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当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 资本运营 > 2014届高考物理复习方案二轮权威课件(广东省专用):第5讲-能量转化与守恒
第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究热点模型解读高考真题聚焦返回目录核心知识重组一、机械能守恒定律1.机械能守恒的判断(1)做功角度:只有重力或弹力做功(弹力指与弹性势能对应的弹力,如弹簧的弹力、橡皮筋的弹力,不是指压力、支持力等).(2)能量角度:只有动能和势能相互转化,而没有其他能量参与.判断运动过程中机械能是否守恒时注意以下几种情况:①如果没有摩擦和介质阻力,物体只发生动能和势能的相互转化,则机械能守恒;②可以对系统的受力进行整体分析,如果有除重力和弹力(弹簧类)以外的其他力对系统做了功,则系统的机械能不守恒;③当系统内的物体或系统与外界发生碰撞时,如果题目没有明确说明不计机械能的损失,则系统的机械能不守恒;④如果系统内部发生“爆炸”,则系统的机械能不守恒;⑤当系统内部有细绳发生瞬间拉紧的情况时,系统的机械能不守恒.返回目录核心知识重组2.机械能守恒定律的表述(1)守恒角度:系统初态和末态的机械能相等,Ek1+Ep1=Ek2+Ep2,应用过程中重力势能需要选取零势能面;(2)转化角度:系统增加的动能等于减少的势能,ΔEk=-ΔEp;(3)转移角度:两个物体组成的系统,A物体增加的机械能等于B物体减少的机械能,ΔEA=-ΔEB.二、能量守恒定律1.能量守恒定律无条件,任何过程的能量都是守恒的,即系统初、末态总能量相等,即E初=E末.2.系统某几种能量的增加等于其他能量的减少,即ΔEn增=ΔEm减.3.能量守恒定律在不同条件下有不同的表现,例如只有重力或弹力(弹簧类)做功时就表现为机械能守恒定律.返回目录核心知识重组三、涉及弹性势能的机械能守恒问题1.弹簧的弹性势能与弹簧规格和形变程度有关,对同一根弹簧而言,无论是处于伸长状态还是压缩状态,只要形变量相同,其储存的弹性势能就相同.2.对同一根弹簧而言,若先后经历两次相同的形变过程,则两次过程中弹簧弹性势能的变化相同.3.弹性势能公式Ep=12kx2不是考试大纲中规定的内容,高考试题除非在题干中明确给出该公式,否则不必用该公式定量解决物理计算题,以往高考命题中涉及弹簧弹性势能的问题都是从“能量守恒”角度进行考查的.四、机械能的变化重力和弹力(弹簧类)做功,不能改变系统的机械能,除此之外的其他力做功才能改变物体或系统的机械能.物体或系统的机械能的增量等于重力和弹力(弹簧类)以外的其他力做的功,W其=E2-E1,即其他力做正功则机械能增加,其他力做负功则机械能减少.第5讲能量转化与守恒高考真题聚焦1.[2013·新课标全国卷Ⅱ](双选)目前,在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运转,其中一些卫星的轨道可近似为圆,且轨道半径逐渐变小.若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中,只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用,则下列判断正确的是()A.卫星的动能逐渐减小B.由于地球引力做正功,引力势能一定减小C.由于气体阻力做负功,地球引力做正功,机械能保持不变D.卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小高考真题聚焦BD[解析]由GMmr2=mv2r可得v=GMr,轨道半径变小,则运行的速度变大,卫星的动能增大,A错误;轨道半径变小,地球引力做正功,引力势能减小,B正确;由于气体阻力做负功,产生热量,故机械能减小,C错误;由动能定理,动能增大,则克服气体阻力做的功小于引力做的功,而引力做功等于引力势能的减小,故克服气体阻力做的功小于引力势能的减小,D正确.第5讲能量转化与守恒高考真题聚焦【考题定位】►难度等级:中等►出题角度:本题考查了力做功、功能关系的理解应用,要求考生能准确选用功能关系(合力做功与动能、引力做功与势能、摩擦力做功与机械能等)的规律分析.第5讲能量转化与守恒高考真题聚焦2.[2013·全国卷](双选)如图251所示,一固定斜面倾角为30°,一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度,沿斜面向上做匀减速运动,加速度的大小等于重力加速度的大小g.若物块上升的最大高度为H,则此过程中,物块的()A.动能损失了2mgHB.动能损失了mgHC.机械能损失了mgHD.机械能损失了12mgH图251第5讲能量转化与守恒高考真题聚焦AC[解析]因为加速度大小等于g,故合外力F=mg,根据动能定理,动能损失等于克服合外力做的功,即ΔEk=FL=mgHsin30°=2mgH,A正确,B错误;此过程中,重力势能增加了ΔEp=mgH,故机械能损失了ΔE=ΔEk-ΔEp=mgH,C正确,D错误.第5讲能量转化与守恒高考真题聚焦【考题定位】►难度等级:中等►出题角度:本题考查了牛顿第二定律、动能定理和功能关系等,要求学生应用能量观点研究物理问题.第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究考点一机械能守恒定律的应用应用机械能守恒定律处理实际问题时,必须要判断是否满足机械能守恒的条件.通常有两种方法:1.用做功来判断,看重力(或弹簧弹力)以外的其他力做功代数和是否为零;2.用能量转化来判断,看是否有机械能转化为其他形式的能.第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究例1如图252所示,是游乐场翻滚过山车示意图,斜面轨道AC,弯曲、水平轨道CDE和半径R=7.5m的竖直圆形轨道平滑连接.质量m=100kg的小车,从距水平面H=20m高处的A点静止释放,通过最低点C后沿圆形轨道运动一周后进入弯曲、水平轨道CDE.取重力加速度g=10m/s2,不计摩擦力和阻力.求:(1)若小车从A点静止释放到达圆形轨道最低点C时的速度大小;(2)小车在圆形轨道最高点B时轨道对小车的作用力;(3)为使小车通过圆形轨道的B点,相对于C点的水平面小车下落高度的范围.图252第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究(1)20m/s(2)333.3N(3)大于18.75m[解析](1)小车在下滑过程中机械能守恒,则mgH=12mv2解得v=2gH=20m/s.(2)设小车在圆形轨道最高点B时速度为vB,小车从A点到最高点B,由机械能守恒定律,有mgH=mg·2R+12mv2B在最高点B,有N+mg=mv2BR联立解得N=333.3N.第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究(3)设小车在圆形轨道最高点B恰不脱离的速度为v?B,小车从A到最高点B,由机械能守恒定律,有mgh=mg·2R+12mv′2B在最高点B,有mg=mv′2BR联立解得h=18.75m为使小车通过圆形轨道的B点,相对于C点的水平面小车下落高度应大于18.75m.[点评]本题结合竖直平面内圆周运动考查了机械能守恒问题,解题关键是根据问题合理选取研究的过程(找对应的两个状态或位置).第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究第5讲能量转化与守恒变式(双选)如图253所示,质量为m的小球套在倾斜放置的固定光滑杆上,一根轻质弹簧的一端悬挂于O点,另一端与小球相连,弹簧与杆在同一竖直平面内,将小球沿杆拉到与弹簧水平的位置由静止释放,小球沿杆下滑,当弹簧位于竖直位置时,小球速度恰好为零,此时小球下降的竖直高度为h.若全过程中弹簧始终处于伸长状态且处于弹性限度范围内,下列说法正确的是()A.弹簧与杆垂直时,小球速度最大B.弹簧与杆垂直时,小球的动能与重力势能之和最大C.小球下滑至最低点的过程中,弹簧的弹性势能增加量小于mghD.小球下滑至最低点的过程中,弹簧的弹性势能增加量等于mgh图253返回目录高频考点探究BD[解析]由小球、弹簧组成的系统机械能守恒,当弹簧与杆垂直时,弹簧的弹性势能最小,则小球的动能与重力势能之和最大,选项A错误,选项B正确;小球下滑至最低点的过程中,重力势能的减小量等于弹簧的弹性势能增加量,即等于mgh,选项C错误,选项D正确.第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究考点二能量守恒定律的应用应用能量守恒定律解题的基本思路:明确物理过程中各种形式的能量——动能、重力势能、弹性势能、电势能、内能等能量的变化情况,分别列出减少的能量和增加的能量的表达式,根据能量守恒定律解题.第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究例22013·海南卷一质量m=0.6kg的物体以v0=20m/s的初速度从倾角为30°的斜坡底端沿斜坡向上运动.当物体向上滑到某一位置时,其动能减少了ΔEk=18J,机械能减少了ΔE=3J,不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2,求:(1)物体向上运动时加速度的大小;(2)物体返回斜坡底端时的动能.第5讲能量转化与守恒返回目录第2讲力与直线运动高频考点探究(1)6m/s2(2)80J[解析](1)动能减少量的数值即为合外力做功的数值,即mgs·sin30°+fs=ΔEk机械能减少的数值即为克服摩擦力做功的数值,即fs=ΔE;两者相比可得:f=0.1mg=0.6N由牛顿第二定律得:-(mgsin30°+f)=ma,解得:a=-6m/s2(2)当动能减少为ΔEk=Ek0=12mv20=12×0.6×202J=120J时,机械能减少为ΔE=20J由能量守恒定律知:物体返回斜坡底端时的动能Ek=Ek0-2ΔE=80J.下面的变式考查了受力分析、功和功率的简单计算和能量守恒定律的应用.返回目录高频考点探究变式如图254所示,A、B、C三物块的质量均为m,B、C粘连在一起,将A、B两物块用劲度系数为k的轻质弹簧连接,此时A、B、C三物块均处于静止状态.现在物块A上施加竖直向上的拉力F,当物块C恰好要离开地面时物块A的速度大小为v,重力加速度为g,则()A.物块A的重力势能增加了2m2g2kB.弹簧的弹性势能不变C.拉力F所做的功大于3m2g2k+12mv2D.拉力F以及弹簧对A物块所做的功等于12mv2图254第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究C[解析]初状态A处于静止状态,弹簧压缩量x1=mgk,当C物块恰好要离开地面时,弹簧处于拉伸状态,拉伸量x2=2mgk,故物块A的重力势能增加量为Ep=mg(x1+x2)=3m2g2k,选项A错误;由于x2x1,故弹性势能增加,选项B错误;由功能关系可得:WF=Ep+12mv2+E弹3m2g2k+12mv2,选项C正确;由动能定理可得物块A动能增量等于拉力F、弹簧以及A物块的重力所做的功,选项D错误.第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究考点三功能关系的应用功是能量转化的量度,做功的过程就是能量转化的过程,常见功能关系的对比列表如下:功能量变化表达式合力做功等于动能的增加W合=Ek2-Ek1重力做功等于重力势能的减少WG=Ep1-Ep2弹力(弹簧类)做功等于弹性势能的减少W弹=Ep1-Ep2电场力做功等于电势能的减少W电=Ep1-Ep2第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究克服安培力做功等于产生的电能-W安=ΔE电重力和弹力之外的其他力做功等于机械能的增加W其=E2-E1系统克服一对滑动摩擦力或介质阻力做功等于系统内能的增加Q=-W=-Ffs相说明:表格中“增加”是末态量减初态量,“减少”是初态量减末态量.第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究例3如图255所示,固定的水平光滑金属导轨,间距为L,左端接有阻值为R的电阻,处在垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m的导体棒与固定弹簧相连,放在导轨上,导轨与导体棒的电阻均可忽略.初始时刻,弹簧恰处于自然长度,导体棒具有水平向右的初速度v0,沿导轨往复运动的过程中,导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触.图255第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究(1)求初始时刻导体棒受到的安培力.(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时,弹簧的弹性势能为Ep,则这一过程中安培力所做的功W和电阻R上产生的电热Q1分别为多少?(3)导体棒往复运动,最终将静止于何处?从导体棒开始运动直到最终静止的过程中,电阻R上产生的电热Q为多少?第5讲能量转化与守恒返回目录高频考点探究(1)B2L2vR,方向向左(2)12mv20-Ep(3)12mv20[解析]导体棒以初速度v0运动而产生感应电动势,回路中的感应电流使导体棒受到安培力的作用.安培力做功使系统的机械能减少,最终将机械能全部转化为电阻R上的电热.由平衡条件知,棒最终静止时,弹簧的弹
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