2019版高考物理大一輪復習 專題五 機械能 第4講 功能關(guān)系 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律課件.ppt

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第4講功能關(guān)系 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 一 功和能的關(guān)系1 內(nèi)容 1 功是 的量度 即做了多少功就有多少 發(fā)生了轉(zhuǎn)化 能量轉(zhuǎn)化 能量 2 做功的過程一定伴隨著 而且 必須通過做功來實現(xiàn) 能量的轉(zhuǎn)化 能量的轉(zhuǎn)化 2 做功對應變化的能量形式 動能 1 合外力的功影響物體的 的變化 2 重力的功影響物體 的變化 3 彈簧彈力的功影響 的變化 重力勢能彈性勢能 4 除重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的力做功影響物體 的變化 機械能 系統(tǒng)內(nèi)能 電勢能 5 滑動摩擦力的功影響 的變化 6 電場力的功影響 的變化 7 分子力的功影響 的變化 分子勢能 基礎(chǔ)檢測 1 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 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 轉(zhuǎn)移 不變 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 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 相互轉(zhuǎn)化 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(chǔ)檢測 2 足夠長的傳送帶以速度v勻速傳動 一質(zhì)量為m的小物體A由靜止輕放于傳送帶上 若小物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為 如圖5 4 2所示 當物體與傳送帶相對靜止時 轉(zhuǎn) 化為內(nèi)能的能量為 圖5 4 2 考點1 功能關(guān)系的理解及應用 重點歸納幾種常見的功能關(guān)系及其表達式 續(xù)表 考題題組 1 如圖5 4 3所示 木板質(zhì)量為M 長度為L 小木塊質(zhì)量為m 水平地面光滑 一根不計質(zhì)量的輕繩通過定滑輪分別與M和m連接 小木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為 開始時木塊靜止在木板左端 現(xiàn)用水平向右的拉力F將m拉至右端 則拉 力F做功至少為 圖5 4 3 答案 B 2 多選 如圖5 4 4所示 在傾角為 的固定光滑斜面上有兩個用輕彈簧相連接的物塊A B 它們的質(zhì)量分別為m1 m2 彈簧勁度系數(shù)為k C為一固定擋板 系統(tǒng)處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)用一平行于斜面向上的恒力F拉物塊A使之向上運動 當物塊B 剛要離開擋板C時 物塊A運動的距離為d 速度為v 則 圖5 4 4 考點2摩擦力做功與能量的關(guān)系 重點歸納 1 兩種摩擦力做功的比較 2 求解相對滑動物體的能量問題的方法 1 正確分析物體的運動過程 做好受力分析 2 利用運動學公式 結(jié)合牛頓第二定律分析物體的速度關(guān) 系及位移關(guān)系 3 公式W Ff l相對中l(wèi)相對為兩接觸物體間的相對位移 若物體在傳送帶上做往復運動時 則l相對為總的相對路程 考題題組 3 如圖5 4 5所示 質(zhì)量為M 長度為L的小車靜止在光滑的水平面上 質(zhì)量為m的小物塊放在小車的最左端 現(xiàn)用一水平力F作用在小物塊上 小物塊與小車之間的摩擦力為Ff 經(jīng)過一段時間小車運動的位移為x 小物塊剛好滑到小車的右 端 則下列說法正確的是 圖5 4 5 A 此時小物塊的動能為F x L B 此時小車的動能為Ffx C 這一過程中 小物塊和小車增加的機械能為Fx FfLD 這一過程中 因摩擦而產(chǎn)生的熱量為Ff L x 答案 B 4 2016年新課標 卷 輕質(zhì)彈簧原長為2l 將彈簧豎直放置在地面上 在其頂端將一質(zhì)量為5m的物體由靜止釋放 當彈簧被壓縮到最短時 彈簧長度為l 現(xiàn)將該彈簧水平放置 一端固定在A點 另一端與物塊P接觸但不連接 AB是長度為5l的水平軌道 B端與半徑為l的光滑半圓軌道BCD相切 半圓的直徑BD豎直 如圖5 4 6所示 物塊P與AB間的動摩擦因數(shù) 0 5 用外力推動物塊P 將彈簧壓縮至長度l 然后放開P開始沿軌道運動 重力加速度大小為g 1 若P的質(zhì)量為m 求P到達B點時速度的大小 以及它離開圓軌道后落回到AB上的位置與B點之間的距離 2 若P能滑上圓軌道 且仍能沿圓軌道滑下 求P的質(zhì)量 的取值范圍 圖5 4 6 解 1 依題意 當彈簧豎直放置 長度被壓縮至l時 質(zhì)量為5m的物體的動能為零 其重力勢能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能 由機械能守恒定律知 彈簧長度為l時的彈性勢能為 考點3 能量守恒定律的理解及應用 重點歸納1 對能量守恒定律的兩點理解 1 某種形式的能量減少 一定存在其他形式的能量增加 且減少量和增加量一定相等 2 某個物體的能量減少 一定存在其他物體的能量增加 且減少量和增加量一定相等 2 能量轉(zhuǎn)化問題的解題思路 1 當涉及摩擦力做功 機械能不守恒時 一般應用能的轉(zhuǎn) 化和守恒定律 2 解題時 首先確定初末狀態(tài) 然后分析狀態(tài)變化過程中哪種形式的能量減少 哪種形式的能量增加 求出減少的能量總和 E減與增加的能量總和 E增 最后由 E減 E增列式求解 3 涉及彈簧的能量問題 兩個或兩個以上的物體與彈簧組成的系統(tǒng)相互作用的過 程 具有以下特點 1 能量轉(zhuǎn)化方面 如果只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈簧彈力做功 系統(tǒng)機械能守恒 2 如果系統(tǒng)內(nèi)每個物體除彈簧彈力外所受合力為零 則當 彈簧伸長或壓縮到最大程度時兩物體速度相同 考題題組 5 多選 如圖5 4 7所示 水平桌面上的輕質(zhì)彈簧一端固定 另一端與小物塊相連 彈簧處于自然長度時物塊位于O點 圖中未標出 物塊的質(zhì)量為m AB a 物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為 現(xiàn)用水平向右的力將物塊從O點拉至A點 拉力做的功為W 撤去拉力后物塊由靜止向左運動 經(jīng)O點到達B 點時速度為零 重力加速度為g 則上述過程中 圖5 4 7 6 如圖5 4 8甲所示 在傾角為37 足夠長的粗糙斜面底端 一質(zhì)量m 1kg的滑塊壓縮著一輕彈簧且鎖定 但它們并不相連 滑塊可視為質(zhì)點 t 0時解除鎖定 計算機通過傳感器描繪出滑塊的v t圖象如圖乙所示 其中Oab段為曲線 bc段為直線 在t1 0 1s時滑塊已上滑s 0 2m的距離 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 滑塊離開彈簧后在圖中bc段對應的加速度a及動摩擦因數(shù) 的大小 2 t2 0 3s和t3 0 4s時滑塊的速度v1 v2的大小 3 彈簧鎖定時具有的彈性勢能Ep 甲 乙 圖5 4 8 模型 用功能關(guān)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(shè)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(guān)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 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 1 物體從A運動到B共需多少時間 2 電動機因傳送該物體多消耗的電能 圖5 4 9 備考策略 傳送帶模型問題的分析流程 觸類旁通 多選 如圖5 4 10所示 水平傳送帶由電動機帶動 并始終保持以速度v勻速運動 現(xiàn)將質(zhì)量為m的某物塊無初速地放在傳送帶的左端 經(jīng)過時間t物塊保持與傳送帶相對靜止 設(shè)物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為 對于這一過程 下列說法正 確的是 圖5 4 10