高考物理一轮课件第5章第4单元功能关系能量守恒定律.ppt

1、第四单元第四单元 功能关系能量守恒定律功能关系能量守恒定律核心考点导学 师说：能量守恒定律是物理中三大守恒定律之一，既适用于宏观世界也适用于微观世界，而功又是能量转化的量度，所有涉及能量转化的题目都可用功能关系来求解因此，有关功能关系的命题范围广阔，既可以与力学联系，也能与电学、磁学等其他物理知识相联系，凡是能用机械能守恒定律和动能定理解决的问题，都可以用功能关系解决，特别是对于一些涉及多种能量转化的过程，应用功能关系和能量守恒定律更能显示其优越性.1内容(1)功是 的量度，即做了多少功，就有多少能量发生了转化(2)做功的过程一定伴随有能量的转化，而且能量的转化必须通过做功来实现能量转化能量转

2、化 2几种常见的功能关系表达式(1)合外力做功等于物体动能的改变，即.(动能定理)(2)重力做功等于物体重力势能的减少，即.(3)弹簧弹力做功等于弹性势能的减少，即.W合合Ek2Ek1EkWGEp1Ep2EpW弹弹Ep1Ep2Ep(4)除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功，等于物体机械能的改变，即.(功能原理)(5)电场力做功等于电荷电势能的减少，即.W其他力其他力E2E1EW电电Ep1Ep2Ep 摩擦力做功的特点 类别类别比较比较静摩擦力静摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力不不同同点点能量能量的转的转化方化方面面在静摩擦力做功的过程在静摩擦力做功的过程中，只有机械能从一个中，只有机械能从一个物体

3、转移到另一个物体物体转移到另一个物体(静摩擦力起着传递机静摩擦力起着传递机械能的作用械能的作用)而没有机而没有机械能转化为其他形式的械能转化为其他形式的能量能量1.相互摩擦的物体通过相互摩擦的物体通过摩擦力做功，将部分机摩擦力做功，将部分机械能从一个物体转移到械能从一个物体转移到另一个物体另一个物体2.部分机械能转化为内部分机械能转化为内能，此部分能量就是系能，此部分能量就是系统机械能的损失量统机械能的损失量类别类别比较比较静摩擦力静摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力不不同同点点一对摩一对摩擦力做擦力做功方面功方面一对静摩擦力所一对静摩擦力所做功的代数总和做功的代数总和等于零，即对系等于零，即对系统不

4、做功统不做功一对相互作用的滑动摩一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的擦力对物体系统所做的总功总为负值，系统损总功总为负值，系统损失的机械能转变成内能失的机械能转变成内能相相同同点点正功、正功、负功、负功、不做功不做功方面方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功可以不做功 利用QFfL相对进行热量Q的计算时，关键是对相对路程L相对的理解例如：如果两物体同向运动，L相对为两物体对地位移大小之差；如果两物体反向运动，L相对为两物体对地位移大小之和；如果一个物体相对另一个物体往复运动，则L相对为两物体相对滑行路径的总长度 1已知货物的质量为m，在某段时

5、间内起重机将货物以a的加速度加速升高h，则在这段时间内叙述正确的是(重力加速度为g)()A货物的动能一定增加mahmgh B货物的机械能一定增加mah C货物的重力势能一定增加mah D货物的机械能一定增加mahmgh 解析：逐项分析如下 答案：D选项选项 诊断诊断 结论结论A由动能定理，货物动能的增量等于货物合外由动能定理，货物动能的增量等于货物合外力做的功力做的功mahB由功能关系，货物机械能的增量等于除重力由功能关系，货物机械能的增量等于除重力以外的力做的功而不等于合外力做的功以外的力做的功而不等于合外力做的功C由功能关系，重力势能的增量对应货物重力由功能关系，重力势能的增量对应货物重力

6、做的负功大小做的负功大小mghD由功能关系，货物机械能的增量为起重机拉由功能关系，货物机械能的增量为起重机拉力做的功力做的功m(ga)h 1内容 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量 保持不变保持不变 2表达式.3对定律的理解(1)某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等；(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等 这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本思路E减减E增增 1搞清力对“谁”做功：对“谁”做功就对应“谁”的位移，引起“谁”的能量

7、变化 如子弹物块模型中，摩擦力对子弹的功必须用子弹的位移去求解，这个功引起子弹动能的变化 2搞清不同的力做功对应不同形式的能的改变不同的力不同的力做功做功对应不同形对应不同形式能的变化式能的变化定量的关系定量的关系合外力的功合外力的功(所有外力的所有外力的功功)动能变化动能变化合外力对物体做功等于物体动合外力对物体做功等于物体动能的增量能的增量W合合Ek2Ek1重力的功重力的功重力势能重力势能变化变化重力做正功，重力势能减少；重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加重力做负功，重力势能增加WGEpEp1Ep2弹簧弹弹簧弹力的功力的功弹性势能弹性势能变化变化弹力做正功，弹性势能减少；弹

8、力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加弹力做负功，弹性势能增加W弹弹EpEp1Ep2不同的力做功不同的力做功对应不同形式对应不同形式能的变化能的变化定量的关系定量的关系只有重力、弹簧只有重力、弹簧弹力的功弹力的功不引起机械能不引起机械能变化变化机械能守恒机械能守恒E0除重力和弹力之除重力和弹力之外的力做的功外的力做的功机械能变化机械能变化除重力和弹力之外的力做多少正功，除重力和弹力之外的力做多少正功，物体的机械能就增加多少；除重力和物体的机械能就增加多少；除重力和弹力之外的力做多少负功，物体的机弹力之外的力做多少负功，物体的机械能就减少多少械能就减少多少W除除G、弹力外、弹力外E电场

9、力的功电场力的功电势能变化电势能变化电场力做正功，电势能减少；电场力电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加做负功，电势能增加W电电Ep一对滑动摩擦力一对滑动摩擦力的总功的总功内能变化内能变化作用于系统的一对滑动摩擦力一定做作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加负功，系统内能增加QFfl相对相对 方法突破应用能量守恒定律解题的步骤(1)分清有多少形式的能如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等在变化；(2)明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，并且列出减少的能量E减和增加的能量E增的表达式；(3)列出能量守恒关系式：E减E增 1应用能量守恒定律解决有关

10、问题，要分析所有参与变化的能量 2高考考查该类问题，常综合平抛运动、圆周运动以及电磁学等知识考查判断、推理及综合分析能力 2如图所示，光滑坡道顶端距水平面高度为h，质量为m的小物块A从坡道顶端由静止滑下，进入水平面上的滑道时无机械能损失，为使A制动，将轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线M处的墙上，另一端恰位于坡道的底端O点已知在OM段，物块A与水平面间的动摩擦因数均为，其余各处的摩擦不计，重力加速度为g，求：(1)物块滑到O点时的速度大小；(2)弹簧为最大压缩量d时的弹性势能(设弹簧处于原长时弹性势能为零)；(3)若物块A能够被弹回到坡道上，则它能够上升的最大高度是多少？(3)物块A被弹回的过程

11、中，克服摩擦力所做的功仍为Wmgd 由能量守恒定律得Epmgdmgh 所以物块A能够上升的最大高度为hh2d.考向案例研究 例12012重庆理综，23如图所示为一种摆式摩擦因数测量仪，可测量轮胎与地面间动摩擦因数，其主要部件有：底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆摆锤的质量为m，细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动，摆锤重心到O点距离为L.测量时，测量仪固定于水平地面，将摆锤从与O等高的位置处静止释放摆锤到最低点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段距离s(sL)，之后继续摆至与竖直方向成角的最高位置若摆锤对地面的压力可视为大小为F的恒力，重力加速度为g，求(1)摆锤在上述过程中损失的机械能；

12、(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功；(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数(一)解读审题视角 解题时需弄清以下的问题：将摆锤从静止到与竖直方向成角的过程中损失的机械能等于初末位置的重力势能的损失；机械能损失的原因是重力以外的力对摆锤做功，即滑动摩擦力对摆锤做的功等于机械能的损失量；摆锤对地面的压力可视为恒力，则滑动摩擦力也是恒力，可以应用定义式WFlcos来研究(三)一语道破天机(1)合外力(包括重力)做功等于物体动能的改变量(2)与势能有关的力(重力、弹簧弹力、电场力)做功等于势能的改变量(四)同类跟踪训练 1如图所示，卷扬机的绳索通过定滑轮用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移

13、动在移动过程中，下列说法正确的是()AF对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和 BF对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和 C木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力势能 DF对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力做的功之和 答案CD(1)若弹簧的劲度系数为k，求轻杆开始移动时，弹簧的压缩量x；(2)求为使装置安全工作，允许该小车撞击的最大速度vm；(3)讨论在装置安全工作时，该小车弹回速度v和撞击速度v的关系(三)一语道破天机 滑动摩擦力既可以做正功，也可以做负功 滑动摩擦力做功可以生热Qfs相(四)同类跟踪训练 2如图所示，水平传送带AB的右端与竖直

14、面内的光滑半圆形轨道DC相接传送带的运行速度为v08 m/s，将质量m1.0 kg的滑块无初速地放到传送带A端已知传送带长度L12.0 m，竖直面内的光滑半圆形轨道的半径R0.8 m，滑块与传送带间的滑动摩擦因数为0.4，重力加速度g10 m/s2.试求：(1)滑块从传送带A端运动到B端所需的时间；(2)滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量；(3)滑块滑到轨道最高点C时对轨道的压力 例32012福建理综，21如图，用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一艘失去动力的小船沿直线拖向岸边已知拖动缆绳的电动机功率恒为P，小船的质量为m，小船受到的阻力大小恒为f，经过A点时的速度大小为v0，小船从A点沿直

15、线加速运动到B点经历时间为t1，A、B两点间距离为d，缆绳质量忽略不计求：(1)小船从A点运动到B点的全过程克服阻力做的功Wf；(2)小船经过B点时的速度大小v1；(3)小船经过B点时的加速度大小a.(三)一语道破天机 牵引力为变力，变力做功可运用动能定理方便地求出 能量转化的多少，常用做功来量度(四)同类跟踪训练 3如图所示，质量为M，长度为L的小车静止在光滑的水平面上，质量为m的小物块，放在小车的最左端，现用一水平力F作用在小物块上，小物块与小车之间的摩擦力为f，经过一段时间小车运动的位移为x，小物块刚好滑到小车的右端，则下列说法中正确的是()A此时物块的动能为F(xL)B此时小车的动能为

16、fx C这一过程中，物块和小车增加的机械能为FxfL D这一过程中，因摩擦而产生的热量为fL 解析对物块，所受四个力中水平力F和物块与小车间的滑动摩擦力做功，这两个力做功的位移都是(xL)，则由动能定理可知小物块的动能(等于增加的动能)EkEk(Ff)(xL)，A项错误；对小车，只有物块对小车的滑动摩擦力做正功，且Wfx，由动能定理可知B项正确；系统增加的机械能等于除重力和弹力外的其他力(包括内力和外力)做功的代数和，即EF(xL)fL，C项错误；这一过程中，因摩擦而产生的热量等于滑动摩擦力与相对路程的乘积，即QfL，D项正确 答案BD单元精彩视窗【选题典型秀】传送带上的动力学问题 示例如图所

17、示，传送带与地面的倾角37，从A端到B端的长度为16 m，传送带以v10 m/s的速度沿逆时针方向转动在传送带上端A处无初速度地放置一个质量为0.5 kg的物体，它与传送带之间的动摩擦因数为0.5，求物体从A端运动到B端所需的时间是多少？(sin370.6，cos370.8，g10 m/s2)命题探究本题主要考查传送带模型中的动力学问题，重在对传送带上的物体进行受力分析和过程分析【备考角度说】No.1角度：模型概述 传送带是应用较广泛的一种传动装置，与生产、生活实际紧密相连，所涉及的问题能很好地培养提升学生分析综合能力左面从两个角度对传送带模型进行分析 No.2角度：处理方法 解决此类问题的思

18、路：(1)明确研究对象(2)对研究对象进行受力分析、过程分析和状态分析，建立清晰的物理模型(3)利用牛顿运动定律和运动学规律列方程求解【选题典型秀】传送带上的功能关系问题 示例如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角30，皮带在电动机的带动下，始终保持v02 m/s的速率运行，现把一质量为m10 kg的工件(可看做质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间1.9 s，工件被传送到h1.5 m的高处，取g10 m/s2，求：(1)工件与传送带间的动摩擦因数；(2)电动机由于传送工件多消耗的电能 命题探究本题综合考查了动力学及能的转化和守恒定律的应用第一问重点在对运动过程分析的基础上的公式应用，第二问是考查能量守恒问题 No.2角度：处理方法 处理传送带问题要关注以下两点：(1)对物体受力分析时，要特别关注传送带给物体的摩擦力判断是静摩擦还是滑动摩擦以及摩擦力的方向(2)关注物体加速度的变化因物体所受摩擦力的变化导致物体所受合外力变化，进而加速度发生变化限时规范特训