 新人教版

第4講功能關(guān)系能量轉(zhuǎn)化與守恒定律一、功和能的關(guān)系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，就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化；反之，轉(zhuǎn)化了多少能量就說明做了多少功.2.常見的功與能的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下表所示EpEpEEkEpE電E分功能量變化功能關(guān)系重力做功WGmgh重力勢(shì)能變化EpWG_彈簧彈力做功WN彈性勢(shì)能變化EpWN_其他力做功W總機(jī)械能變化EW總_合外力做功W合動(dòng)能變化EkW合_電場(chǎng)力做功WEqUAB電勢(shì)能變化EpWE_安培力做功W安Fs電能的變化E電W安_分子力做功W分分子勢(shì)能的變化E分W分_二、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律1.內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)被憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體_到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持_.2.能量轉(zhuǎn)化與守恒的兩種表述(1)某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量等于增加量.轉(zhuǎn)移不變相互轉(zhuǎn)化(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量等于增加量.3.對(duì)能量轉(zhuǎn)化與守恒的理解：每一種運(yùn)動(dòng)形式都對(duì)應(yīng)一種能量形式，通過力做功，不同形式的能可以_.【基礎(chǔ)檢測(cè)】1.(2015 年河南商丘模擬)自然現(xiàn)象中蘊(yùn)藏著許多物理知識(shí)，如圖 5-4-1 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()圖 5-4-1A.增大B.變小C.不變D.不能確定答案：A2.(2014 年廣東卷)如圖 5-4-2 是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖.圖中和為楔塊，和為墊板，楔塊與彈簧盒、墊板間均有摩擦. 在車廂相互撞擊使彈簧壓縮的過程中()A.緩沖器的機(jī)械能守恒B.摩擦力做功消耗機(jī)械能C.墊板的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能圖 5-4-2D.彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能答案：B考點(diǎn)1摩擦力做功的特點(diǎn)重點(diǎn)歸納1.靜摩擦力做功的特點(diǎn)(1)靜摩擦力既可以做正功，也可以做負(fù)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)和總等于零.(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)摩擦力既可以做正功，也可以做負(fù)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.一部分機(jī)械能在相互摩擦的物體間轉(zhuǎn)移，另一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.(3)摩擦生熱的計(jì)算Qfs相對(duì).典例剖析例 1：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速度 v 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，一質(zhì)量為 m 的小木塊由靜止輕放在傳送帶上(傳送帶足夠長(zhǎng))，若小木塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，如圖 5-4-3 所示，當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，求：(1)小木塊的位移.(2)傳送帶轉(zhuǎn)過的路程.(3)小木塊獲得的動(dòng)能.(4)摩擦過程產(chǎn)生的熱量.圖 5-4-3思維點(diǎn)撥：摩擦力對(duì)小木塊做的功對(duì)應(yīng)小木塊動(dòng)能的增量，而傳送帶克服摩擦力做的功為摩擦力與傳送帶的對(duì)地位移的乘積，電動(dòng)機(jī)所做的功應(yīng)為小木塊獲得的動(dòng)能和由于摩擦而產(chǎn)生的熱量之和.解：小木塊剛放在傳送帶上時(shí)速度為零，受到向右的摩擦力作用而做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，與傳送帶共速后不再相互滑動(dòng)，整個(gè)過程中木塊獲得一定的能量，系統(tǒng)要產(chǎn)生摩擦熱.(1)由牛頓第二定律mgma 得 ag備考策略：求解物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的問題，首先要正解分析物體的運(yùn)動(dòng)過程，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，然后利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合牛頓第二定律，求物體及傳送帶在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的位移，找出物體和傳送帶之間的位移關(guān)系.再利用Qfs 相對(duì)求摩擦熱，利用功能關(guān)系求功.【考點(diǎn)練透】1.(2015 年安徽安慶模擬)如圖 5-4-4 所示，一足夠長(zhǎng)的木板在光滑的水平面上以速度 v 向右勻速運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)將質(zhì)量為 m 的物體豎直向下輕輕地放置在木板上的右端，已知物體 m 和木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，為保持木板的速度不變，從物體 m 放到木板上到它相對(duì)木板靜止的過程中，須對(duì)木板施一水平向右的作用力 F，那么力 F 對(duì)木板做功的數(shù)值為()圖 5-4-4解析：由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，拉力 F 對(duì)木板所做的功W 一部分轉(zhuǎn)化為物體 m 的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)能，故答案：C2.(2015 年山東實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)如圖 5-4-5 所示，有一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為 m1 kg 的小物塊，從光滑平臺(tái)上的 A 點(diǎn)以 v02 m/s 的初速度水平拋出，到達(dá) C 點(diǎn)時(shí)，恰好沿 C 點(diǎn)的切線方向進(jìn)入固定在水平地面上的光滑圓弧軌道，最后小物塊滑上緊靠軌道末端 D 點(diǎn)的質(zhì)量為 M3 kg 的長(zhǎng)木板.已知木板上表面與圓弧軌道末端切線相平，木板下表面與水平地面之間光滑，小物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.3，圓弧軌道的半徑為 R0.4 m，C 點(diǎn)和圓弧的圓心連線與豎直方向的夾角60，不計(jì)空氣阻力，g 取 10 m/s2.求：(1)小物塊剛要到達(dá)圓弧軌道末端 D 點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力.(2)要使小物塊不滑出長(zhǎng)木板，木板的長(zhǎng)度 L 至少多大？圖 5-4-5(2)設(shè)小物塊剛好滑到木板左端且達(dá)到共同速度的大小為v，小物塊在木板上滑行的過程中，小物塊與長(zhǎng)木板的加速度大小分別為速度分別為vvDa1t，va2t 對(duì)小物塊和木板系統(tǒng)，由能量守恒定律得L2.5 m.考點(diǎn)2能量守恒定律的應(yīng)用重點(diǎn)歸納應(yīng)用定律解題的步驟：(1)分清有多少形式的能如動(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. 典例剖析例 2：如圖 5-4-6 所示，某人乘雪橇沿雪坡經(jīng) A 點(diǎn)滑至 B點(diǎn)，接著沿水平路面滑至 C 點(diǎn)停止.人與雪橇的總質(zhì)量為 70 kg.表中記錄了沿坡滑下過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)，請(qǐng)根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)解決下列問題(取 g10 m/s2)：位置ABC速度/(ms1)2.012.00時(shí)刻/s0410(1)人與雪橇從 A 到 B 的過程中，損失的機(jī)械能為多少？(2)設(shè)人與雪橇在 BC 段所受的阻力恒定，求阻力大小.圖 5-4-6思維點(diǎn)撥：首先根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)計(jì)算出動(dòng)能的變化量及重力勢(shì)能的變化量，并進(jìn)一步計(jì)算出機(jī)械能的變化量；在 BC段上，可根據(jù)vat 及牛頓第二定律計(jì)算出阻力.解：(1)從A 點(diǎn)到B 點(diǎn)的過程中，人與雪橇損失的機(jī)械能為根據(jù)牛頓第二定律得F 阻ma70(2) N140 N負(fù)號(hào)表示阻力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反.備考策略：從能量的角度來看，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，功的正、負(fù)表示了能量的傳輸方向：外力對(duì)物體做正功，則外界向物體傳輸能量；外力對(duì)物體做負(fù)功，則物體將一部分能量向外界傳輸.如本例中求人與雪橇從A 到B 的過程中損失的機(jī)械能為多少，由能量關(guān)系可知，就是求這一過程中克服阻力做了多少功.【考點(diǎn)練透】3.(2015 年安徽安慶模擬)2013 年 2 月 15 日中午 12 時(shí) 30 分左右，俄羅斯車?yán)镅刨e斯克州發(fā)生天體墜落事件，如圖 5-4-7所示.根據(jù)俄緊急情況部的說法，墜落的是一顆隕石.這顆隕石重量接近 1 萬噸，進(jìn)入地球大氣層的速度約為 4 萬英里每小時(shí)，隨后與空氣摩擦而發(fā)生劇烈燃燒，并在距離地面上空 12 至 15英里處發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量碎片，假定某一碎片自爆炸后落至地面并陷入地下一定深度過程中，其質(zhì)量不變，則()A.該碎片在空中下落過程中重力做的功等于動(dòng)能的增加量B.該碎片在空中下落過程中重力做的功小于動(dòng)能的增加量圖 5-4-7C.該碎片在陷入地下的過程中重力做的功等于動(dòng)能的改變量D.該碎片在整個(gè)過程中克服阻力做的功等于機(jī)械能的減少量解析：由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，該碎片在空氣中下落過程中，重力和空氣阻力做功之和等于動(dòng)能的增加量，因空氣阻力做負(fù)功，故重力做的功大于動(dòng)能的增加量，A、B 均錯(cuò)誤；該碎片陷入地下的過程中，因有阻力做負(fù)功，且克服阻力做的功等于其機(jī)械能的減少量，故 D 正確，C 錯(cuò)誤.答案：D4.(2014 年福建質(zhì)檢)如圖 5-4-8 所示，光滑曲面 AB 與水平圓管 CD，管口 D 端正下方直立一根勁度系數(shù)為 k 的輕彈簧，輕彈簧一端固定，另一端恰好與管口 D 端平齊.質(zhì)量為 m 的滑塊在曲面上距 BC 的高度為 2r 處從靜止開始下滑，滑塊與 BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5，進(jìn)入管口 C 端時(shí)與圓管恰好無作用力，通過 CD 后壓縮彈簧，在壓縮彈簧過程中滑塊速度最大時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為 Ep.求：(1)滑塊到達(dá) B 點(diǎn)時(shí)的速度大小 vB.(2)水平面 BC 的長(zhǎng)度 x.(3)在壓縮彈簧過程中滑塊的最大速度 vm.圖 5-4-8模型用功能關(guān)系分析傳送帶模型傳送帶模型是高中物理中比較典型的模型，有水平和傾斜兩種情況.一般設(shè)問的角度有兩個(gè)：一是動(dòng)力學(xué)角度，求物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、物體在傳送帶上能達(dá)到的速度、物體相對(duì)傳送帶滑過的位移等，運(yùn)用牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解；二是能量的角度，求傳送帶對(duì)物體所做的功、物體和傳送帶由于相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動(dòng)機(jī)多消耗的電能等.解決傳送帶系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化問題的方法是：明確傳送帶和物體的運(yùn)動(dòng)情況求出物體在傳送帶上的相對(duì)位移，進(jìn)而求出摩擦力對(duì)系統(tǒng)所做的總功明確能量分配關(guān)系，由能量守恒定律建立方程求解.1.物體與傳送帶相對(duì)滑動(dòng)時(shí)摩擦力的總功：(1)摩擦力對(duì)系統(tǒng)做的總功等于摩擦力對(duì)物體和傳送帶做的功的代數(shù)和，即WWf1Wf2fx1fx2fx.結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)總是做負(fù)功，這個(gè)功的數(shù)值等于摩擦力與相對(duì)位移的積.(2)摩擦力對(duì)系統(tǒng)做的總功的物理意義是：物體與傳送帶相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，即 Qfx.2.傳送帶系統(tǒng)能量的分配：傳送帶克服外力做的功 W 等于外界注入到傳送帶系統(tǒng)的能量 E，通常情況下，這部分能量一部分轉(zhuǎn)化為被傳送物體的機(jī)械能 E機(jī)，一部分由于相互摩擦轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得：EE機(jī)Q或WEkEpQ.例 3：如圖 5-4-9 所示，水平長(zhǎng)傳送帶始終以速度 v3 m/s勻速運(yùn)動(dòng).現(xiàn)將一質(zhì)量為 m1 kg 的物塊輕放于左端，最終物體與傳送帶一起以 3 m/s 的速度運(yùn)動(dòng)，在物塊由速度為零增加至 v3 m/s 的過程中，求：(1)由于摩擦而產(chǎn)生的熱量.(2)由于放了物塊，帶動(dòng)傳送帶的電動(dòng)機(jī)多消耗了多少電能？圖 5-4-9審題突破：物塊做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，傳送帶勻速運(yùn)動(dòng)；電動(dòng)機(jī)輸入到系統(tǒng)的能量一部分轉(zhuǎn)化為物塊的動(dòng)能，一部分克服摩擦力做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.解：(1)小物塊剛放到傳送帶上時(shí)其速度為零，受到傳送帶向右的滑動(dòng)摩擦力，使物塊加速，最終與傳送帶達(dá)到相同速度 v物塊所受的滑動(dòng)摩擦力為 fmg(2)電動(dòng)機(jī)多消耗的電能為物塊獲得的動(dòng)能及系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量之和題外拓展：在利用傳送帶傳送物體時(shí)，因物體與傳送帶間存在相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生摩擦熱，故使得動(dòng)力系統(tǒng)要多消耗一部分能量.在計(jì)算傳送帶動(dòng)力系統(tǒng)因傳送物體而消耗的能量時(shí)，一定不要忘記物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)時(shí)因相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦熱的計(jì)算.【觸類旁通】(2015年江蘇徐州模擬)某電視娛樂節(jié)目裝置可簡(jiǎn)化為如圖5-4-10所示模型.傾角37的斜面底端與水平傳送帶平滑接觸，傳送帶BC長(zhǎng)L6 m，始終以v06 m/s的速度順時(shí)針運(yùn)動(dòng).將一個(gè)質(zhì)量m1 kg的物塊由距斜面底端高度h15.4 m的A點(diǎn)靜止滑下，物塊通過B點(diǎn)時(shí)速度的大小不變.物塊與斜面、物塊與傳送帶間動(dòng)摩擦因數(shù)分別為10.5、20.2，傳送帶上表面距地面的高度H5 m，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.(1)求物塊由 A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 C 點(diǎn)的時(shí)間.(2)若把物塊從距斜面底端高度 h22.4 m 處?kù)o止釋放，求物塊落地點(diǎn)到 C 點(diǎn)的水平距離.(3)求物塊距斜面底端高度滿足什么條件時(shí)，將物塊靜止釋放均落到地面上的同一點(diǎn) D.圖 5-4-10解：(1)A 到 B 過程：根據(jù)牛頓第二定律mgsin 1mgcos ma1所以滑到B點(diǎn)的速度vBa1t123 m/s6 m/s，物塊在傳送帶上勻速運(yùn)動(dòng)到 C所以物塊由A到C的時(shí)間tt1t23 s1 s4 s.(2)在斜面上根據(jù)動(dòng)能定理(3)因物塊每次均拋到同一點(diǎn) D，由平拋知識(shí)知：物塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)速度必須有vCv0當(dāng)離傳送帶高度為 h3 時(shí)物塊進(jìn)入傳送帶后一直勻加速運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)離傳送帶高度為 h4 時(shí)物塊進(jìn)入傳送帶后一直勻減速運(yùn)動(dòng)，則所以當(dāng)離傳送帶高度在 1.89.0 m 的范圍內(nèi)均能滿足要求即 1.8 mh9.0 m.