2021年高中物理（新教材）鲁科版必修第二册课件：第1章　习题课功能关系及其应用.pptx

1、习题课:功能关系及其应用 学习目标 思维导图 1.理解重力、弹 力、摩擦力和 合外力做功及 其能量变化的 关系。 2.能运用各种功 能关系解决问 题。 问题一 问题二 随堂检测 摩擦生热及产生内能的有关计算摩擦生热及产生内能的有关计算 情境导引 如图所示,在光滑的水平面上,有一质量为m0的长木块以一定的初 速度向右匀速运动,将质量为m的小铁块无初速度地轻放到长木块 右端,小铁块与长木块间的动摩擦因数为,当小铁块在长木块上相 对长木块滑动L时与长木块保持相对静止,此时长木块对地的位移 为l。 上述过程中:(1)小铁块和长木块的动能怎样变化?分别变化了多少? (2)系统的机械能和内能怎样变化?分别

2、变化了多少? 问题一 问题二 随堂检测 要点提示:(1)对小铁块,根据动能定理有mg(l-L)= mv2-0,其中(l-L) 为小铁块相对地面的位移,从上式可看出Ekm=mg(l-L),即小铁块 的动能增加了mg(l-L)。摩擦力对长木块做负功,根据功能关系,得 Ekm0=-mgl,即长木块的动能减少了mgl。 (2)系统机械能的减少量E=mgl-mg(l-L)=mgL。系统的总能量 是守恒的,损失的机械能转化成了内能,所以内能增加量为E内 =mgL。 1 2 问题一 问题二 随堂检测 知识点拨 摩擦生热问题 1.系统内一对静摩擦力对物体做功时,由于相对位移为零而没有内 能产生,只有物体间机械

3、能的转移。 2.作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积,在数 值上等于滑动过程产生的内能。即Q=F滑s相对,其中F滑必须是滑动 摩擦力,s相对必须是两个接触面的相对滑动距离(或相对路程)。 问题一 问题二 随堂检测 实例引导 例1(多选)如图所示,质量为m0、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(可视为质点)放在小车的最左端。现在一 水平恒力F作用在小物块上,使物块从静止开始做匀加速直线运动, 物块和小车之间的摩擦力为f。经过时间t,小车运动的位移为s,物 块刚好滑到小车的最右端( ) A.此时物块的动能为(F-f)(s+l) B.这一过程中,物块对小车所做的功为

4、f(s+l) C.这一过程中,物块和小车增加的机械能为Fs D.这一过程中,物块和小车产生的内能为fl 问题一 问题二 随堂检测 解析:对物块分析,物块的位移为s+l,根据动能定理得,(F-f)(s+l)=Ek- 0,所以物块到达小车最右端时具有的动能为(F-f)(s+l),故A正确;对 小车分析,小车的位移为s,所以物块对小车所做的功为fs,故B错误; 物块与小车增加的内能Q=fs相对=fl,故D正确;根据功能关系得,外力 F做的功转化为小车和物块的机械能和摩擦产生的内能,则有 F(l+s)=E+Q,则E=F(l+s)-fl,故C错误。故选AD。 答案:AD 规律方法 (1)公式W=Fsco

5、s 中s均指物体对地位移。 (2)两物体间滑动摩擦产生的内能Q=f s相对,s相对指两接触面间的相 对路程。 问题一 问题二 随堂检测 变式训练1电动机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的 小木块由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带之间的动摩擦因 数为,如图所示。传送带足够长,当小木块与传送带相对静止时。 求: (1)小木块的位移。 (2)传送带转过的路程。 (3)小木块获得的动能。 (4)摩擦过程中产生的内能。 问题一 问题二 随堂检测 解析:(1)由牛顿第二定律得 mg=ma,a=g 由公式 v=at 得 t= ,小木块的位移 s1= 2t= 2 2。 (2)传送带始终匀速运动,

6、路程 s2=vt= 2 。 (3)小木块获得的动能 Ek=1 2mv 2。 (4)小木块在和传送带达到共同速度的过程中,相对传送带移动的距 离 s相对=s2-s1= 2 2,产生的内能 Q=mg s 相对=1 2mv 2。 答案:(1) 2 2 (2) 2 (3)1 2mv 2 (4)1 2mv 2 问题一 问题二 随堂检测 对功、能关系的理解对功、能关系的理解 情境导引 高山滑雪起源于阿尔卑斯山地域,又称“阿尔卑斯滑雪”或“山地滑 雪”,是一项古老的滑雪运动。如图所示,运动员从高山上由静止滑 下,不计空气阻力。 (1)下滑中,运动员所受力的做功情况如何? (2)如何判断运动员重力势能、动能及

7、机械能的变化情况? 问题一 问题二 随堂检测 要点提示:(1)运动员受到重力、支持力及摩擦力的作用,其中重力 做正功,摩擦力做负功,支持力不做功。 (2)运动员重力势能的变化仅取决于重力做功,动能的变化取决于外 力做的总功,机械能的变化取决于除重力之外其他力做功。 问题一 问题二 随堂检测 知识点拨 1.功是能量转化的量度 不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是 各种形式的能量之间转化(或转移)的过程。且做了多少功,就有多 少能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的量度。 2.常见的几种功能关系 问题一 问题二 随堂检测 画龙点睛 功是力在空间上的积累,能量反映了物体对外

8、做功的本 领,功与能不可相互转化,但能量的转化(或转移)是通过做功来实现 的。 问题一 问题二 随堂检测 实例引导 例2如图所示,某段滑雪雪道倾角为30,总质量为m(包括雪具在内) 的滑雪运动员从距底端高为h处的雪道上由静止开始匀加速下滑, 加速度为 g。在他从静止向下滑到底端的过程中,下列说法正确 的是( ) A.运动员减少的重力势能全部转化为动能 1 3 B.运动员获得的动能为1 3mgh C.运动员克服摩擦力做功为2 3mgh D.下滑过程中系统减少的机械能为1 3mgh 问题一 问题二 随堂检测 解析:运动员的加速度1 3gEB QA=QB B.EA=EB QAQB C.EAEB QA

9、QB D.EAQB 解析:设斜面倾角为,底边长为b,则Wf=mgcos =mgb,即摩 擦力做功与斜面倾角无关,所以两物体的摩擦力做功相同,产生的 热量相同。由题图知A物体的重力做的功大于B物体的重力做的功, 再由动能定理知,EAEB。故选项A正确。 答案:A cos 问题一 问题二 随堂检测 3.(多选)如图所示,倾角为=30的粗糙斜面固定在地面上,长为l、 质量为m、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上,其上端与 斜面顶端平齐,用细线将物块与软绳连接,物块由静止释放后向下 运动,直到软绳刚好全部离开斜面(此时物 块未到达地面),在此过程中( ) A.物块的机械能逐渐增加 B.软绳重力势能

10、共减少了 mgl C.物块减少的重力势能等于软绳克服摩擦力所做的功 D.软绳减少的重力势能小于其增加的动能与克服摩擦力所做的功 之和 1 4 问题一 问题二 随堂检测 解析:以物块为研究对象。细线对物块做负功,物块机械能减少,选项 A 错误。 开始时软绳的重心在最高点下端1 2lsin30= 4处,物块由静止 释放后向下运动。 当软绳刚好全部离开斜面时,软绳重心在最高点下 端 2处,故软绳的重心下降了 1 4l。软绳重力势能共减少了 1 4mgl,所以选 项 B 正确。根据功能关系,细线对软绳做的功与软绳重力势能的减 少量之和等于其动能的增加与克服摩擦力所做的功之和,物块减少 的重力势能等于克

11、服细线拉力所做的功及其动能的增加,所以选项 D 正确,C 错误。 答案:BD 问题一 问题二 随堂检测 4.一质量m=0.6 kg的物体以v0=20 m/s的初速度从倾角=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Ek=18 J,机械能减少了E=3 J。(不计空气阻力,重力加速度g取 10 m/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。 问题一 问题二 随堂检测 解析:(1)设物体运动过程中所受的摩擦力为f,向上运动的加速度的 大小为a,由牛顿第二定律可知a= 设物体的动能减少Ek时,在斜坡上运动的距离为s,由功能关系可 知Ek=(mgsin +f)s,E=fs 联立上式,并代入数据可得a=6 m/s2。 (2)设物体沿斜坡向上运动的最大距离为sm,由运动学规律可得 sin+ sm=0 2 2 设物体返回斜坡底端时的动能为Ek,由动能定理得 Ek=(mgsin -f)sm 联立以上各式,并代入数据可得Ek=80 J。 答案:(1)6 m/s2 (2)80 J