高考物理一輪總復習 專題五 第4講 功能關系 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律課件 新人教版.ppt

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第4講功能關系能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 一 功和能的關系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)化關系如下表所示 Ep Ep E Ek Ep E電 E分 二 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律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 每一種運動形式都對應一種能量形式 通過力做功 不同形式的能可以 基礎檢測 1 2015年河南商丘模擬 自然現(xiàn)象中蘊藏著許多物理知識 如圖5 4 1所示為一個盛水袋 某人從側(cè)面緩慢推袋壁使它變 形 則水的勢能 圖5 4 1 A 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 緩沖器的機械能守恒B 摩擦力做功消耗機械能C 墊板的動能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 圖5 4 2 D 彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能答案 B 考點1 摩擦力做功的特點 重點歸納1 靜摩擦力做功的特點 1 靜摩擦力既可以做正功 也可以做負功 還可以不做功 2 相互作用的一對靜摩擦力做功的代數(shù)和總等于零 3 靜摩擦力做功時 只有機械能的相互轉(zhuǎn)移 不會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 2 滑動摩擦力做功的特點 1 滑動摩擦力既可以做正功 也可以做負功 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 機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 一部分機械能在相互摩擦的物體間轉(zhuǎn)移 另一部分機械 能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 3 摩擦生熱的計算Q fs相對 典例剖析例1 電動機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 思維點撥 摩擦力對小木塊做的功對應小木塊動能的增量 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 電動機所做的功應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動 與傳送帶共速后不再相互滑動 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動的問題 首先要正解分析物體的運動過程 對研究對象進行受力分析 然后利用運動學公式結(jié)合牛頓第二定律 求物體及傳送帶在相應時間內(nèi)的位移 找出物體和傳送帶之間的位移關系 再利用Q fs相對求摩擦熱 利用功能關系求功 考點練透 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 一部分轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)能 故 答案 C 2 2015年山東實驗中學模擬 如圖5 4 5所示 有一個可視為質(zhì)點的質(zhì)量為m 1kg的小物塊 從光滑平臺上的A點以v0 2m s的初速度水平拋出 到達C點時 恰好沿C點的切線方向進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點的質(zhì)量為M 3kg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R 0 4m C點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10m s2 求 1 小物塊剛要到達圓弧軌道末端D點時對軌道的壓力 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 設小物塊剛好滑到木板左端且達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 5m 考點2 能量守恒定律的應用 重點歸納應用定律解題的步驟 1 分清有多少形式的能 如動能 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增的表達式 3 列出能量守恒關系式 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點滑至B點 接著沿水平路面滑至C點停止 人與雪橇的總質(zhì)量為70kg 表中記錄了沿坡滑下過程中的有關數(shù)據(jù) 請根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)解決下列問題 取g 10m s2 1 人與雪橇從A到B的過程中 損失的機械能為多少 2 設人與雪橇在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 并進一步計算出機械能的變化量 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點到B點的過程中 人與雪橇損失的機械能為 根據(jù)牛頓第二定律得F阻 ma 70 2 N 140N負號表示阻力方向與運動方向相反 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的過程中損失的機械能為多少 由能量關系可知 就是求這一過程中克服阻力做了多少功 考點練透 3 2015年安徽安慶模擬 2013年2月15日中午12時30分左右 俄羅斯車里雅賓斯克州發(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 7 C 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 因有阻力做負功 且克服阻力做的功等于其機械能的減少量 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Ep 求 1 滑塊到達B點時的速度大小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 一般設問的角度有兩個 一是動力學角度 求物體在傳送帶上運動的時間 物體在傳送帶上能達到的速度 物體相對傳送帶滑過的位移等 運用牛頓第二定律結(jié)合運動學規(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動情況 求出物體在傳送帶上的相對位移 進而求出摩擦力對系統(tǒng)所做的總功 明確能量分配關系 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W Wf1 Wf2 fx1 fx2 f x 結(jié)論 滑動摩擦力對系統(tǒng)總是做負功 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 對運動過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量 即Q f x 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械能E機 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 E E機 Q或W Ek Ep Q 例3 如圖5 4 9所示 水平長傳送帶始終以速度v 3m s勻速運動 現(xiàn)將一質(zhì)量為m 1kg的物塊輕放于左端 最終物體與傳送帶一起以3m s的速度運動 在物塊由速度為零增加至v 3m 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 帶動傳送帶的電動機多消耗了多少電能 圖5 4 9 審題突破 物塊做初速度為零的勻加速直線運動 傳送帶勻速運動 電動機輸入到系統(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 最終與傳送帶達到相同速度v 物塊所受的滑動摩擦力為f mg 2 電動機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動時因相對滑動而產(chǎn)生的摩擦熱的計算 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L 6m 始終以v0 6m s的速度順時針運動 將一個質(zhì)量m 1kg的物塊由距斜面底端高度h1 5 4m的A點靜止滑下 物塊通過B點時速度的大小不變 物塊與斜面 物塊與傳送帶間動摩擦因數(shù)分別為 1 0 5 2 0 2 傳送帶上表面距地面的高度H 5m g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 求物塊由A點運動到C點的時間 2 若把物塊從距斜面底端高度h2 2 4m處靜止釋放 求 物塊落地點到C點的水平距離 3 求物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點的速度vB a1t1 2 3m s 6m s 物塊在傳送帶上勻速運動到C 所以物塊由A到C的時間t t1 t2 3s 1s 4s 2 在斜面上根據(jù)動能定理 3 因物塊每次均拋到同一點D 由平拋知識知 物塊到達 C點時速度必須有vC v0 當離傳送帶高度為h3時物塊進入傳送帶后一直勻加速 運動 則 當離傳送帶高度為h4時物塊進入傳送帶后一直勻減速運 動 則 所以當離傳送帶高度在1 8 9 0m的范圍內(nèi)均能滿足要求即1 8m h 9 0m