2020版高考物理总复习 第五章 第3节 功能关系 能量守恒定律课件

第3节功能关系能量守恒定律基础过关考点研析素养提升基础过关紧扣教材·自主落实一、功能关系1.功是的量度,即做了多少功就有多少发生了转化.2.做功的过程一定伴随着,而且必须通过做功来实现.3.常见的功能关系基础知识能量转化能量能量的转化能量的转化功关系式变化关系合力做功W合=.做正功,增加,做负功,减少重力做功WG=.做正功,重力势能.做负功,重力势能.ΔEk动能动能-ΔEp减少增加弹簧弹力做功W弹=.做正功,弹性势能,做负功,弹性势能.电场力做功W电=.做正功,减少做负功,增加除重力(或系统内弹力)外其他力做功W其他=.引起系统变化克服滑动摩擦力做功与内能的关系W克=f·x相对=ΔE内引起系统内能变化,产生(x相对表示相对路程)-ΔEp减少增加-ΔEp电势能电势能ΔE机机械能热量自主探究如图所示,质量为m的物体在力F的作用下沿竖直方向由静止从地面匀加速运动到离地h高处,试分别确定在此过程中各力做的功与能量变化的关系.答案:力F做正功,使物体机械能增加,且做多少功机械能就增加多少;重力做负功,使物体重力势能增加,且做多少负功,重力势能就增加多少.力F与重力G做的总功使物体动能增加,总功为正,物体动能增加,且总功为多少,动能就增加多少.二、能量守恒定律1.内容:能量既不会凭空,也不会凭空消失,它只能从一种形式为另一种形式,或者从一个物体到另一个物体,在的过程中,能量的总量.2.表达式(1)E初=E末,初状态各种能量的等于末状态各种能量的.(2)ΔE增=ΔE减,增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量.产生转化转移转化和转移保持不变总和总和过关巧练1.思考判断(1)力对物体做了多少功,物体就有多少能.()×(2)一个力对物体做了正功,物体动能一定增加.()(3)滑动摩擦力做功时,一定会引起机械能的转化.()(4)一个物体的重力做了多少负功,物体的重力势能一定增加多少.()(5)功可以变为能,能可以变为功.()×√√×2.(多选)下列对能量守恒定律的认识,正确的是()A.某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加C.散失到周围环境中的内能还能回收重新利用D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了AB解析:由能量守恒定律可知,能量既不会消灭,也不会创生,能量只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,选项A,B正确,D错误;散失到周围环境中的内能不能回收重新利用,选项C错误.3.(2019·湖南长沙模拟)(多选)一人用力把质量为m的物体由静止竖直向上匀加速提升h,速度增加为v,则对此过程,下列说法正确的是()ABA.人对物体所做的功等于物体机械能的增量B.物体所受合外力所做的功为12mv2C.人对物体所做的功为mghD.人对物体所做的功为12mv2解析:由功能关系可知,人对物体所做的功等于物体机械能的增量,为mgh+12mv2,选项A正确,C,D错误;由动能定理可知,物体所受合外力所做的功为12mv2,选项B正确.考点研析核心探究·重难突破考点一功能关系的理解与应用1.对功能关系的理解(1)做功的过程就是能量转化的过程,不同形式的能量发生相互转化是通过做功来实现的.(2)功是能量转化的量度,功和能的关系,一是体现在不同的力做功,对应不同形式的能转化,具有一一对应关系,二是做功的多少与能量转化的多少在数值上相等.2.应用功能关系解决问题注意点(1)解决功能关系问题时,应通过分析明确有哪些力做功、做正功还是做负功,根据功能之间的对应关系,判定能量之间的转化情况.(2)根据功能之间的转化情况,可确认什么力做功,方便计算变力做功的多少.【典例1】(2019·内蒙古巴彦淖尔一中月考)(多选)如图所示,粗糙斜面上的轻质弹簧一端固定,另一端与小物块相连,弹簧处于自然长度时物块位于O点.现将物块拉到A点后由静止释放,物块运动到最低点B,图中B点未画出.下列说法正确的是()A.B点一定在O点左下方B.速度最大时,物块的位置可能在O点左下方C.从A到B的过程中,物块和弹簧的总机械能一定减小D.从A到B的过程中,物块减小的机械能一定等于它克服摩擦力做的功BC解析:弹簧处于自然长度时物块处于O点,所以在O点弹簧弹力为零,物体从A向B运动过程,受重力、支持力、弹簧的拉力和滑动摩擦力,由于不知道滑动摩擦力的具体大小,所以无法判断B点在O点的上方还是下方,故选项A错误;重力沿斜面向下的分力可能大于、等于、小于摩擦力,若mgsinθf,只有当弹力和重力沿斜面的分力等于摩擦力时,速度最大,此时弹簧处于伸长状态,所以速度最大时物块的位置在O点上方,同理,若mgsinθf,速度最大时物块的位置在O点下方,故选项B正确;从A到B的过程中,滑动摩擦力一直做负功,故物块和弹簧组成的系统机械能减小,故选项C正确;从A到B的过程中,物块减小的机械能等于克服弹力和摩擦力做的功之和,则物块减小的机械能大于它克服摩擦力做的功,故选项D错误.【针对训练】(2019·河北衡水中学模拟)(多选)如图(甲)所示,物体以一定初速度从倾角α=37°的斜面底端沿斜面向上运动,上升的最大高度为3.0m,选择斜面底端为参考平面,上升过程中,物体的机械能E随高度h的变化如图(乙)所示,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,下列说法正确的是()A.物体的质量m=1kgB.物体可能静止在斜面顶端C.物体回到斜面底端时的动能Ek=10JD.物体上升过程的加速度大小a=15m/s2AC解析:物体在最高点时的机械能等于重力势能,即mgh=30J,解得m=1kg,故A正确;物体上升到最高点的过程中,机械能减少20J,即克服摩擦力做功等于20J,有fs=ΔE,即fs=20J,而s=sin37h=30.6m=5m,则摩擦力f=4N,因为mgsin37°f,知物体不能静止在斜面的顶端,故B错误;上升过程克服摩擦力做功为20J,则整个过程克服摩擦力做功为40J,根据动能定理得Ek-Ek0=2Wf,解得回到斜面底端的动能Ek=Ek0+2Wf=50J+2×(-20)J=10J,故C正确;根据牛顿第二定律得mgsinα+f=ma,上升过程中的加速度大小a=10m/s2,故D错误.考点二摩擦力做功与能量的关系1.两种摩擦力做功的比较静摩擦力做功滑动摩擦力做功只有能量的转移,没有能量的转化既有能量的转移,又有能量的转化互为作用力和反作用力的一对静摩擦力所做功的代数和为零,即要么一正一负,要么都不做功互为作用力和反作用力的一对滑动摩擦力所做功的代数和为负值,即至少有一个力做负功2.求解相对滑动物体的能量问题的方法(1)正确分析物体的运动过程,做好受力分析.(2)利用运动学公式,结合牛顿第二定律分析物体的速度关系及位移关系.(3)求解摩擦生热问题时,由于滑动摩擦力与两物体间相对位移的乘积等于产生的内能,则ΔQ=Ffx相对.【典例2】如图所示,AB为半径R=0.8m的14光滑圆弧轨道,下端B恰与小车右端平滑对接.小车质量M=3kg,车长L=2.06m,车上表面距地面的高度h=0.2m,现有一质量m=1kg的滑块,由轨道顶端无初速度释放,滑到B端后冲上小车.已知地面光滑,滑块与小车上表面间的动摩擦因数μ=0.3,当车运动了t0=1.5s时,车被地面装置锁定(g=10m/s2).试求:(1)滑块到达B端时,轨道对它支持力的大小;(2)车被锁定时,车右端距轨道B端的距离;(3)从车开始运动到被锁定的过程中,滑块与车面间由于摩擦而产生的内能大小.解析:(1)由机械能守恒定律和牛顿第二定律得mgR=12m2Bv,FNB-mg=m2BvR则FNB=30N.〚思路探究〛(1)如何判断车运动1.5s时,滑块是否已相对车静止?答案:求出二者同速所用的时间,与1.5s进行分析比较.(2)如何求出因摩擦而产生的内能大小?答案:Q=μmgl相对.(2)设m滑上小车后经过时间t1与小车同速,共同速度大小为v对滑块有μmg=ma1,v=vB-a1t1对于小车μmg=Ma2,v=a2t1而vB=2gR=4m/s解得v=1m/s,t1=1s,因t1t0,故滑块与小车同速后,小车继续向左匀速行驶了0.5s,则小车右端距B端的距离为l车=2vt1+v(t0-t1).解得l车=1m.(3)滑块滑上小车共速过程中,l相对=2Bvvt1-2vt1,则Q=μmgl相对.代入数据解得Q=6J.答案:(1)30N(2)1m(3)6J对滑动摩擦力做功与能量间关系的反思(1)滑动摩擦力做多少功并非产生多少内能.(2)滑动摩擦力可能做正功,也可能做负功,做正功时摩擦力为动力,物体的机械能增加.反思总结A.摩擦力对物块做的功为12mv2B.传送带克服摩擦力做的功为12mv2C.系统摩擦生热为12mv2D.电动机多做的功为mv21.[传送带中的摩擦力做功问题](多选)如图所示,水平传送带由电动机带动,并始终保持以速度v匀速运动.现将质量为m的某物块无初速地放在传送带的左端,经过时间t物块保持与传送带相对静止.设物块与传送带间的动摩擦因数为μ,对于这一过程,下列说法正确的是()题组训练ACD解析:设物块与传送带之间的滑动摩擦力大小为Ff,在时间t内,物块的位移大小为x1,则x1=12vt,传送带的位移x2=vt=2x1,对物块,由动能定理得Wf=Ffx1=12mv2,选项A正确;传送带克服摩擦力做的功为Wf′=Ffx2=2Ffx1=mv2,选项B错误;系统摩擦生热为Q=Ffx相对=Ff(x2-x1)=Ffx1=12mv2,选项C正确;电动机多做的功应为传送带克服摩擦力做的功,即为mv2,选项D正确.2.[滑块—木板中的摩擦力做功问题](2018·河北衡水中学四调)(多选)如图所示,光滑水平面上放着足够长的木板B,木板B上放着木块A,A,B间的接触面粗糙,现在用一水平拉力F作用在A上,使其由静止开始运动,则下列说法正确的是()A.拉力F做的功等于A,B系统动能的增加量B.拉力F做的功大于A,B系统动能的增加量C.拉力F和B对A做的功之和小于A的动能的增加量D.A对B做的功等于B的动能的增加量BD解析:对整体分析可知,F做功转化为两个物体的动能及系统的内能,故F做的功一定大于A,B系统动能的增加量,故A错误,B正确;由动能定理可知,拉力F和B对A做的功之和等于A的动能的增加量,A对B做的功等于B的动能的增加量,选项C错误,D正确.考点三能量守恒定律的理解与应用1.对能量守恒定律的理解(1)转化:某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等.(2)转移:某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量相等.2.运用能量守恒定律解题的基本思路【典例3】如图所示,固定斜面的倾角θ=30°,物体A与斜面之间的动摩擦因数μ=32,轻弹簧下端固定在斜面底端,弹簧处于原长时上端位于C点,用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B,滑轮右侧绳子与斜面平行,A的质量为2m,B的质量为m,初始时物体A到C点的距离为L.现给A,B一初速度v0gL,使A开始沿斜面向下运动,B向上运动,物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点.已知重力加速度为g,不计空气阻力,整个过程中轻绳始终处于伸直状态,求:〚审题指导〛题干关键获取信息用一根不可伸长的轻绳连接物体A和B物体运动时,A,B的速率相等弹簧压缩到最短弹簧弹性势能最大,A,B速度为零恰好能弹到C点弹性势能为零,A,B速度为零(1)物体A向下运动刚到C点时的速度;(2)弹簧的最大弹性势能.解析:(1)A与斜面间的滑动摩擦力Ff=2μmgcosθ物体A从初始位置向下运动到C点的过程中,根据能量守恒定律有2mgLsinθ+12×3m20v=12×3mv2+mgL+FfL解得v=20vgL.(2)从物体A接触弹簧到将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点的整个过程中,对A,B组成的系统有Ff·2x=12×3mv2解得x=202vg-2L弹簧从压缩到最短到恰好能弹到C点的过程中,对A,B组成的系统有Ep