2019高考物理大二輪復習 專題二 功和能 動量 6 能量轉化與守恒定律課件.ppt

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第6講能量轉化與守恒定律 知識脈絡梳理 規(guī)律方法導引 知識脈絡梳理 規(guī)律方法導引 1 知識規(guī)律 1 機械能守恒定律的表達式 即Ep Ek Ep Ek 即物體初狀態(tài)的機械能等于末狀態(tài)的機械能 Ep Ek 0 即系統(tǒng)勢能的變化量與系統(tǒng)動能的變化量的代數(shù)和等于0 E1 E2 0 即組成系統(tǒng)的兩個物體中 物體1的機械能的變化量與物體2的機械能的變化量的代數(shù)和等于0 E1增 E2減 即物體1的機械能的增加量等于物體2的機械能的減少量 2 不同的力做功對應不同形式的能的改變 重力的功等于重力勢能的變化 即WG Ep 彈力的功等于彈性勢能的變化 即W彈 Ep 合力的功等于動能的變化 即W Ek 重力 或彈簧彈力 之外的其他力的功等于機械能的變化 即W其他 E 滑動摩擦力做的功等于系統(tǒng)中內(nèi)能的變化 即Q Ff l相對 知識脈絡梳理 規(guī)律方法導引 2 思想方法 1 物理思想 守恒思想 轉化思想 2 物理方法 守恒法 轉化法 轉移法 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 機械能守恒定律的應用機械能守恒的判斷方法及多個物體的機械能守恒是高考考查的重點 常以選擇題和計算題形式考查 例1如圖所示 固定的豎直光滑長桿上套有質(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 且處于原長狀態(tài) 現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止開始下滑 已知彈簧原長為l 圓環(huán)下滑到最大距離時彈簧的長度變?yōu)?l 未超過彈性限度 則在圓環(huán)下滑到最大距離的過程中 A 圓環(huán)的機械能守恒B 彈簧彈性勢能變化了C 圓環(huán)下滑到最大距離時 所受合力為零D 圓環(huán)重力勢能與彈簧彈性勢能之和保持不變 B 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 例2如圖所示 左側為一個半徑為R的半球形的碗固定在水平桌面上 碗口水平 O點為球心 碗的內(nèi)表面及碗口光滑 右側是一個固定光滑斜面 斜面足夠長 傾角 30 一根不可伸長的不計質(zhì)量的細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 且m1 m2 開始時球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 此時連接兩球的細繩與斜面平行且恰好伸直 當球A由靜止釋放運動到球心O的正下方N點時細繩突然斷開 不計細繩斷開瞬間的能量損失 1 求小球B沿斜面上升的最大距離x 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 規(guī)律方法利用機械能守恒定律解題三點注意事項1 研究對象的選取 研究對象的選取是解題的首要環(huán)節(jié) 有的問題選單個物體 實為一個物體與地球組成的系統(tǒng) 為研究對象 有的選幾個物體組成的系統(tǒng)為研究對象 如圖所示 不計摩擦 單選物體A機械能不守恒 但選物體A B二者組成的系統(tǒng)機械能守恒 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 2 研究過程的選取 研究對象的運動過程分幾個階段 有的階段機械能守恒 而有的階段機械能不守恒 因此在應用機械能守恒定律解題時要注意過程的選取 3 機械能是否守恒的判斷 1 用做功來判斷 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 用能量轉化來判斷 看是否有機械能轉化為其他形式的能 3 對一些繩子突然繃緊 物體間碰撞等問題 機械能一般不守恒 除非題目中有特別說明或暗示 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 拓展訓練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通過鉸鏈用剛性輕桿連接 由靜止開始運動 不計摩擦 a b可視為質(zhì)點 重力加速度大小為g 則 A a落地前 輕桿對b一直做正功B a落地時速度大小為C a下落過程中 其加速度大小始終不大于gD a落地前 當a的機械能最小時 b對地面的壓力大小為mg BD 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析 當a落地時 vb 0 故滑塊b先做加速運動 再做減速運動 故輕桿對b先做正功 再做負功 選項A錯誤 對a與b組成的系統(tǒng) 由機械能 時 對a做正功 a的加速度大于g 選項C錯誤 a的機械能最小時 F桿 0 之后桿對a做正功 a的機械能開始增加 由于F桿 0 故此時b只受Gb和地面對它的支持力 且受力平衡 故D項正確 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 功能關系及其應用常以選擇題和計算題的形式考查做功和能量轉換的關系 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 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 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 當彈簧位于豎直位置時 小球速度恰好為零 此時小球下降的豎直高度為h 如圖所示 若全過程中彈簧處于伸長狀態(tài)且處于彈性限度內(nèi) 重力加速度為g 則下列說法正確的是 A 當彈簧與桿垂直時 小球動能最大B 當小球沿桿方向的合力為零時 小球動能最大C 在小球自開始下滑至滑到最低點的過程中 彈簧所做的負功小于mghD 在小球自開始下滑至滑到最低點的過程中 彈簧彈性勢能的增加量等于mgh BD 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析當彈簧與桿垂直時 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錯誤 當彈簧沿桿向上的分力等于重力沿桿向下的分力時 小球的加速度才減小到0 速度達到最大值 B正確 在小球下滑的過程中 根據(jù)動能定理可知 W mgh 0 可知彈簧所做的負功等于mgh 即彈性勢能的增加量等于mgh C錯誤 D正確 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 規(guī)律方法利用功能關系解題的基本思路 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 拓展訓練2 2018 四川成都模擬 如圖甲所示 傾角 30 的足夠長固定光滑斜面上 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動 已知物體在t 1s到t 3s這段時間的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 則在該段時間內(nèi) A 物體的加速度大小為2m s2B 彈簧的伸長量為3cmC 彈簧的彈力做功為30JD 物體的重力勢能增加36J B 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 能量觀點和動力學的綜合應用常以選擇題和計算題形式考查物體的運動過程及在這個過程中各個力的做功及能量轉化情況 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 例4如圖所示 質(zhì)量m0 3kg的足夠長的小車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的右端平滑對接 質(zhì)量m 1kg的物塊 可視為質(zhì)點 由軌道頂端靜止釋放 接著物塊離開圓軌道滑上小車 從物塊滑上小車開始計時 t 2s時小車被地面裝置鎖定 已知物塊與小車之間的動摩擦因數(shù) 0 3 重力加速度g取10m s2 求 1 物塊運動至圓軌道的下端時受到的支持力FN 2 小車被鎖定時 其右端距圓軌道的下端的距離x 3 物塊靜止時 系統(tǒng)增加的內(nèi)能Q 不含小車被鎖定而產(chǎn)生的內(nèi)能 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 答案 1 30N 方向豎直向上 2 1 5m 3 6 5J 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 規(guī)律方法功能關系反映了做功和能量轉化之間的對應關系 功是能量轉化的量度和原因 在不同問題中的具體對應關系如下 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 拓展訓練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動 經(jīng)時間t 力F做功為W 此后撤去恒力F 物體又經(jīng)時間t回到出發(fā)點 若以斜面底端為重力勢能零勢能面 則下列說法正確的是 AB 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 去恒力F物體上滑過程中 動能減小 勢能增大 不可能出現(xiàn)動能與勢能相等的位置 綜上所述動能與勢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D錯誤 1 2 3 4 1 2018 全國卷 如圖所示 abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道 ab水平 長度為2R bc是半徑為R的四分之一圓弧 與ab相切于b點 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點處從靜止開始向右運動 重力加速度大小為g 小球從a點開始運動到其軌跡最高點 機械能的增量為 A 2mgRB 4mgRC 5mgRD 6mgR C 1 2 3 4 解析 根據(jù)功能關系 除重力之外的力做的功等于機械能的變化 從a c 水平外力做的功為WF mg 3R 根據(jù)動能定理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 所用時間為t 木塊與斜面體之間的動摩擦因數(shù)為 在此過程中 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A錯誤 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 另一端與小球相連 現(xiàn)將小球從M點由靜止釋放 它在下降的過程中經(jīng)過了N點 已知在M N兩點處 彈簧對小球的彈力大小相等 且 ONM OMN 在小球從M點運動到N點的過程中 A 彈力對小球先做正功后做負功B 有兩個時刻小球的加速度等于重力加速度C 彈簧長度最短時 彈力對小球做功的功率為零D 小球到達N點時的動能等于其在M N兩點的重力勢能差 BCD 1 2 3 4 解析 如圖所示 小球沿桿下滑要經(jīng)過彈簧處于壓縮狀態(tài)的M點 壓縮量最大點P 原長處Q點和伸長狀態(tài)N點 根據(jù)題意可知M點和N點彈簧形變量相同 從M到P 彈力方向向左上 做負功 P到Q 彈力方向向左下 做正功 從Q到N 彈力方向向右上 做負功 彈力對小球應先做負功 再做正功 后做負功 A選項錯誤 在P點彈力方向與桿垂直 在Q點 彈力為零 這兩個點加速度等于重力加速度 B選項正確 在P點彈簧長度最短 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選項正確 從M點到N點 小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒 M N兩點的彈性勢能相等 故重力勢能差等于動能的變化 即小球到達N點時的動能 D選項正確 1 2 3 4 4 如圖所示 固定在豎直平面內(nèi)的絕緣細半圓管在C點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右側存在電場強度大小為E 1 5 103N C 方向水平向左的勻強電場 水平面AB段表面光滑 長l1 6 75m BC段表面粗糙 長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點由靜止開始運動 經(jīng)過一段時間后撤去恒力F 小球進入半圓管后通過端口D時對圓管豎直向下的壓力為FND 15N 小球與水平面BC段之間的動摩擦因數(shù) 0 2 g取10m s2 小球可視為質(zhì)點 求 1 2 3 4 1 小球通過端口D時的速度大小vD 2 撤去恒力F時小球的速度大小v0 答案 1 2m s 2 9m s 1 2 3 4 傳送帶上的能量轉換與守恒問題 典例示范 如圖所示 輪半徑r 10cm的傳送帶 水平部分AB的長度l 1 5m 與一圓心在O點 半徑R 1m的豎直光滑圓弧形軌道的末端相切于A點 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 由圓軌道上的P點從靜止釋放 OP與豎直線的夾角 37 已知滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù) 0 1 sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 不計空氣阻力 1 求滑塊對圓弧形軌道末端的壓力 2 若傳送帶一直保持靜止 求滑塊的落地點與B間的水平距離 3 若傳送帶以v0 0 5m s的速度沿逆時針方向運行 傳送帶上部分由B到A運動 求滑塊在傳送帶上滑行過程中產(chǎn)生的內(nèi)能 分析推理 3 h R 1 cos37 4 1 從P到A應用動能定理可求出滑塊在A點的速度 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 應用動能定理可求出滑塊在B點的速度 滑塊離開B點做平拋運動 6 滑塊的受力情況無變化 7 Q Ff x Ff表示物體間滑動摩擦力的大小 x表示物體間的相對位移 思維流程 以題說法能量問題的解題工具一般有動能定理 能量守恒定律 機械能守恒定律 1 動能定理使用方法簡單 只要選定物體和過程 直接列出方程即可 動能定理適用于所有過程 2 能量守恒定律同樣適用于所有過程 分析時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 針對訓練 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向上運動 現(xiàn)將一質(zhì)量為m的小物體 視為質(zhì)點 輕輕放在A處 小物體在甲傳送帶到達B處時恰好達到傳送帶的速率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離N處豎直高度為h的C處時達到傳送帶的速率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的過程中 A 小物體與甲傳送帶間的動摩擦因數(shù)較小B 兩傳送帶對小物體做功相等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 傳送帶對小物體做功等于小物體的機械能的增加量 動能增加量相等 重力勢能的增加量也相同 故兩傳送帶對小物體做功相等 故B正確 由摩擦 根據(jù)能量守恒定律 電動機消耗的電能E電等于摩擦產(chǎn)生的熱量Q與物體增加的機械能之和 因物體從A到B和從M到N增加的機械能相同 Q甲 Q乙 所以甲傳送帶消耗的電能更多 故C正確 D錯誤