2017_2018學(xué)年高中物理第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展課件（打包6套）滬科版.zip

2017_2018學(xué)年高中物理第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展課件（打包6套）滬科版.zip,2017,_2018,學(xué)年,高中物理,能量,守恒,可持續(xù)發(fā)展,課件,打包,滬科版 第4章 4 1勢(shì)能的變化與機(jī)械功 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 認(rèn)識(shí)重力做功與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn) 理解重力勢(shì)能的概念 2 理解重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 3 知道重力勢(shì)能具有相對(duì)性 知道重力勢(shì)能是物體和地球所組成的系統(tǒng)所共有的 內(nèi)容索引 自主預(yù)習(xí)梳理 重點(diǎn)知識(shí)探究 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè) 自主預(yù)習(xí)梳理 一 研究重力做功跟重力勢(shì)能變化的關(guān)系1 重力勢(shì)能 1 定義 物體由于而具有的能 2 公式 Ep 式中h是物體重心到的高度 3 單位 符號(hào) 2 重力做功與重力勢(shì)能的變化 1 表達(dá)式 W Ep 2 兩種情況 物體由高處到低處 重力做功 重力勢(shì)能 物體由低處到高處 重力做功 重力勢(shì)能 增加 被舉高 mgh 參考平面 焦耳 J Ep1 Ep2 正 減少 負(fù) 二 重力做功與路徑無(wú)關(guān)1 重力做功的表達(dá)式 W h指初位置與末位置的 2 重力做功的特點(diǎn) 物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 重力對(duì)它做的功只跟它的 有關(guān) 而跟物體運(yùn)動(dòng)的無(wú)關(guān) 三 彈性勢(shì)能1 定義 物體發(fā)生時(shí)具有的勢(shì)能叫做彈性勢(shì)能 2 大小 彈簧的勁度系數(shù)為k 彈簧的伸長(zhǎng)量或壓縮量為x 則彈簧的彈性勢(shì)能Ep 彈性形變 mgh 高度差 初位置和末 位置的高度 路徑 1 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 重力做功與物體沿直線或曲線運(yùn)動(dòng)有關(guān) 2 物體只要運(yùn)動(dòng) 其重力一定做功 3 同一物體在不同位置的重力勢(shì)能分別為Ep1 3J Ep2 10J 則Ep1 Ep2 4 物體由高處到低處 重力一定做正功 重力勢(shì)能一定減少 5 重力做功一定與路徑無(wú)關(guān) 只與初 末位置的高度差有關(guān) 6 只要發(fā)生形變的物體就一定具有彈性勢(shì)能 2 將質(zhì)量為m的物體從地面上方H高處由靜止釋放 物體落在地面后地面出現(xiàn)一個(gè)深度為h的坑 如圖1所示 在此過(guò)程中 重力對(duì)物體做功為 重力勢(shì)能 填 減少 或 增加 了 圖1 mg H h 減少 mg H h 重點(diǎn)知識(shí)探究 一 重力做功的特點(diǎn) 如圖2所示 一個(gè)質(zhì)量為m的物體 從高度為h1的位置A分別按下列三種方式運(yùn)動(dòng)到高度為h2的位置B 在這個(gè)過(guò)程中思考并討論以下問(wèn)題 1 根據(jù)功的公式求出甲 乙兩種情況下重力做的功 答案甲中W mgh mgh1 mgh2乙中W mglcos mgh mgh1 mgh2 答案 圖2 2 求出丙中重力做的功 答案把整個(gè)路徑AB分成許多很短的間隔AA1 A1A2 由于每一段都很小 每一小段都可以近似地看做一段傾斜的直線 答案 設(shè)每段小斜線的高度差分別為 h1 h2 則物體通過(guò)每段小斜線時(shí)重力做的功分別為mg h1 mg h2 物體通過(guò)整個(gè)路徑時(shí)重力做的功W mg h1 mg h2 mg h1 h2 mgh mgh1 mgh2 3 重力做功有什么特點(diǎn) 答案物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 重力對(duì)它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān) 而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān) 答案 1 重力做功大小只與重力和物體高度變化有關(guān) 與物體受其他力及物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)均無(wú)關(guān) 2 物體下降時(shí)重力做正功 物體上升時(shí)重力做負(fù)功 3 在一些往復(fù)運(yùn)動(dòng)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的復(fù)雜問(wèn)題中求重力做功時(shí) 利用重力做功的特點(diǎn) 可以省去大量中間過(guò)程 一步求解 例1在同一高度 把三個(gè)質(zhì)量相同的球A B C分別以相等的速率豎直上拋 豎直下拋和平拋 它們都落到同一水平地面上 三個(gè)球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 重力對(duì)它們做的功分別為WA WB WC 重力的平均功率分別為PA PB PC 則它們的大小關(guān)系為A WA WB WC PA PB PCB WA WB WC PA PB PCC WA WB WC PB PC PAD WA WB WC PA PB PC 解析由重力做功特點(diǎn)知 WA WB WC 由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)知 從拋出到落地的時(shí)間 tB tC tA 答案 解析 二 重力勢(shì)能 如圖3所示 質(zhì)量為m的物體自高度為h2的A處下落至高度為h1的B處 求下列兩種情況下 重力做的功和重力勢(shì)能的變化量 并分析它們之間的關(guān)系 1 以地面為零勢(shì)能參考面 答案重力做的功W mg h mg h2 h1 選地面為零勢(shì)能參考面 EpA mgh2 EpB mgh1 重力勢(shì)能的變化量 Ep mgh1 mgh2 mg h 答案 圖3 2 以B處所在的平面為零勢(shì)能參考面 答案選B處所在的平面為零勢(shì)能參考面 重力做功W mg h mg h2 h1 物體的重力勢(shì)能EpA mg h2 h1 mg h EpB 0 重力勢(shì)能的變化量 Ep 0 mg h mg h 答案 綜上兩次分析可見(jiàn)W Ep 即重力做的功等于重力勢(shì)能的變化量的負(fù)值 而且重力勢(shì)能的變化與零勢(shì)能參考面的選取無(wú)關(guān) 1 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 W Ep1 Ep2 Ep2 重力勢(shì)能的相對(duì)性物體的重力勢(shì)能總是相對(duì)于某一水平參考面 選取不同的參考面 物體重力勢(shì)能的數(shù)值是不同的 故在計(jì)算重力勢(shì)能時(shí) 必須首先選取參考平面 3 重力勢(shì)能是標(biāo)量 但有正負(fù)之分 物體在零勢(shì)能面上方 物體的重力勢(shì)能是正值 表示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上時(shí)要多 物體在零勢(shì)能面下方 物體的重力勢(shì)能是負(fù)值 表示物體的重力勢(shì)能比在參考平面上時(shí)要少 4 重力勢(shì)能的變化量與參考平面的選擇無(wú)關(guān) 例2如圖4所示 質(zhì)量為m的小球 從離桌面H高處由靜止下落 桌面離地高度為h 若以桌面為參考平面 那么小球落地時(shí)的重力勢(shì)能及整個(gè)過(guò)程中重力勢(shì)能的變化分別是A mgh 減少mg H h B mgh 增加mg H h C mgh 增加mg H h D mgh 減少mg H h 解析以桌面為參考平面 落地時(shí)小球的重力勢(shì)能為 mgh 即末狀態(tài)的重力勢(shì)能為 mgh 初狀態(tài)的重力勢(shì)能為mgH 重力勢(shì)能的變化即為 mgh mgH mg H h 重力勢(shì)能減少了mg H h 故選D 答案 解析 圖4 三 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 例3如圖5所示 質(zhì)量為m的小球 用一長(zhǎng)為l的細(xì)線懸于O點(diǎn) 將懸線拉直成水平狀態(tài) 并給小球一個(gè)向下的速度讓小球向下運(yùn)動(dòng) O點(diǎn)正下方D處有一釘子 小球運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)會(huì)以D為圓心做圓周運(yùn)動(dòng) 并經(jīng)過(guò)C點(diǎn) 若已知OD l 則小球由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過(guò)程中 重力做功為多少 重力勢(shì)能減少了多少 圖5 答案 解析 負(fù)號(hào)表示小球的重力勢(shì)能減少了 1 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 W Ep1 Ep2 Ep 即重力勢(shì)能變化多少是由重力做功的多少唯一量度的 與物體除重力外是否還受其他力作用以及除重力做功外是否還有其他力做功等因素均無(wú)關(guān) 2 兩種情況 四 彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系 如圖6所示 物體與彈簧相連 物體在O點(diǎn)時(shí)彈簧處于原長(zhǎng) 把物體向右拉到A處由靜止釋放 物體會(huì)由A向A 運(yùn)動(dòng) 則 答案正功減少 圖6 2 物體由O向A 運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 彈力對(duì)物體做什么功 彈簧的彈性勢(shì)能如何變化 1 物體由A向O運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 彈力對(duì)物體做什么功 彈簧的彈性勢(shì)能如何變化 答案負(fù)功增加 答案 1 對(duì)彈性勢(shì)能的理解 1 系統(tǒng)性 彈性勢(shì)能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質(zhì)點(diǎn)因相對(duì)位置改變而具有的能量 因此彈性勢(shì)能具有系統(tǒng)性 2 相對(duì)性 彈性勢(shì)能的大小與選定的零勢(shì)能位置有關(guān) 對(duì)于彈簧 一般規(guī)定彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)的勢(shì)能為零勢(shì)能 注意 對(duì)于同一個(gè)彈簧 伸長(zhǎng)和壓縮相同的長(zhǎng)度時(shí) 彈簧的彈性勢(shì)能是相同的 2 彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系 1 關(guān)系 彈力做正功時(shí) 彈性勢(shì)能減少 彈力做負(fù)功時(shí) 彈性勢(shì)能增加 并且彈力做多少功 彈性勢(shì)能就變化多少 2 表達(dá)式 W彈 Ep Ep1 Ep2 3 使用范圍 在彈簧的彈性限度內(nèi) 注意 彈力做功和重力做功一樣 也和路徑無(wú)關(guān) 彈性勢(shì)能的變化只與彈力做功有關(guān) 例4如圖7所示 處于自然長(zhǎng)度的輕質(zhì)彈簧一端與墻接觸 另一端與置于光滑地面上的物體接觸 現(xiàn)在物體上施加一水平推力F 使物體緩慢壓縮彈簧 當(dāng)推力F做功100J時(shí) 彈簧的彈力做功 J 以彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零 則彈簧的彈性勢(shì)能為 J 圖7 解析在物體緩慢壓縮彈簧的過(guò)程中 推力F始終與彈簧彈力等大反向 所以推力F做的功等于物體克服彈簧彈力所做的功 即W彈 WF 100J 由彈力做功與彈性勢(shì)能的變化關(guān)系知 彈性勢(shì)能增加了100J 答案 解析 100 100 針對(duì)訓(xùn)練如圖8所示 輕彈簧下端系一重物 O點(diǎn)為其平衡位置 即重物重力和彈簧彈力大小相等的位置 現(xiàn)用手向下拉重物 第一次把它直接拉到A點(diǎn) 彈力做功為W1 第二次把它拉到B點(diǎn)后再讓其回到A點(diǎn) 彈力做功為W2 則這兩次彈力做功的關(guān)系為A W1 W2B W1 2W2C W2 2W1D W1 W2 解析彈力做功與路徑無(wú)關(guān) 彈力做的功等于彈性勢(shì)能變化量的負(fù)值 兩個(gè)過(guò)程中彈簧形變量相同 因此彈性勢(shì)能的變化量相同 所以彈力做的功相同 故W1 W2 D正確 圖8 答案 解析 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 重力做功的特點(diǎn) 如圖9所示 某物塊分別沿三條不同的軌道由離地面高h(yuǎn)的A點(diǎn)滑到同一水平面上 軌道1 2是光滑的 軌道3是粗糙的 則A 沿軌道1滑下重力做的功多B 沿軌道2滑下重力做的功多C 沿軌道3滑下重力做的功多D 沿三條軌道滑下重力做的功一樣多 解析重力做功的多少只與初 末位置的高度差有關(guān) 與路徑無(wú)關(guān) D選項(xiàng)正確 1 2 3 4 答案 解析 圖9 1 2 3 4 答案 解析 2 重力勢(shì)能的理解 關(guān)于重力勢(shì)能 下列說(shuō)法正確的是A 重力勢(shì)能是地球和物體共同具有的 而不是物體單獨(dú)具有的B 處在同一高度的物體 具有的重力勢(shì)能相同C 重力勢(shì)能是標(biāo)量 不可能有正 負(fù)值D 浮在海面上的小船的重力勢(shì)能一定為零 1 2 3 4 解析重力勢(shì)能具有系統(tǒng)性 重力勢(shì)能是物體與地球共有的 故A正確 重力勢(shì)能等于mgh 其中h是相對(duì)于參考平面的高度 參考平面不同 h不同 另外質(zhì)量也不一定相同 故處在同一高度的物體 其重力勢(shì)能不一定相同 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 重力勢(shì)能是標(biāo)量 但有正負(fù) 負(fù)號(hào)表示物體在參考平面的下方 故C錯(cuò)誤 零勢(shì)能面的選取是任意的 并不一定選擇海平面為零勢(shì)能面 故浮在海面上的小船的重力勢(shì)能不一定為零 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 3 彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系 多選 如圖10所示 一個(gè)物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧 墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮 在此過(guò)程中 以下說(shuō)法正確的是A 物體對(duì)彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比B 物體向墻壁運(yùn)動(dòng)相同的位移 彈力做的功不相等C 彈簧的彈力做正功 彈性勢(shì)能增加D 彈簧的彈力做負(fù)功 彈性勢(shì)能增加 1 2 3 4 答案 解析 圖10 1 2 3 4 解析由W kx2知 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 彈簧開(kāi)始被壓縮時(shí)彈力小 彈力做的功也少 彈簧的壓縮量變大時(shí) 物體移動(dòng)相同的距離做的功多 故選項(xiàng)B正確 物體壓縮彈簧的過(guò)程 彈簧的彈力與物體的位移方向相反 所以彈力做負(fù)功 彈性勢(shì)能增加 故選項(xiàng)C錯(cuò)誤 選項(xiàng)D正確 4 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 在離地高80m處無(wú)初速度釋放一小球 小球質(zhì)量為m 200g 不計(jì)空氣阻力 g取10m s2 取最高點(diǎn)所在水平面為零勢(shì)能參考平面 求 1 在第2s末小球的重力勢(shì)能 答案 40J 重力勢(shì)能為 Ep mgh 0 2 10 20J 40J 1 2 3 4 答案 解析 2 3s內(nèi)重力所做的功及重力勢(shì)能的變化 答案90J減少了90J 3s內(nèi)重力做功為 W mgh 0 2 10 45J 90JW 0 所以小球的重力勢(shì)能減少 且減少了90J 1 2 3 4 答案 解析 第4章 4 2 1研究機(jī)械能守恒定律 一 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 知道什么是機(jī)械能 知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化 2 能夠根據(jù)動(dòng)能定理 重力做功與重力勢(shì)能變化間的關(guān)系 推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律 3 會(huì)根據(jù)機(jī)械能守恒的條件判斷機(jī)械能是否守恒 能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問(wèn)題 內(nèi)容索引 自主預(yù)習(xí)梳理 重點(diǎn)知識(shí)探究 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè) 自主預(yù)習(xí)梳理 一 動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化1 重力勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化只有重力做功時(shí) 若重力對(duì)物體做正功 則物體的重力勢(shì)能 動(dòng)能 物體的轉(zhuǎn)化為 若重力對(duì)物體做負(fù)功 則物體的重力勢(shì)能 動(dòng)能 物體的轉(zhuǎn)化為 2 彈性勢(shì)能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化只有彈簧彈力做功時(shí) 若彈力對(duì)物體做正功 則彈簧的彈性勢(shì)能 物體的動(dòng)能 彈簧的轉(zhuǎn)化為物體的 若彈力對(duì)物體做負(fù)功 則彈簧的彈性勢(shì)能 物體的動(dòng)能 物體的轉(zhuǎn)化為 3 機(jī)械能 與動(dòng)能統(tǒng)稱為機(jī)械能 減少 增加 重力勢(shì)能 動(dòng)能 增加 減少 動(dòng)能 重力勢(shì)能 減少 增加 彈性勢(shì)能 動(dòng)能 增加 減少 動(dòng)能 彈簧的彈性勢(shì)能 重力勢(shì)能 彈性勢(shì)能 二 機(jī)械能守恒定律1 內(nèi)容 在只有或做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 能與能可以互相轉(zhuǎn)化 而保持不變 2 表達(dá)式 E Ek Ep 恒量 總的機(jī)械能 重力 彈力 動(dòng) 勢(shì) 1 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 機(jī)械能守恒時(shí) 物體一定只受重力和彈力作用 2 合力為零 物體的機(jī)械能一定守恒 3 合力做功為零 物體的機(jī)械能保持不變 4 只有重力做功時(shí) 物體的機(jī)械能一定守恒 2 如圖1所示 桌面高為h 質(zhì)量為m的小球從離桌面高為H處自由下落 不計(jì)空氣阻力 假設(shè)桌面處的重力勢(shì)能為零 則小球落到地面前瞬間的機(jī)械能為 圖1 mgH 重點(diǎn)知識(shí)探究 一 機(jī)械能守恒定律 如圖2所示 質(zhì)量為m的物體自由下落的過(guò)程中 經(jīng)過(guò)高度為h1的A處時(shí)速度為v1 下落到高度為h2的B處時(shí)速度為v2 不計(jì)空氣阻力 選擇地面為參考平面 1 求物體在A B處的機(jī)械能EA EB 圖2 答案 2 比較物體在A B處的機(jī)械能的大小 答案 下落過(guò)程中重力對(duì)物體做功 重力做的功等于物體重力勢(shì)能變化量的相反數(shù) 則W mgh1 mgh2 由此可知物體在A B兩處的機(jī)械能相等 機(jī)械能守恒定律的理解1 守恒 是指系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化只限于動(dòng)能 重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能 沒(méi)有其他能量參與 而且在整個(gè)過(guò)程中的任何時(shí)刻 任何位置 機(jī)械能的總量總保持不變 2 條件 1 只有重力或彈力做功 其他力不做功 注意 條件不是合力做功等于零 也不是合力等于零 2 只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能 重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能 的相互轉(zhuǎn)化 無(wú)其他形式的能參與轉(zhuǎn)化 例1 多選 不計(jì)空氣阻力 下列說(shuō)法中正確的是A 用繩子拉著物體勻速上升 只有重力和繩子的拉力對(duì)物體做功 物體機(jī)械能守恒B 做豎直上拋運(yùn)動(dòng)的物體 只有重力對(duì)物體做功 物體機(jī)械能守恒C 沿光滑斜面自由下滑的物體 只有重力對(duì)物體做功 物體機(jī)械能守恒D 用水平拉力使物體沿光滑水平面做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 物體機(jī)械能守恒 答案 例2 多選 如圖3所示 彈簧固定在地面上 一小球從它的正上方A處自由下落 到達(dá)B處開(kāi)始與彈簧接觸 到達(dá)C處速度為0 不計(jì)空氣阻力 則在小球從B到C的過(guò)程中A 彈簧的彈性勢(shì)能不斷增加B 彈簧的彈性勢(shì)能不斷減少C 小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能不斷減少D 小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能保持不變 解析從B到C 小球克服彈力做功 彈簧的彈性勢(shì)能不斷增加 A正確 B錯(cuò)誤 對(duì)小球 彈簧組成的系統(tǒng) 只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功 系統(tǒng)機(jī)械能守恒 C錯(cuò)誤 D正確 答案 解析 圖3 二 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 例3如圖4所示 質(zhì)量m 70kg 包括雪具 的運(yùn)動(dòng)員以10m s的速度從高h(yuǎn) 10m的滑雪場(chǎng)A點(diǎn)沿斜坡自由滑下 以最低點(diǎn)B所在的水平面為零勢(shì)能面 一切阻力可忽略不計(jì) 求運(yùn)動(dòng)員 g 10m s2 1 在A點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能 答案10500J 圖4 答案 解析 2 到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí)的速度大小 答案 解析 3 相對(duì)于B點(diǎn)能到達(dá)的最大高度 答案15m 答案 解析 解析運(yùn)動(dòng)員從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到斜坡上最高點(diǎn)的過(guò)程中 由機(jī)械能守恒定律得E mgh 1 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用步驟首先對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行正確的受力分析 判斷各個(gè)力是否做功 并分析是否符合機(jī)械能守恒的條件 若機(jī)械能守恒 則根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程 或再輔以其他方程進(jìn)行求解 2 機(jī)械能守恒定律常用的三種表達(dá)式 1 從不同狀態(tài)看 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 或E1 E2 此式表示系統(tǒng)的兩個(gè)狀態(tài)的機(jī)械能總量相等 2 從能的轉(zhuǎn)化角度看 Ek Ep此式表示系統(tǒng)動(dòng)能的增加 減少 量等于勢(shì)能的減少 增加 量 3 從能的轉(zhuǎn)移角度看 EA增 EB減 此式表示系統(tǒng)A部分機(jī)械能的增加量等于系統(tǒng)B部分機(jī)械能的減少量 針對(duì)訓(xùn)練某游樂(lè)場(chǎng)過(guò)山車簡(jiǎn)化模型如圖5所示 光滑的過(guò)山車軌道位于豎直平面內(nèi) 該軌道由一段斜軌道和與之相切的圓形軌道連接而成 圓形軌道的半徑為R 可視為質(zhì)點(diǎn)的過(guò)山車從斜軌道上某處由靜止開(kāi)始下滑 然后沿圓形軌道運(yùn)動(dòng) 答案2 5R 答案 解析 圖5 1 若要求過(guò)山車能通過(guò)圓形軌道最高點(diǎn) 則過(guò)山車初始位置相對(duì)于圓形軌道底部的高度至少要多少 解析設(shè)過(guò)山車總質(zhì)量為M 從高度h1處開(kāi)始下滑 恰能以v1通過(guò)圓形軌道最高點(diǎn) 由 式得 h1 2 5R即高度至少為2 5R 2 考慮到游客的安全 要求全過(guò)程游客受到的支持力不超過(guò)游客自身重力的7倍 過(guò)山車初始位置相對(duì)于圓形軌道底部的高度不得超過(guò)多少 答案3R 答案 解析 解析設(shè)從高度h2處開(kāi)始下滑 游客質(zhì)量為m 過(guò)圓周最低點(diǎn)時(shí)速度為v2 游客受到的支持力最大是N 7mg 由 式得 h2 3R即高度不得超過(guò)3R 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 機(jī)械能是否守恒的判斷 多選 下列物體中 機(jī)械能守恒的是A 做平拋運(yùn)動(dòng)的物體B 被勻速吊起的集裝箱C 光滑曲面上自由運(yùn)動(dòng)的物體D 以g的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)的物體 1 2 3 答案 1 2 3 答案 解析 2 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 如圖6所示 從光滑的圓弧槽的最高點(diǎn)靜止滑下的小物塊 滑出槽口時(shí)速度沿水平方向 槽口與一個(gè)半球頂點(diǎn)相切 半球底面在水平面內(nèi) 若要使小物塊滑出槽口后不沿半球面下滑 已知圓弧軌道的半徑為R1 半球的半徑為R2 則R1與R2的關(guān)系為A R1 R2B R1 R2 圖6 1 2 3 要使小物塊滑出槽口后不沿半球面下滑 即做平拋運(yùn)動(dòng) 則 3 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 如圖7所示 裝置由一理想彈簧發(fā)射器及兩個(gè)軌道組成 其中軌道 由光滑軌道AB與粗糙直軌道BC平滑連接 高度差分別是h1 0 20m h2 0 10m BC水平距離L 1 00m 軌道 由AE 螺旋圓形EFG和GB三段光滑軌道平滑連接而成 且A點(diǎn)與F點(diǎn)等高 當(dāng)彈簧壓縮量為d時(shí) 恰能使質(zhì)量m 0 05kg的滑塊沿軌道 上升到B點(diǎn) 當(dāng)彈簧壓縮量為2d時(shí) 恰能使滑塊沿軌道 上升到C點(diǎn) g取10m s2 已知彈簧彈性勢(shì)能與壓縮量的平方成正比 1 當(dāng)彈簧壓縮量為d時(shí) 求彈簧的彈性勢(shì)能及滑塊離開(kāi)彈簧瞬間的速度大小 圖7 答案0 1J2m s 1 2 3 答案 解析 1 2 3 解析以A點(diǎn)所在的水平面為參考平面 由機(jī)械能守恒定律可得E彈 Ek Ep mgh1 0 05 10 0 2J 0 1J 2 求滑塊與軌道BC間的動(dòng)摩擦因數(shù) 答案0 5 解析由E彈 d2可得 Ek E彈 4E彈 4mgh1由動(dòng)能定理可得 mg h1 h2 mgL Ek 解得 0 5 答案 解析 1 2 3 3 當(dāng)彈簧壓縮量為d時(shí) 若沿軌道 運(yùn)動(dòng) 滑塊能否上升到B點(diǎn) 請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明理由 答案不一定 原因見(jiàn)解析 由機(jī)械能守恒定律有v v0 2m s得Rm 0 4m當(dāng)R 0 4m時(shí) 滑塊能上升到B點(diǎn) 當(dāng)R 0 4m時(shí) 滑塊不能上升到B點(diǎn) 答案 解析 1 2 3 第4章 4 2 2研究機(jī)械能守恒定律 二 實(shí)驗(yàn)探究 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路 明確實(shí)驗(yàn)中需要直接測(cè)量的物理量 2 知道實(shí)驗(yàn)中選取測(cè)量點(diǎn)的有關(guān)要求 會(huì)根據(jù)紙帶測(cè)定物體下落的高度 掌握測(cè)量瞬時(shí)速度的方法 3 能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論 能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因 內(nèi)容索引 自主預(yù)習(xí)梳理 重點(diǎn)知識(shí)探究 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè) 自主預(yù)習(xí)梳理 一 實(shí)驗(yàn)原理只有重力對(duì)物體做功的過(guò)程 比較物體重力勢(shì)能的變化量與動(dòng)能變化量 若滿足 則說(shuō)明機(jī)械能守恒 Ep Ek 二 兩種驗(yàn)證方案方案一用單擺和DIS裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒1 實(shí)驗(yàn)步驟 1 如圖1 在鐵架臺(tái)上端用鐵架懸掛一個(gè)擺球 2 在方格紙上確定4至5個(gè)點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn) 3 安裝光電傳感器 并使之與數(shù)據(jù)采集器相連接 4 讓擺球從某一高度向下擺動(dòng) 分別測(cè)定擺球在擺動(dòng)過(guò)程中任意時(shí)刻的動(dòng)能和重力勢(shì)能 5 研究每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上機(jī)械能的總量有什么特點(diǎn) 圖1 2 注意事項(xiàng) 1 小球運(yùn)動(dòng)時(shí) 應(yīng)使其軌跡在一豎直面內(nèi) 避免做圓錐擺運(yùn)動(dòng) 2 調(diào)整帶方格紙的木板 應(yīng)使其豎線在豎直方向上 3 為準(zhǔn)確測(cè)定小球在各位置的瞬時(shí)速度 可在小球下部安置一塊擋光片 并確保擋光片在豎直面內(nèi) 方案二用自由落下的重物和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒1 實(shí)驗(yàn)步驟 1 安裝置 按圖2甲把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上 用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源連接好 圖2 2 打紙帶 在紙帶的一端把重物用夾子固定好 另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 先接通電源后放手 讓重物拉著紙帶自由下落 重復(fù)幾次 得到3 5條打好點(diǎn)的紙帶 3 選紙帶 從打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰且開(kāi)始的兩點(diǎn)間距接近2mm的一條紙帶 在起始點(diǎn)標(biāo)上0 以后任取間隔相同時(shí)間的點(diǎn)依次標(biāo)上1 2 3 4 測(cè)距離 用刻度尺測(cè)出0到1 2 3 的距離 即為對(duì)應(yīng)下落的高度h1 h2 h3 2 數(shù)據(jù)處理 2 機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證方法一 利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn) 方法二 任取兩點(diǎn)A B 方法三 圖像法 如圖3所示 圖3若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)圖線是一條過(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線 則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律 3 誤差分析本實(shí)驗(yàn)的誤差主要是由紙帶測(cè)量產(chǎn)生的偶然誤差以及重物和紙帶運(yùn)動(dòng)中的空氣阻力及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差 4 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝要穩(wěn)固 并使兩限位孔的中線在同一豎直線上 以減小摩擦阻力 2 應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物 增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小 增大密度可以減小體積 可使空氣阻力相對(duì)減小 3 實(shí)驗(yàn)時(shí) 應(yīng)先接通電源 讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再松開(kāi)紙帶讓重物下落 4 本實(shí)驗(yàn)中的兩種驗(yàn)證方法均不需要測(cè)重物的質(zhì)量m 重點(diǎn)知識(shí)探究 一 實(shí)驗(yàn)原理及基本操作 例1在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 電源的頻率為50Hz 依次打出的點(diǎn)為0 1 2 3 4 n 則 1 如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來(lái)驗(yàn)證 必須直接測(cè)量的物理量為 必須計(jì)算出的物理量為 驗(yàn)證的表達(dá)式為 第2點(diǎn) 到第6點(diǎn)之間的距離h26 第1點(diǎn)到第3點(diǎn)之間的距離h13 第5點(diǎn)到第7點(diǎn) 之間的距離h57 第2點(diǎn)的瞬時(shí)速度v2 第6點(diǎn)的 瞬時(shí)速度v6 答案 解析 2 下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是 填寫步驟前面的字母 A 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺(tái)上 B 先接通電源 再松開(kāi)紙帶 讓重物自由下落 C 取下紙帶 更換新紙帶 或?qū)⒓垘Х瓊€(gè)面 重新做實(shí)驗(yàn) D 將重物固定在紙帶的一端 讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 用手提著紙帶 E 選擇一條紙帶 用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h1 h2 h3 hn 計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1 v2 v3 vn ADBCEF 處理實(shí)驗(yàn)問(wèn)題 要明確實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟 有針對(duì)性的分析問(wèn)題 針對(duì)訓(xùn)練 多選 用自由落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 就是看是否等于mghn n為計(jì)數(shù)點(diǎn)的編號(hào) 下列說(shuō)法中正確的是A 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)0時(shí) 重物的速度為零B hn是計(jì)數(shù)點(diǎn)n到起始點(diǎn)0的距離C 必須測(cè)量重物的質(zhì)量D 用vn gtn計(jì)算vn時(shí) tn n 1 T T為打點(diǎn)周期 答案 解析 解析本實(shí)驗(yàn)的原理是利用重物的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打第一個(gè)點(diǎn)時(shí) 重物運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)為零 A正確 hn與vn分別表示打第n個(gè)點(diǎn)時(shí)重物下落的高度和對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度 B正確 二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析 例2某實(shí)驗(yàn)小組 用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)裝置如圖4甲所示 實(shí)驗(yàn)中測(cè)出重物自由下落的高度h及對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v 計(jì)算出重物減少的重力勢(shì)能mgh和增加的動(dòng)能mv2 然后進(jìn)行比較 如果兩者相等或近似相等 即可驗(yàn)證重物自由下落過(guò)程中機(jī)械能守恒 請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和步驟完成下列問(wèn)題 圖4 1 關(guān)于上述實(shí)驗(yàn) 下列說(shuō)法中正確的是 A 重物最好選擇密度較小的木塊B 重物的質(zhì)量可以不測(cè)量C 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源 后釋放紙帶D 可以利用公式v 來(lái)求解瞬時(shí)速度 答案 解析 解析重物最好選擇密度較大的鐵塊 受到的阻力較小 故A錯(cuò)誤 2 如圖乙是該實(shí)驗(yàn)小組打出的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶 紙帶上的O點(diǎn)是起始點(diǎn) 選取紙帶上連續(xù)的點(diǎn)A B C D E F作為計(jì)數(shù)點(diǎn) 并測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離依次為27 94cm 32 78cm 38 02cm 43 65cm 49 66cm 56 07cm 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的電源是50Hz的交流電 重物的質(zhì)量為0 5kg 則從計(jì)時(shí)器打下點(diǎn)O到打下點(diǎn)D的過(guò)程中 重物減小的重力勢(shì)能 Ep J 重物增加的動(dòng)能 Ek J 兩者不完全相等的原因可能是 重力加速度g取9 8m s2 計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字 2 14 2 12 重物下落過(guò)程中受到阻力作用 答案 解析 解析重力勢(shì)能減小量 Ep mgh 0 5 9 8 0 4365J 2 14J 利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論 由于存在阻力作用 所以減小的重力勢(shì)能大于動(dòng)能的增加 3 實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)又正確計(jì)算出圖乙中打下計(jì)數(shù)點(diǎn)A B C D E F各點(diǎn)的瞬時(shí)速度v 以各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)的距離h 為橫軸 v2為縱軸作出圖像 如圖丙所示 根據(jù)作出的圖線 能粗略驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能守恒的依據(jù)是 圖像的斜率等于19 52m s2 約為重力加速度g的兩倍 故能驗(yàn)證 當(dāng)圖像的斜率為重力加速度的2倍時(shí) 即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒 因此能粗略驗(yàn)證自由下落的物體機(jī)械能守恒 答案 解析 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 實(shí)驗(yàn)器材及誤差分析 如圖5為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 現(xiàn)有的器材為 帶鐵夾的鐵架臺(tái) 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 帶鐵夾的重錘 回答下列問(wèn)題 1 為完成此實(shí)驗(yàn) 除了所給的器材 還需要的器材有 填入正確選項(xiàng)前的字母 A 米尺B 秒表C 低壓直流電源D 低壓交流電源 圖5 解析在處理數(shù)據(jù)時(shí)需要測(cè)量長(zhǎng)度 故需要米尺 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)需要使用低壓交流電源 所以選項(xiàng)A D正確 1 2 答案 解析 2 實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因有 寫出兩個(gè)原因即可 解析造成誤差的原因有 紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦 用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差 計(jì)算勢(shì)能變化時(shí) 選取始末位置過(guò)近 交流電頻率不穩(wěn)定 1 2 紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦 用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差 計(jì)算勢(shì)能變化時(shí) 選取始末位置過(guò)近 交流電頻率不穩(wěn)定 任選其二 答案 解析 3 實(shí)驗(yàn)中由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上 使紙帶通過(guò)時(shí)受到較大阻力 這樣將造成 解析由于阻力作用 物體重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量 即mgh mv2 選項(xiàng)B正確 1 2 答案 解析 1 2 2 實(shí)驗(yàn)原理及誤差分析 如圖6所示 兩個(gè)質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B 分別系在一條跨過(guò)定滑輪的軟繩兩端 已知m1 m2 現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 1 若選定物塊A從靜止開(kāi)始下落的過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量 則需要測(cè)量的物理量有 填序E號(hào) 物塊的質(zhì)量m1 m2 物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間 物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間 繩子的長(zhǎng)度 圖6 或 答案 2 為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度 某小組同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)提出以下建議 軟繩的質(zhì)量要輕 在 輕質(zhì)繩 的前提下 繩子越長(zhǎng)越好 盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng) 不要搖晃 兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小 以上建議中確實(shí)對(duì)提高準(zhǔn)確度有作用的是 填序號(hào) 3 寫出一條上面沒(méi)有提到的對(duì)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度有益的建議 例如 對(duì)同一高度進(jìn)行多次測(cè)量取平均值 選取受力后相對(duì)伸長(zhǎng)量盡量小的繩 盡量減小滑輪的質(zhì)量 對(duì)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行潤(rùn)滑 等等 任選一個(gè)即可 1 2 答案 第4章 4 3能量的轉(zhuǎn)化與守恒4 4能源與可持續(xù)發(fā)展 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 掌握能量守恒定律 知道能量守恒定律是最基本 最普遍的自然規(guī)律之一 2 了解能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性 認(rèn)識(shí)人類珍惜和保護(hù)能源和資源的必要性 3 了解我國(guó)能源狀況 認(rèn)識(shí)能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的必要性 4 掌握各種功能關(guān)系 會(huì)應(yīng)用功能關(guān)系和能量守恒定律解決問(wèn)題 內(nèi)容索引 自主預(yù)習(xí)梳理 重點(diǎn)知識(shí)探究 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè) 自主預(yù)習(xí)梳理 一 能量的轉(zhuǎn)化與守恒1 能量的多樣性 自然界中能量的形式有多種 如 機(jī)械能 電磁能 化學(xué)能 核能 生物能等 各種不同形式的能量可以相互 2 能量守恒定律 1 內(nèi)容 能量既不能憑空產(chǎn)生 也不能憑空消失 它只能從一種形式 為另一種形式 或者從一個(gè)物體到另一個(gè)物體 在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其 2 能量守恒定律是自然界中最基本 最普遍的規(guī)律 它宣布第一類永動(dòng)機(jī) 不消耗能量而連續(xù)不斷地對(duì)外做功 或者消耗少量能量而做大量的功的機(jī)器 是 填 可能 或 不可能 制成的 內(nèi)能 光能 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 總量不變 不可能 二 能源與可持續(xù)發(fā)展1 能量的轉(zhuǎn)化效率 1 任何機(jī)器都 填 可能 或 不可能 將輸入的能量全部轉(zhuǎn)化為有用的能量 2 能量的轉(zhuǎn)化效率 3 機(jī)器的能量轉(zhuǎn)化效率 填 一定小于 或 可以等于 100 2 能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性研究和事實(shí)都表明 能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有性 或者說(shuō) 能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有性 不可能 一定小于 方向 不可逆 3 第二類永動(dòng)機(jī) 填 違反 或 不違反 能量守恒定律 但 填 違反 或 不違反 能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的不可逆性 因此不可能制成 4 能源開(kāi)發(fā) 利用與環(huán)境保護(hù) 1 煤 天然氣等化石燃料是目前所用的主要能源 是 填 可以 或 不可 再生的 2 能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 盡可能地開(kāi)發(fā)和利用各種 千方百計(jì)地提高不可再生能源的合理和轉(zhuǎn)化效率 并且厲行節(jié)約 避免浪費(fèi) 利用率 不違反 違反 石油 不可 新能源 1 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 任何能量之間的轉(zhuǎn)化都遵循能量守恒定律 2 因?yàn)槟芰渴睾?所以我們不需要節(jié)能 3 能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有不可逆性 4 任何機(jī)器的能量轉(zhuǎn)化效率都低于100 5 第一類永動(dòng)機(jī)不能制成是因?yàn)檫`反了能量守恒定律 6 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了能量守恒定律 2 一個(gè)質(zhì)量為60kg的登山運(yùn)動(dòng)員 他登山時(shí)平均每小時(shí)登高500m 豎直高度 已知人體內(nèi)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為25 那么他在3h內(nèi)消耗的化學(xué)能為 J g取10m s2 3 6 106 解析3h內(nèi)增加的機(jī)械能 E mgh 60 10 500 3J 9 105J 答案 解析 重點(diǎn)知識(shí)探究 一 能量守恒定律的理解 1 在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中 計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn) 重物減少的重力勢(shì)能的值總大于增加的動(dòng)能的值 即機(jī)械能的總量在減少 機(jī)械能減少的原因是什么 減少的部分機(jī)械能是消失了嗎 答案機(jī)械能減少的原因是由于要克服摩擦阻力和空氣阻力做功 機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能 不是 答案 2 請(qǐng)說(shuō)明下列現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的 植物進(jìn)行光合作用 答案光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 答案 放在火爐旁的冰融化變熱 答案內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移到冰 電流通過(guò)燈泡 燈泡發(fā)光 答案電能轉(zhuǎn)化為光能 1 適用范圍 能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律 是各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律 2 能量守恒定律的理解某種形式的能減少 一定存在其他形式的能增加 且減少量和增加量一定相等 某個(gè)物體的能量減少 一定存在其他物體的能量增加 且減少量和增加量一定相等 例1 多選 從光滑斜面上滾下的物體 最后停止在粗糙的水平面上 說(shuō)明A 在斜面上滾動(dòng)時(shí) 只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化B 在斜面上滾動(dòng)時(shí) 有部分勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C 在水平面上滾動(dòng)時(shí) 總能量正在消失D 在水平面上滾動(dòng)時(shí) 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 總能量守恒 解析在斜面上滾動(dòng)時(shí) 只有重力做功 只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 在水平面上滾動(dòng)時(shí) 有摩擦力做功 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 總能量是守恒的 答案 解析 二 能量守恒定律的應(yīng)用 1 能量守恒定律的表達(dá)式 1 從不同狀態(tài)看 E初 E末 2 從能的轉(zhuǎn)化角度看 E增 E減 3 從能的轉(zhuǎn)移角度看 EA增 EB減 2 能量守恒定律應(yīng)用的關(guān)鍵步驟 1 明確研究對(duì)象和研究過(guò)程 2 找全參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的能量 明確哪些能量增加 哪些能量減少 3 列出增加量和減少量之間的守恒式 例2如圖1所示 皮帶的速度是3m s 兩圓心的距離s 4 5m 現(xiàn)將m 1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上 物體與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 15 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶將物體從左輪運(yùn)送到右輪正上方時(shí) 求 g取10m s2 1 小物體獲得的動(dòng)能Ek 圖1 答案4 5J 解析設(shè)小物體與皮帶達(dá)到共同速度時(shí) 物體相對(duì)地面的位移為s 答案 解析 2 這一過(guò)程摩擦產(chǎn)生的熱量Q 答案4 5J 解析由 mg ma得a 1 5m s2 由v at得t 2s 則Q mg vt s 0 15 1 10 6 3 J 4 5J 解析 3 這一過(guò)程電動(dòng)機(jī)消耗的電能E 答案9J 解析由能量守恒知E電 Ek Q 4 5J 4 5J 9J 三 功能關(guān)系的理解與應(yīng)用 1 功能關(guān)系概述 1 不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的 做功的過(guò)程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過(guò)程 2 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 做了多少功 就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化 2 功與能的關(guān)系 由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度 某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系 具體功能關(guān)系如下 例3如圖2所示 在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道 半徑OA水平 OB豎直 一個(gè)質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點(diǎn)由靜止開(kāi)始自由下落 小球沿軌道到達(dá)最高點(diǎn)B時(shí)恰好對(duì)軌道沒(méi)有壓力 已知AP 2R 重力加速度為g 則小球從P到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中A 重力做功2mgRB 機(jī)械能減少mgRC 合外力做功mgRD 克服摩擦力做功mgR 圖2 答案 解析 解析重力做功與路徑無(wú)關(guān) 所以WG mgR 選項(xiàng)A錯(cuò) 克服摩擦力做的功等于機(jī)械能的減少量 故選項(xiàng)D對(duì) 例4如圖3所示 在光滑的水平面上 有一質(zhì)量為M的長(zhǎng)木塊以一定的初速度向右勻速運(yùn)動(dòng) 將質(zhì)量為m的小鐵塊無(wú)初速度地輕放到長(zhǎng)木塊右端 小鐵塊與長(zhǎng)木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 當(dāng)小鐵塊在長(zhǎng)木塊上相對(duì)長(zhǎng)木塊滑動(dòng)L時(shí)與長(zhǎng)木塊保持相對(duì)靜止 此時(shí)長(zhǎng)木塊對(duì)地的位移為l 求這個(gè)過(guò)程中 1 小鐵塊增加的動(dòng)能 答案 mg l L 解析畫出這一過(guò)程兩物體位移示意圖 如圖所示 根據(jù)動(dòng)能定理得 mg l L Ek即小鐵塊動(dòng)能的增加量等于滑動(dòng)摩擦力對(duì)小鐵塊做的功 圖3 答案 解析 2 長(zhǎng)木塊減少的動(dòng)能 答案 mgl 解析摩擦力對(duì)長(zhǎng)木塊做負(fù)功 根據(jù)功能關(guān)系得 EkM mgl 即長(zhǎng)木塊減少的動(dòng)能等于長(zhǎng)木塊克服摩擦力做的功 mgl 答案 解析 3 系統(tǒng)機(jī)械能的減少量 答案 mgL 解析系統(tǒng)機(jī)械能的減少量等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功 E mgL 4 系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量 答案 mgL 解析m M間相對(duì)滑動(dòng)的位移為L(zhǎng) 根據(jù)能量守恒定律 有Q mgL 即摩擦力對(duì)系統(tǒng)做的總功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量 也等于系統(tǒng)減少的機(jī)械能 答案 解析 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 能源的利用 關(guān)于能源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 下列說(shuō)法中正確的是A 能源應(yīng)用的過(guò)程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程B 化石能源的能量歸根結(jié)底來(lái)自于太陽(yáng)能 因此化石能源永遠(yuǎn)不會(huì)枯竭C 在廣大的農(nóng)村推廣沼氣前景廣闊 意義重大 既變廢為寶 減少污染 又大量節(jié)約能源D 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 煤炭資源將取之不盡 用之不竭 1 2 3 答案 解析 解析能源應(yīng)用過(guò)程并不單純是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程 各種轉(zhuǎn)化形式均可為人類服務(wù) A錯(cuò)誤 化石能源的能量雖然來(lái)自太陽(yáng)能 但要經(jīng)過(guò)數(shù)億年的地質(zhì)演變才能形成 且儲(chǔ)量有限 為不可再生能源 B錯(cuò)誤 在廣大農(nóng)村推廣沼氣對(duì)改善農(nóng)村環(huán)境 節(jié)約能源意義重大 功在當(dāng)代 利在千秋 C正確 無(wú)論技術(shù)先進(jìn)與否 煤炭資源不可能取之不盡 用之不竭 D錯(cuò)誤 故選C 1 2 3 1 2 3 答案 解析 2 功能關(guān)系 多選 如圖4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f視為恒定 則下列關(guān)系式中正確的是 圖4 解析畫出運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖 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f 木塊對(duì)子彈的作用力對(duì)子彈做負(fù)功 由動(dòng)能定理得 所以 本題正確選項(xiàng)為A C D 1 2 3 3 能量守恒定律的應(yīng)用 如圖5所示 一物體質(zhì)量m 2kg 在傾角 37 的斜面上的A點(diǎn)以初速度v0 3m s下滑 A點(diǎn)距彈簧上端B的距離AB 4m 當(dāng)物體到達(dá)B后將彈簧壓縮到C點(diǎn) 最大壓縮量BC 0 2m 然后物體又被彈簧彈上去 彈到最高位置為D點(diǎn) D點(diǎn)距A點(diǎn)AD 3m 擋板及彈簧質(zhì)量不計(jì) g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 小數(shù)點(diǎn)后保留兩位小數(shù) 1 物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 答案0 52 1 2 3 答案 解析 圖5 1 2 3 解析物體從開(kāi)始位置A點(diǎn)到最后D點(diǎn)的過(guò)程中 彈性勢(shì)能沒(méi)有發(fā)生變化 動(dòng)能和重力勢(shì)能減少 物體克服摩擦力產(chǎn)生的熱量為Q fs 其中s為物體的路程 即s 5 4mf mgcos37 由能量守恒定律可得 E Q 由 式解得 0 52 2 彈簧的最大彈性勢(shì)能Epm 答案24 46J 重力勢(shì)能減少 Ep mglACsin37 摩擦生熱Q flAC mgcos37 lAC 由能量守恒定律得彈簧的最大彈性勢(shì)能為Epm Ek Ep Q 聯(lián)立 解得Epm 24 46J 答案 解析 解析物體由A到C的過(guò)程中 1 2 3