《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》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《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（42頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、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重力勢能變化Ep WG_彈簧彈力做功WN彈性勢能變化Ep WN_其他力做功W總機(jī)械能變化E W總_合外力做功W合動能變化Ek W合_電場力做功WEqUAB電勢能變化Ep WE_安培力做功W安Fs電能的變化E電W安_分子力做功W分分子勢能的變化E分W分_ 二 、 能 量 轉(zhuǎn) 化 與
2、 守 恒 定 律1.內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會被憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體_到另一個物體，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.對能量轉(zhuǎn)化與守恒的理解：每一種運(yùn)動形式都對應(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 】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，如圖 5-4-1 所示為一個盛水袋，某人從側(cè)面緩
3、慢推袋壁使它變形，則水的勢能( )圖 5-4-1A.增大B.變小C.不變D.不能確定答 案 ： A 2.(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.墊板的動能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能圖 5-4-2D.彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能答 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)相互作用的一對靜摩擦力做功的代數(shù)和總
4、等于零.(3)靜摩擦力做功時，只有機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)移，不會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能. 2.滑動摩擦力做功的特點(diǎn)(1)滑動摩擦力既可以做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功. (2)相互間存在滑動摩擦力的系統(tǒng)內(nèi)，一對滑動摩擦力做功將產(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)摩擦生熱的計算Qfs 相對. 典 例 剖 析例 1：電動機(jī)帶動水平傳送帶以速度 v 勻速轉(zhuǎn)動，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)，若小木塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為，如圖 5-4-3 所示，當(dāng)小木塊與傳送帶相對靜止時，求：(1)小木塊的位移.(2)傳送帶轉(zhuǎn)過
5、的路程.(3)小木塊獲得的動能.(4)摩擦過程產(chǎn)生的熱量.圖 5-4-3 思 維 點(diǎn) 撥 ： 摩 擦 力 對 小 木 塊 做 的 功 對 應(yīng) 小 木 塊 動 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 地 位 移 的 乘積 ， 電 動 機(jī) 所 做 的 功 應(yīng) 為 小 木 塊 獲 得 的 動 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 速 度 為 零 ， 受 到 向 右 的 摩 擦力 作 用 而 做 勻 加 速 直 線 運(yùn) 動 ， 與 傳 送 帶 共 速 后 不 再 相
6、互 滑 動 ，整 個 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 mg ma 得 a g 備 考 策 略 ： 求 解 物 體 在 傳 送 帶 上 運(yùn) 動 的 問 題 ， 首 先 要 正 解分 析 物 體 的 運(yùn) 動 過 程 ， 對 研 究 對 象 進(jìn) 行 受 力 分 析 ， 然 后 利 用 運(yùn)動 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 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 Q fs 相對求 摩擦 熱 ， 利 用
7、 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，一足夠長的木板在光滑的水平面上以速度 v 向右勻速運(yùn)動，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木板靜止的過程中，須對木板施一水平向右的作用力 F，那么力 F 對木板做功的數(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 木 板 所 做 的功 W 一 部 分 轉(zhuǎn) 化 為 物 體 m 的 動 能 ， 一 部 分
8、轉(zhuǎn) 化 為 系 統(tǒng) 內(nèi) 能 ， 故答 案 ： C 2.(2015 年 山 東 實(shí) 驗(yàn) 中 學(xué) 模 擬 )如圖 5-4-5 所示，有一個可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為 m1 kg 的小物塊，從光滑平臺上的 A 點(diǎn)以 v02 m/s 的初速度水平拋出，到達(dá) C 點(diǎn)時，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，小物塊與長木板間的動摩擦因數(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，不計空氣阻力，g 取 10 m/s 2.求
9、： (1)小物塊剛要到達(dá)圓弧軌道末端 D 點(diǎn)時對軌道的壓力.(2)要使小物塊不滑出長木板，木板的長度 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 木 板 的 加 速 度大 小 分 別 為速 度 分 別 為 v vD a1t， v a2t 對 小 物 塊 和 木 板 系 統(tǒng) ， 由 能 量 守 恒 定 律 得L 2.5 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
10、能、勢能(包括重力勢能、彈性勢能、電勢能)、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)，請根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)解決下列問題(取 g10 m/s2)：位置A B C速度/(ms 1) 2.0 12.0 0時刻/s 0 4 10 (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
11、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 算 出 動 能 的 變 化 量 及重 力 勢 能 的 變 化 量 ， 并 進(jìn) 一 步 計 算 出 機(jī) 械 能 的 變 化 量 ； 在 BC段 上 ， 可 根 據(jù) v at 及 牛 頓 第 二 定 律 計 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 ma 70 ( 2) N 140 N負(fù) 號 表 示 阻 力 方 向 與 運(yùn) 動 方 向 相 反 . 備 考 策 略 ：
12、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 物 體 做 正 功 ， 則 外 界向 物 體 傳 輸 能 量 ； 外 力 對 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
13、 月 15 日中午 12 時 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，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能的改變量D.該碎片在整個過程中克服阻力做的功等于機(jī)
14、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 能 的 增 加 量 ， 因 空 氣阻 力 做 負(fù) 功 ， 故 重 力 做 的 功 大 于 動 能 的 增 加 量 ， A、 B 均 錯 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 誤 .答 案 ： D 4.(2014 年 福 建 質(zhì) 檢 )如圖 5-4-8 所示，光滑曲面
15、 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間的動摩擦因數(shù)0.5，進(jìn)入管口 C 端時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彈簧的彈性勢能為 E p.求： (1)滑塊到達(dá) B 點(diǎn)時的速度大小 vB.(2)水平面 BC 的長度 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.
16、一般設(shè)問的角度有兩個：一是動力學(xué)角度，求物體在傳送帶上運(yùn)動的時間、物體在傳送帶上能達(dá)到的速度、物體相對傳送帶滑過的位移等，運(yùn)用牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動學(xué)規(guī)律求解；二是能量的角度，求傳送帶對物體所做的功、物體和傳送帶由于相對滑動而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動機(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)動情況求出物體在傳送帶上的相對位移，進(jìn)而求出摩擦力對系統(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.物體與傳送帶相對滑動時摩擦力的總功：(1)摩擦力對系統(tǒng)做的總功等于摩擦力對物體和傳送帶做的功的代數(shù)和，即WWf1Wf2fx1fx2fx.結(jié)論：滑動摩擦力對
17、系統(tǒng)總是做負(fù)功，這個功的數(shù)值等于摩擦力與相對位移的積.(2)摩擦力對系統(tǒng)做的總功的物理意義是：物體與傳送帶相對運(yùn)動過程中系統(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，水平長傳送帶始終以速度 v3 m/s勻速運(yùn)動.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，在物塊由速度為零增加至 v3 m/s 的過程中，求：
18、(1)由于摩擦而產(chǎn)生的熱量.(2)由于放了物塊，帶動傳送帶的電動機(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 ， 傳 送 帶勻 速 運(yùn) 動 ； 電 動 機(jī) 輸 入 到 系 統(tǒng) 的 能 量 一 部 分 轉(zhuǎn) 化 為 物 塊 的 動 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 其 速 度 為 零 ， 受 到 傳 送 帶 向右 的 滑 動 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
19、滑 動 摩 擦 力 為 f mg (2)電 動 機(jī) 多 消 耗 的 電 能 為 物 塊 獲 得 的 動 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 ， 因 物 體 與 傳 送 帶 間存 在 相 對 滑 動 而 產(chǎn) 生 摩 擦 熱 ， 故 使 得 動 力 系 統(tǒng) 要 多 消 耗 一 部 分能 量 .在 計 算 傳 送 帶 動 力 系 統(tǒng) 因 傳 送 物 體 而 消 耗 的 能 量 時 ， 一 定不 要 忘 記 物 體 在 傳 送 帶 上 運(yùn) 動 時 因 相 對 滑 動 而 產(chǎn) 生 的 摩 擦 熱 的計 算 . 【 觸 類 旁 通 】 (
20、2015年 江 蘇 徐 州 模 擬 )某電視娛樂節(jié)目裝置可簡化為如圖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L6 m，始終以v06 m/s的速度順時針運(yùn)動.將一個質(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)時速度的大小不變.物塊與斜面、物塊與傳送帶間動摩擦因數(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)動到 C 點(diǎn)的時間.(2)若把物塊從距斜面底端高度 h22.4 m 處靜止釋放，求物塊落地點(diǎn)到 C 點(diǎn)的水平距離.(3)求物
21、塊距斜面底端高度滿足什么條件時，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 vB a1t1 23 m/s 6 m/s，物 塊 在 傳 送 帶 上 勻 速 運(yùn) 動 到 C所 以 物 塊 由 A到 C的 時 間 t t 1 t2 3 s 1 s 4 s. (2)在 斜 面 上 根 據(jù) 動 能 定 理 (3)因 物 塊 每 次 均 拋 到 同 一 點(diǎn) D， 由 平 拋 知 識 知 ： 物 塊 到 達(dá)C點(diǎn) 時 速 度 必 須 有 vC v0當(dāng) 離 傳 送 帶 高 度 為 h3 時 物 塊 進(jìn) 入 傳 送 帶 后 一 直 勻 加 速運(yùn) 動 ， 則當(dāng) 離 傳 送 帶 高 度 為 h4 時 物 塊 進(jìn) 入 傳 送 帶 后 一 直 勻 減 速 運(yùn)動 ， 則所 以 當(dāng) 離 傳 送 帶 高 度 在 1.8 9.0 m 的 范 圍 內(nèi) 均 能 滿 足 要 求即 1.8 mh9.0 m.
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