2020版高考物理总复习 5 第4讲 功能关系能量守恒定律课件 新人教版

必考部分第五章机械能及其守恒定律第4讲功能关系能量守恒定律基础·全面落实考点·深度研析素能·专项突破真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、功能关系1．是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量发生了转化，而且能的转化必通过来实现。2．几种常见力的功与能量转化的关系(1)重力做功：和其他能相互转化。(2)弹簧弹力做功：和其他能相互转化。(3)滑动摩擦力做功：机械能转化为。(4)电场力做功：与其他能相互转化。(5)安培力做功：和机械能相互转化。功做功重力势能弹性势能内能电势能电能二、能量守恒定律1．内容能量既不会消灭，也不会创生，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，而在转化和转移的过程中，能量的总量。2．应用能量守恒的两条基本思路(1)某种形式的能减少，一定存在另一种形式的能，且减少量和增加量。(2)某个物体的能量减少，一定存在另一个物体的能量，且减少量和增加量。转化转移保持不变增加相等增加相等(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．做功过程一定有能量的转化。()2．力对物体做多少功，物体就有多少能量。()3．力对物体做功，物体的总能量一定增加。()4．能量在转化和转移的过程中，总量会不断减少。()5．滑动摩擦力做功时，一定会引起能量的转化。()×√√××1．(对功能关系的理解)(多选)对于功和能，下列说法正确的是()A．功和能的单位相同，它们的概念也相同B．做功的过程就是物体能量转化的过程C．做了多少功，就有多少能量发生了转化D．各种不同形式的能可以互相转化，且在转化的过程中，能的总量是守恒的BCD2．(功能关系的应用)(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，重力加速度为g，则对此过程，下列说法正确的是()A．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，A项正确，C、D两项错误；由动能定理可知，物体所受合外力所做的功为12mv2，B项正确。答案AB3．(能的转化和守恒定律)如图所示，一质量均匀的不可伸长的绳索重为G，A、B两端固定在天花板上，现在最低点C施加一竖直向下的力将绳索拉至D点，在此过程中绳索AB的重心位置将()A．逐渐升高B．逐渐降低C．先降低后升高D．始终不变解析由题意知外力对绳索做正功，机械能增加，重心升高，A项正确。答案A考点·深度研析核心考点分层突破考点1功能关系的理解和应用考|点|速|通力学中常见的功能关系典|例|微|探【例1】质量为m的物体，在距地面h高处以13g(重力加速度为g)的加速度由静止竖直下落到地面，下列说法正确的是()A．物体重力势能减少23mghB．重力对物体做功13mghC．物体的机械能减少23mghD．物体的动能增加23mgh解析重力做功引起重力势能的变化，WG＝mgh＝ΔEp，物体重力做功mgh，重力势能减少了mgh，A、B两项错误；合外力做功引起动能的变化，W合＝mg3h＝ΔEk，动能增加了13mgh，D项错误；动能和重力势能之和等于机械能，重力势能减少了mgh，动能增加了13mgh，故机械能减少了23mgh，C项正确。答案C力对物体做功会引起能量形式的转化，并可用做功的多少去度量能量转化的多少，所以找准某个力做功与对应能量转化的关系是解决问题的关键。功能关系选用的原则：1．若只涉及动能的变化用动能定理分析。2．若只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能的变化关系分析。3．若只涉及机械能变化用除重力和弹簧弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析。4．若只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析。题|组|冲|关1.如图所示，物体A的质量为m，置于水平地面上，A的上端连一轻弹簧，原长为L，劲度系数为k。现将弹簧上端B缓慢地竖直向上提起，使B点上移距离为L，此时物体A也恰好离开地面，重力加速度为g，则下列说法中正确的是()A．提弹簧的力对系统做功为mgLB．物体A的重力势能增加mgLC．系统增加的机械能小于mgLD．以上说法都不正确解析由于将弹簧上端B缓慢地竖直向上提起，可知提弹簧的力是不断增大的，最后大小等于A物体的重力，因此提弹簧的力对系统做功应小于mgL，A项错误；系统增加的机械能等于提弹簧的力对系统做的功，C项正确，D项错误；由于弹簧的伸长，物体升高的高度小于L，B项错误。答案C2.(多选)如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连，弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑，经过B处的速度最大，到达C处的速度为零，AC＝h。圆环在C处获得一竖直向上的速度v，恰好能回到A。弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g，则圆环()A．下滑过程中，加速度一直减小B．下滑过程中，克服摩擦力做的功为14mv2C．在C处，弹簧的弹性势能为14mv2－mghD．上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度解析圆环向下运动的过程，在B点速度最大，说明向下先加速后减速，加速度先向下减小，后向上增大，A项错误；下滑过程和上滑过程克服摩擦做功相同，因此下滑过程Wf＋Ep＝mgh，上滑过程Wf＋mgh＝12mv2＋Ep，因此克服摩擦做功Wf＝14mv2，B项正确；在C处：Ep＝mgh－Wf＝mgh－14mv2，C项错误；下滑从A到B，12mv2B1＋E′p＋W′f＝mgh′，上滑从B到A，12mv2B2＋E′p＝mgh′＋W′f，得12mv2B2－12mv2B1＝2W′f，可见vB2＞vB1，D项正确。答案BD考点2摩擦力做功与能量的关系考|点|速|通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，即要么一正一负，要么都做负功，要么一负一不做功；代数和为负值说明机械能有损失——转化为内能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)然后根据功的公式和功能关系解题。典|例|微|探【例2】如图所示，一张薄纸板放在光滑水平面上，其右端放有小木块，小木块与薄纸板的接触面粗糙，原来系统静止。现用水平恒力F向右拉薄纸板，小木块在薄纸板上发生相对滑动，直到从薄纸板上掉下来。上述过程中有关功和能的说法正确的是()A．拉力F做的功等于薄纸板和小木块动能的增加量B．摩擦力对小木块做的功一定等于系统中由摩擦产生的热量C．离开薄纸板前小木块可能先做加速运动，后做匀速运动D．小木块动能的增加量可能小于系统中由摩擦产生的热量解析由功能关系，拉力F做的功等于薄纸板和小木块动能的增加量与系统产生的内能之和，A项错误；摩擦力对小木块做的功等于小木块动能的增加量，B项错误；离开薄纸板前小木块一直在做匀加速运动，C项错误；对于系统，由摩擦产生的热量Q＝fΔL，其中ΔL为小木块相对薄纸板运动的位移，即薄纸板的长度，对小木块，fL木＝ΔEk，L木为小木块相对地面的位移，由于L木存在大于、等于或小于ΔL三种可能，即ΔEk存在大于、等于或小于Q三种可能，D项正确。答案D对滑块和木板分别运用动能定理，或者对系统运用能量守恒定律。如图所示，要注意区分三个位移：1．求摩擦力对滑块做功时用滑块对地的位移x滑。2．求摩擦力对木板做功时用木板对地的位移x板。3．求摩擦生热时用相对滑动的位移x相。题|组|冲|关1.(多选)如图所示，质量为M、长为L的木板置于光滑的水平面上，一质量为m的滑块放置在木板左端，滑块与木板间滑动摩擦力大小为f，用水平的恒定拉力F作用于滑块。当滑块运动到木板右端时，木板在地面上移动的距离为x，滑块速度为v1，木板速度为v2，下列结论正确的是()A．上述过程中，F做功大小为12mv21＋12Mv22B．其他条件不变的情况下，M越大，x越小C．其他条件不变的情况下，F越大，滑块到达右端所用时间越长D．其他条件不变的情况下，f越大，滑块与木板间产生的热量越多解析由功能原理可知，上述过程中，F做功大小为二者动能与产生的热量之和，A项错误；其他条件不变的情况下，M越大，M的加速度越小，x越小，B项正确；其他条件不变的情况下，F越大，滑块的加速度越大，滑块到达右端所用时间越短，C项错误；其他条件不变的情况下，滑块与木板间产生的热量等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，f越大，滑块与木板间产生的热量越多，D项正确。答案BD2.如图所示，在光滑水平台面上静置一质量mA＝0.9kg的长木板A，A的右端用轻绳绕过光滑的轻质定滑轮与质量mC＝0.9kg的物体C拴接。当C从静止开始运动至下落高度为h＝0.4m时，在木板A的最右端轻放一质量为mB＝3.6kg的小铁块B(可视为质点)，A、B间的动摩擦因数μ＝0.25，最终B恰好未从木板A滑落，g取10m/s2，求：(1)刚放铁块B时，A的速度大小v0；(2)木板A的长度L；(3)若当B轻放在木板A的最右端的同时，加一水平向右的恒力，其他条件不变，在保证B能滑离木板A的条件下，则A、B间因摩擦而产生热量的最大值Qm。解析(1)以A与C组成的系统为研究对象，C下降的过程中，拉着A一起运动，只有重力做功，则mCgh＝12(mA＋mC)v20，代入数据解得v0＝2m/s。(2)将B放在A上后，B受到摩擦力的作用，A与B之间的摩擦力为f＝μmBg＝0.25×3.6×10N＝9N。C受到的重力GC＝mCg＝0.9×10N＝9N，设此时A与C仍然一起做加速运动，则(mA＋mC)a＝mCg－f＝9N－9N＝0。所以将B放在A上后，A与C一起做匀速直线运动，B做匀加速直线运动，加速度aB＝fmB＝93.6m/s2＝2.5m/s2，B与A达到共同速度需要的时间t＝v0aB＝22.5s＝0.8s。此过程中A的位移x1＝v0t＝2×0.8m＝1.6m，B的位移x2＝12aBt2＝12×2.5×0.82m＝0.8m。由于最后B恰好未从木板A滑落，所以A的长度等于A与B的位移差，即L＝x1－x2＝1.6m－0.8m＝0.8m。(3)在保证B能滑离木板A的条件下，A与B的相对位移始终等于A的长度，与运动的时间无关，所以A、B间因摩擦产生热量的最大值Qm＝fL＝9×0.8J＝7.2J。答案(1)2m/s(2)0.8m(3)7.2J考点3传送带模型中的功能关系考|点|速|通传送带模型问题的分析流程典|例|微|探【例3】(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的某物块由静止放在传送带上的左端，过一会儿物块能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()A．摩擦力对物块做的功为0.5mv2B．物块对传送带做功为0.5mv2C．系统摩擦生热为0.5mv2D．电动机多做的功为mv2解析对物块运用动能定理，摩擦力做的功等于物块动能的增加，即0.5mv2，故A项正确；传送带的位移是物块位移的两倍，所以物块对传送带做功的绝对值是摩擦力对物块做功的两倍，即为mv2，故B项错误；电动机多做的功就是传送带克服摩擦力做的功，也为mv2，故D项正确；系统摩擦生热等于摩擦力与相对位移的乘积，故C项正确。答案ACD1．传送带做的功：W传＝Fx，其中F为传送带的动力，x为传送带转过的距离。2．产生的内能：ΔQ＝fx相对，其中x相对为相互摩擦时物体与传送带间的相对位移，若物体在传送带上做往复运动，则x相对为总的相对路程。3．功能关系：W传＝ΔEk＋ΔEp＋ΔQ。题|组|冲|关1．如图所示，足够长的水平传送带以稳定的速度v0匀速向右运动，某时刻在其左端无初速地放上一个质量为m的物体，经一段时间，物体的速度达到v02，这个过程因物体与传送带间的摩擦而产生的热量为Q1，物体继续加速，再经一段时间速度增加到v0，这个