2019高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題二 功和能 動(dòng)量 6 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律課件.ppt

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第6講能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 知識(shí)脈絡(luò)梳理 規(guī)律方法導(dǎo)引 知識(shí)脈絡(luò)梳理 規(guī)律方法導(dǎo)引 1 知識(shí)規(guī)律 1 機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式 即Ep Ek Ep Ek 即物體初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能 Ep Ek 0 即系統(tǒng)勢(shì)能的變化量與系統(tǒng)動(dòng)能的變化量的代數(shù)和等于0 E1 E2 0 即組成系統(tǒng)的兩個(gè)物體中 物體1的機(jī)械能的變化量與物體2的機(jī)械能的變化量的代數(shù)和等于0 E1增 E2減 即物體1的機(jī)械能的增加量等于物體2的機(jī)械能的減少量 2 不同的力做功對(duì)應(yīng)不同形式的能的改變 重力的功等于重力勢(shì)能的變化 即WG Ep 彈力的功等于彈性勢(shì)能的變化 即W彈 Ep 合力的功等于動(dòng)能的變化 即W Ek 重力 或彈簧彈力 之外的其他力的功等于機(jī)械能的變化 即W其他 E 滑動(dòng)摩擦力做的功等于系統(tǒng)中內(nèi)能的變化 即Q Ff l相對(duì) 知識(shí)脈絡(luò)梳理 規(guī)律方法導(dǎo)引 2 思想方法 1 物理思想 守恒思想 轉(zhuǎn)化思想 2 物理方法 守恒法 轉(zhuǎn)化法 轉(zhuǎn)移法 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用機(jī)械能守恒的判斷方法及多個(gè)物體的機(jī)械能守恒是高考考查的重點(diǎn) 常以選擇題和計(jì)算題形式考查 例1如圖所示 固定的豎直光滑長(zhǎng)桿上套有質(zhì)量為m的小圓環(huán) 圓環(huán)與處于水平狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧一端連接 彈簧的另一端連接在墻上 且處于原長(zhǎng)狀態(tài) 現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止開(kāi)始下滑 已知彈簧原長(zhǎng)為l 圓環(huán)下滑到最大距離時(shí)彈簧的長(zhǎng)度變?yōu)?l 未超過(guò)彈性限度 則在圓環(huán)下滑到最大距離的過(guò)程中 A 圓環(huán)的機(jī)械能守恒B 彈簧彈性勢(shì)能變化了C 圓環(huán)下滑到最大距離時(shí) 所受合力為零D 圓環(huán)重力勢(shì)能與彈簧彈性勢(shì)能之和保持不變 B 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 思維導(dǎo)引 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 例2如圖所示 左側(cè)為一個(gè)半徑為R的半球形的碗固定在水平桌面上 碗口水平 O點(diǎn)為球心 碗的內(nèi)表面及碗口光滑 右側(cè)是一個(gè)固定光滑斜面 斜面足夠長(zhǎng) 傾角 30 一根不可伸長(zhǎng)的不計(jì)質(zhì)量的細(xì)繩跨在碗口及光滑斜面頂端的光滑定滑輪兩端上 繩的兩端系有質(zhì)量分別為m1 m2的小球A B 可視為質(zhì)點(diǎn) 且m1 m2 開(kāi)始時(shí)球A恰在右端碗口水平直徑M處 球B在斜面上且距離斜面頂端足夠遠(yuǎn) 此時(shí)連接兩球的細(xì)繩與斜面平行且恰好伸直 當(dāng)球A由靜止釋放運(yùn)動(dòng)到球心O的正下方N點(diǎn)時(shí)細(xì)繩突然斷開(kāi) 不計(jì)細(xì)繩斷開(kāi)瞬間的能量損失 1 求小球B沿斜面上升的最大距離x 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 思維導(dǎo)引 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 規(guī)律方法利用機(jī)械能守恒定律解題三點(diǎn)注意事項(xiàng)1 研究對(duì)象的選取 研究對(duì)象的選取是解題的首要環(huán)節(jié) 有的問(wèn)題選單個(gè)物體 實(shí)為一個(gè)物體與地球組成的系統(tǒng) 為研究對(duì)象 有的選幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象 如圖所示 不計(jì)摩擦 單選物體A機(jī)械能不守恒 但選物體A B二者組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 2 研究過(guò)程的選取 研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分幾個(gè)階段 有的階段機(jī)械能守恒 而有的階段機(jī)械能不守恒 因此在應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題時(shí)要注意過(guò)程的選取 3 機(jī)械能是否守恒的判斷 1 用做功來(lái)判斷 看重力 或彈簧彈力 以外的其他力做功代數(shù)和是否為0 2 用能量轉(zhuǎn)化來(lái)判斷 看是否有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 3 對(duì)一些繩子突然繃緊 物體間碰撞等問(wèn)題 機(jī)械能一般不守恒 除非題目中有特別說(shuō)明或暗示 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 拓展訓(xùn)練1 多選 如圖所示 滑塊a b的質(zhì)量均為m a套在固定豎直桿上 與光滑水平地面相距h b放在地面上 a b通過(guò)鉸鏈用剛性輕桿連接 由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 不計(jì)摩擦 a b可視為質(zhì)點(diǎn) 重力加速度大小為g 則 A a落地前 輕桿對(duì)b一直做正功B a落地時(shí)速度大小為C a下落過(guò)程中 其加速度大小始終不大于gD a落地前 當(dāng)a的機(jī)械能最小時(shí) b對(duì)地面的壓力大小為mg BD 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 解析 當(dāng)a落地時(shí) vb 0 故滑塊b先做加速運(yùn)動(dòng) 再做減速運(yùn)動(dòng) 故輕桿對(duì)b先做正功 再做負(fù)功 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 對(duì)a與b組成的系統(tǒng) 由機(jī)械能 時(shí) 對(duì)a做正功 a的加速度大于g 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 a的機(jī)械能最小時(shí) F桿 0 之后桿對(duì)a做正功 a的機(jī)械能開(kāi)始增加 由于F桿 0 故此時(shí)b只受Gb和地面對(duì)它的支持力 且受力平衡 故D項(xiàng)正確 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 功能關(guān)系及其應(yīng)用常以選擇題和計(jì)算題的形式考查做功和能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 例3 多選 一質(zhì)量為m的小球套在傾斜放置的固定光滑桿上 一根輕質(zhì)彈簧的一端懸掛于O點(diǎn) 另一端與小球相連 彈簧與桿在同一豎直平面內(nèi) 將小球沿桿拉到與彈簧水平的位置由靜止釋放 小球沿桿下滑 當(dāng)彈簧位于豎直位置時(shí) 小球速度恰好為零 此時(shí)小球下降的豎直高度為h 如圖所示 若全過(guò)程中彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)且處于彈性限度內(nèi) 重力加速度為g 則下列說(shuō)法正確的是 A 當(dāng)彈簧與桿垂直時(shí) 小球動(dòng)能最大B 當(dāng)小球沿桿方向的合力為零時(shí) 小球動(dòng)能最大C 在小球自開(kāi)始下滑至滑到最低點(diǎn)的過(guò)程中 彈簧所做的負(fù)功小于mghD 在小球自開(kāi)始下滑至滑到最低點(diǎn)的過(guò)程中 彈簧彈性勢(shì)能的增加量等于mgh BD 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 解析當(dāng)彈簧與桿垂直時(shí) 小球所受重力的沿桿方向的分力產(chǎn)生斜向下的加速度 因此小球仍然加速 速度繼續(xù)增加 A錯(cuò)誤 當(dāng)彈簧沿桿向上的分力等于重力沿桿向下的分力時(shí) 小球的加速度才減小到0 速度達(dá)到最大值 B正確 在小球下滑的過(guò)程中 根據(jù)動(dòng)能定理可知 W mgh 0 可知彈簧所做的負(fù)功等于mgh 即彈性勢(shì)能的增加量等于mgh C錯(cuò)誤 D正確 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 思維導(dǎo)引 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 規(guī)律方法利用功能關(guān)系解題的基本思路 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 拓展訓(xùn)練2 2018 四川成都模擬 如圖甲所示 傾角 30 的足夠長(zhǎng)固定光滑斜面上 用平行于斜面的輕彈簧拉著質(zhì)量m 1kg的物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng) 已知物體在t 1s到t 3s這段時(shí)間的v t圖象如圖乙所示 彈簧的勁度系數(shù)k 200N m 重力加速度g取10m s2 則在該段時(shí)間內(nèi) A 物體的加速度大小為2m s2B 彈簧的伸長(zhǎng)量為3cmC 彈簧的彈力做功為30JD 物體的重力勢(shì)能增加36J B 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 能量觀點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)的綜合應(yīng)用常以選擇題和計(jì)算題形式考查物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及在這個(gè)過(guò)程中各個(gè)力的做功及能量轉(zhuǎn)化情況 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 例4如圖所示 質(zhì)量m0 3kg的足夠長(zhǎng)的小車(chē)靜止在光滑的水平面上 半徑R 0 8m的光滑圓軌道的下端與小車(chē)的右端平滑對(duì)接 質(zhì)量m 1kg的物塊 可視為質(zhì)點(diǎn) 由軌道頂端靜止釋放 接著物塊離開(kāi)圓軌道滑上小車(chē) 從物塊滑上小車(chē)開(kāi)始計(jì)時(shí) t 2s時(shí)小車(chē)被地面裝置鎖定 已知物塊與小車(chē)之間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 3 重力加速度g取10m s2 求 1 物塊運(yùn)動(dòng)至圓軌道的下端時(shí)受到的支持力FN 2 小車(chē)被鎖定時(shí) 其右端距圓軌道的下端的距離x 3 物塊靜止時(shí) 系統(tǒng)增加的內(nèi)能Q 不含小車(chē)被鎖定而產(chǎn)生的內(nèi)能 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 答案 1 30N 方向豎直向上 2 1 5m 3 6 5J 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 思維導(dǎo)引 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 規(guī)律方法功能關(guān)系反映了做功和能量轉(zhuǎn)化之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 功是能量轉(zhuǎn)化的量度和原因 在不同問(wèn)題中的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如下 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 拓展訓(xùn)練3 多選 如圖所示 一質(zhì)量為m的物體靜置在傾角為 30 的光滑斜面底端 現(xiàn)用沿斜面向上的恒力F拉物體 使其做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 經(jīng)時(shí)間t 力F做功為W 此后撤去恒力F 物體又經(jīng)時(shí)間t回到出發(fā)點(diǎn) 若以斜面底端為重力勢(shì)能零勢(shì)能面 則下列說(shuō)法正確的是 AB 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 命題熱點(diǎn)一 命題熱點(diǎn)二 命題熱點(diǎn)三 去恒力F物體上滑過(guò)程中 動(dòng)能減小 勢(shì)能增大 不可能出現(xiàn)動(dòng)能與勢(shì)能相等的位置 綜上所述動(dòng)能與勢(shì)能相等的位置只能出現(xiàn)在撤去恒力F后物體下滑的某位置 故選項(xiàng)D錯(cuò)誤 1 2 3 4 1 2018 全國(guó)卷 如圖所示 abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道 ab水平 長(zhǎng)度為2R bc是半徑為R的四分之一圓弧 與ab相切于b點(diǎn) 一質(zhì)量為m的小球 始終受到與重力大小相等的水平外力的作用 自a點(diǎn)處從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng) 重力加速度大小為g 小球從a點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到其軌跡最高點(diǎn) 機(jī)械能的增量為 A 2mgRB 4mgRC 5mgRD 6mgR C 1 2 3 4 解析 根據(jù)功能關(guān)系 除重力之外的力做的功等于機(jī)械能的變化 從a c 水平外力做的功為WF mg 3R 根據(jù)動(dòng)能定理mg 3R mgR 1 2 3 4 2 多選 如圖所示 一質(zhì)量為m0的斜面體靜止在水平地面上 質(zhì)量為m的木塊沿粗糙斜面加速下滑h高度 速度大小由v1增大到v2 所用時(shí)間為t 木塊與斜面體之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 在此過(guò)程中 BD 1 2 3 4 解析 木塊沿粗糙斜面加速下滑 有沿斜面向下的加速度 斜面體對(duì)木塊必有水平向左方向的作用力 根據(jù)牛頓第三定律 木塊對(duì)斜面體必有水平向右的作用力 而斜面體靜止 根據(jù)平衡條件 斜面體受水平地面的靜摩擦力向左 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 木塊沿斜面下滑的平均速 1 2 3 4 3 多選 如圖所示 小球套在光滑的豎直桿上 輕彈簧一端固定于O點(diǎn) 另一端與小球相連 現(xiàn)將小球從M點(diǎn)由靜止釋放 它在下降的過(guò)程中經(jīng)過(guò)了N點(diǎn) 已知在M N兩點(diǎn)處 彈簧對(duì)小球的彈力大小相等 且 ONM OMN 在小球從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過(guò)程中 A 彈力對(duì)小球先做正功后做負(fù)功B 有兩個(gè)時(shí)刻小球的加速度等于重力加速度C 彈簧長(zhǎng)度最短時(shí) 彈力對(duì)小球做功的功率為零D 小球到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能等于其在M N兩點(diǎn)的重力勢(shì)能差 BCD 1 2 3 4 解析 如圖所示 小球沿桿下滑要經(jīng)過(guò)彈簧處于壓縮狀態(tài)的M點(diǎn) 壓縮量最大點(diǎn)P 原長(zhǎng)處Q點(diǎn)和伸長(zhǎng)狀態(tài)N點(diǎn) 根據(jù)題意可知M點(diǎn)和N點(diǎn)彈簧形變量相同 從M到P 彈力方向向左上 做負(fù)功 P到Q 彈力方向向左下 做正功 從Q到N 彈力方向向右上 做負(fù)功 彈力對(duì)小球應(yīng)先做負(fù)功 再做正功 后做負(fù)功 A選項(xiàng)錯(cuò)誤 在P點(diǎn)彈力方向與桿垂直 在Q點(diǎn) 彈力為零 這兩個(gè)點(diǎn)加速度等于重力加速度 B選項(xiàng)正確 在P點(diǎn)彈簧長(zhǎng)度最短 彈力方向與桿垂直 即彈力方向與小球速度方向垂直 故彈力的功率為零 C選項(xiàng)正確 從M點(diǎn)到N點(diǎn) 小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 M N兩點(diǎn)的彈性勢(shì)能相等 故重力勢(shì)能差等于動(dòng)能的變化 即小球到達(dá)N點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能 D選項(xiàng)正確 1 2 3 4 4 如圖所示 固定在豎直平面內(nèi)的絕緣細(xì)半圓管在C點(diǎn)與絕緣的水平地面平滑連接 半圓管的半徑R 1 6m 管內(nèi)壁光滑 兩端口C D連線沿豎直方向 CD右側(cè)存在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E 1 5 103N C 方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng) 水平面AB段表面光滑 長(zhǎng)l1 6 75m BC段表面粗糙 長(zhǎng)l2 5 5m 質(zhì)量m 2 0kg 電荷量q 0 01C的帶正電小球在水平恒力F 10 0N的作用下從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后撤去恒力F 小球進(jìn)入半圓管后通過(guò)端口D時(shí)對(duì)圓管豎直向下的壓力為FND 15N 小球與水平面BC段之間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 2 g取10m s2 小球可視為質(zhì)點(diǎn) 求 1 2 3 4 1 小球通過(guò)端口D時(shí)的速度大小vD 2 撤去恒力F時(shí)小球的速度大小v0 答案 1 2m s 2 9m s 1 2 3 4 傳送帶上的能量轉(zhuǎn)換與守恒問(wèn)題 典例示范 如圖所示 輪半徑r 10cm的傳送帶 水平部分AB的長(zhǎng)度l 1 5m 與一圓心在O點(diǎn) 半徑R 1m的豎直光滑圓弧形軌道的末端相切于A點(diǎn) AB高出水平地面H 1 25m 一質(zhì)量m 0 1kg的小滑塊 可視為質(zhì)點(diǎn) 由圓軌道上的P點(diǎn)從靜止釋放 OP與豎直線的夾角 37 已知滑塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 1 sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 不計(jì)空氣阻力 1 求滑塊對(duì)圓弧形軌道末端的壓力 2 若傳送帶一直保持靜止 求滑塊的落地點(diǎn)與B間的水平距離 3 若傳送帶以v0 0 5m s的速度沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行 傳送帶上部分由B到A運(yùn)動(dòng) 求滑塊在傳送帶上滑行過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)能 分析推理 3 h R 1 cos37 4 1 從P到A應(yīng)用動(dòng)能定理可求出滑塊在A點(diǎn)的速度 2 受支持力FN和自身重力mg 如圖所示 3 F向 FN mg 5 從A到B 或從P到B 應(yīng)用動(dòng)能定理可求出滑塊在B點(diǎn)的速度 滑塊離開(kāi)B點(diǎn)做平拋運(yùn)動(dòng) 6 滑塊的受力情況無(wú)變化 7 Q Ff x Ff表示物體間滑動(dòng)摩擦力的大小 x表示物體間的相對(duì)位移 思維流程 以題說(shuō)法能量問(wèn)題的解題工具一般有動(dòng)能定理 能量守恒定律 機(jī)械能守恒定律 1 動(dòng)能定理使用方法簡(jiǎn)單 只要選定物體和過(guò)程 直接列出方程即可 動(dòng)能定理適用于所有過(guò)程 2 能量守恒定律同樣適用于所有過(guò)程 分析時(shí)只要分析出哪些能量減少 哪些能量增加 根據(jù)減少的能量等于增加的能量列方程即可 3 機(jī)械能守恒定律只是能量守恒定律的一種特殊形式 但在力學(xué)中也非常重要 很多題目都可以用兩種甚至三種方法求解 可根據(jù)題目情況靈活選取 針對(duì)訓(xùn)練 多選 如圖所示 甲 乙兩傳送帶與水平面的夾角相同 都以恒定速率v向上運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)將一質(zhì)量為m的小物體 視為質(zhì)點(diǎn) 輕輕放在A處 小物體在甲傳送帶到達(dá)B處時(shí)恰好達(dá)到傳送帶的速率v 再將相同的小物體輕輕放在M處 小物體在乙傳送帶上到達(dá)離N處豎直高度為h的C處時(shí)達(dá)到傳送帶的速率v 已知B處 N處離地面的高度均為h0 則在小物體從A到B和從M到N的過(guò)程中 A 小物體與甲傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)較小B 兩傳送帶對(duì)小物體做功相等C 甲傳送帶消耗的電能比較大D 兩種情況下因摩擦產(chǎn)生的熱量相等 ABC 解析 根據(jù)公式v2 2ax 可知物體加速度關(guān)系a甲 a乙 再由牛頓第二定律 mgcos mgsin ma 得知 甲 乙 故A正確 傳送帶對(duì)小物體做功等于小物體的機(jī)械能的增加量 動(dòng)能增加量相等 重力勢(shì)能的增加量也相同 故兩傳送帶對(duì)小物體做功相等 故B正確 由摩擦 根據(jù)能量守恒定律 電動(dòng)機(jī)消耗的電能E電等于摩擦產(chǎn)生的熱量Q與物體增加的機(jī)械能之和 因物體從A到B和從M到N增加的機(jī)械能相同 Q甲 Q乙 所以甲傳送帶消耗的電能更多 故C正確 D錯(cuò)誤