高三物理功能关系能量守恒定律复习课件

1.已知货物的质量为m,在某段时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，下列叙述正确的是(重力加速度为g)()A.货物的动能一定增加mah-mghB.货物的机械能一定增加mahC.货物的重力势能一定增加mahD.货物的机械能一定增加mah+mgh【解析】选D.根据动能定理可知，货物动能的增加量等于货物合外力做的功mah，A错误；根据功能关系，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,B错误；由功能关系知,重力势能的增量对应货物重力做的负功的大小mgh,C错误；由功能关系,货物机械能的增量为起重机拉力做的功m(g+a)h,D正确.2.（2011·广州模拟）下列说法正确的是()A.随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生【解析】选C.第一类永动机违背了能量守恒定律，所以不可能制成，A错误；根据能量守恒定律，太阳照射到宇宙空间的能量也不会凭空消失，B错误；要让马儿跑，必须要给马儿吃草，否则就违背能量守恒定律，C正确;所谓“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般有一个摆锤，当人戴着手表活动时，摆锤不停地摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，D错.3.游乐场中的一种滑梯如图所示.小朋友从轨道顶端由静止开始下滑，沿水平轨道滑动了一段距离后停下来，则()A.下滑过程中支持力对小朋友做功B.下滑过程中小朋友的重力势能增加C.整个运动过程中小朋友的机械能守恒D.在水平面滑动过程中摩擦力对小朋友做负功【解析】选D.在滑动的过程中，小朋友受三个力，其中重力做正功，重力势能减少，故B错；支持力不做功，摩擦力做负功，所以机械能不守恒，A、C都错，D正确.4.如图所示，质量为m的小铁块A以水平速度v0冲上质量为M、长为l、置于光滑水平面C上的木板B，正好不从木板上掉下.已知A、B间的动摩擦因数为μ，此时长木板对地位移为s,求这一过程中：（1）木板增加的动能；（2）小铁块减少的动能；（3）系统机械能的减少量；（4）系统产生的热量.【解析】在此过程中摩擦力做功的情况：设A和B所受摩擦力分别为f、f′，且f=μmg，A在f的作用下减速，B在f′的作用下加速；当A滑动到B的右端时，A、B达到相同的速度v,就正好不掉下.（1）对B，根据动能定理有：①从上式可知ΔEkB=μmgs21mgsMv02·（2）滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据功能关系可知ΔEkA=-μmg(s+l)②所在,小铁块减少的动能是μmg(s+l)（3）系统机械能的减少量由①、②可知ΔE=μmgl（4）m、M相对位移为l，根据能量守恒Q=μmgl.答案：(1)μmgs(2)μmg(s+l)(3)μmgl(4)μmgl一、几种常见的功能关系及其表达式做功的过程就是能量转化的过程，但“功”并不是“能”，它仅是实现能量转化的途径.【例证1】（10分）(2011·杭州模拟)一物块放在如图所示的斜面上,用力F沿斜面向下拉物块，物块沿斜面运动了一段距离，若已知在此过程中，拉力F所做的功为A，斜面对物块的作用力所做的功为B，重力做的功为C，空气阻力做的功为D，其中A、B、C、D的绝对值分别为100J、30J、100J、20J，则（1）物块动能的增量为多少？（2）物块机械能的增量为多少？【解题指导】解答本题应把握以下三点：（1）所有外力对物块所做的总功等于物块动能的增量.（2）除重力以外的力对物块做的总功等于物块机械能的增量.（3）明确各个力所做功的正、负.【自主解答】（1）在物块下滑的过程中，拉力F做正功，斜面对物块有摩擦力，做负功，重力做正功，空气阻力做负功.根据动能定理，合外力对物块做的功等于物块动能的增量，则ΔEk=W合=A+B+C+D=100J+(-30J)+100J+(-20J)=150J(5分)（2）根据功能关系，除重力之外的其他力所做的功等于物块机械能的增量，则ΔE机=A+B+D=100J+(-30J)+(-20J)=50J(5分)答案:（1）150J（2）50J【规律方法】功能关系的选用技巧（1）在应用功能关系解决具体问题的过程中,若只涉及动能的变化用动能定理分析.（2）只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析.（3）只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析.（4）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.二、摩擦力做功的特点利用Q＝f·s相对进行热量Q的计算时，关键是对相对路程s相对的理解.例如：如果两物体同向运动，s相对为两物体对地位移大小之差；如果两物体反向运动，s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s相对为两物体相对滑行路径的总长度.【例证2】（12分）（2011·广州模拟）质量为M的长木板放在光滑的水平面上，一质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑到B点，在板上前进了L，而木板前进了l，如图所示，若滑块与木板间的动摩擦因数为μ，求：(1)摩擦力对滑块和木板做的功；(2)系统产生的热量.【解题指导】（1）本题中的L、l、L+l分别为滑块相对木板的位移、木板的对地位移、滑块的对地位移.（2）求功应用物体的对地位移，求热量应用物体间的相对位移.【自主解答】（1）滑块的对地位移为s1=L+l摩擦力对滑块做的功为：W1=－fs1=－μmg(L+l)（4分）木板的对地位移为s2=l摩擦力对木板做的功为：W2=fs2=μmgl（4分）(2)滑块相对木板的位移为Δs=L系统产生的热量Q=fΔs=μmgL（4分）答案：（1）－μmg(L+l)μmgl（2）μmgL三、对能量守恒定律的理解和应用1.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.即ΔE减=ΔE增.(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.即ΔEA减=ΔEB增.2.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ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式.(3)列出能量守恒关系式:ΔE减=ΔE增.应用能量守恒定律解决有关问题,关键是准确分析有多少种形式的能量在变化,求出减少的总能量ΔE减和增加的总能量ΔE增,然后再依据能量守恒定律列方程求解.【例证3】（10分）（2011·福州模拟）如图所示，某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点，接着沿水平路面滑至C点停止，人与雪橇的总质量为70kg.表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解决下列问题：（g取10m/s2）（1）人与雪橇从A到B的过程中，损失的机械能为多少？（2）设人与雪橇在BC段所受阻力恒定，求阻力大小.【解题指导】解答本题要注意以下两点：（1）要明确从A到B过程中，有哪些能量转化，哪些力做功使机械能损失.（2）根据表格给出的信息，要明确从B到C的运动情况、受力情况.【标准解答】（1）从A到B的过程中，人与雪橇损失的机械能为=9100J（5分）（2）人与雪橇在BC段做匀减速运动的加速度（2分）根据牛顿第二定律f=ma=70×(-2)N=-140N（3分）答案：（1）9100J（2）140N22AB11Emghmvmv222211(701020702070120)J22..22CBvv0120ams2mst104.//【例证4】（2011·长春模拟）如图所示，质量m=1kg的小物块放在一质量为M=4kg的足够长的木板右端，物块与木板间的动摩擦因数μ=0.2,木板与水平面间的摩擦不计.物块用劲度系数为k=25N/m的弹簧拴住，弹簧的左端固定（与木板不粘连）.开始时整个装置静止，弹簧处于原长状态.现对木板施以12N的水平向右的恒力（物块与木板间最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力，取g=10m/s2）.已知弹簧的弹性势能式中x为弹簧的伸长量或压缩量.求：(1)开始施力的瞬间小物块的加速度;(2)物块达到的最大速度是多少?2p1Ekx2,【标准解答】（1）假设m、M相对静止，由牛顿第二定律此时m受到的合外力F合=ma=2.4Nf=μmg=2N,所以m、M相对滑动.小物块的加速度为(2)设物块速度最大时，弹簧伸长x，则kx=μmg,所以x=0.08m,由功能关系所以vm=0.4m/s.答案:(1)2m/s2(2)0.4m/s2Fa24msMm./.2mgag2msm/22m11mgxkxmv22一质量为m的质点，系于长为R的轻绳的一端，绳的另一端固定在空间的O点，假定绳是不可伸长的、柔软且无弹性的.今把质点从O点的正上方离O点距离为的点以水平速度抛出，如图所示，试求：当质点到达O点的正下方时，绳对质点的拉力为多大？忽视绳子张紧瞬间的能量损失导致错误8R903vgR4【易错分析】在解答本题时易犯错误具体分析如下：【正确解答】质点的运动可分为三个过程：第一过程：质点做平抛运动.设绳即将伸直时，绳与竖直方向的夹角为θ，如图所示.在水平方向:x=v0t=Rsinθ在竖直方向:联立解得:218ygtRRcos294Rt23g,第二过程：绳绷紧过程.绳绷紧时，绳刚好水平，如图所示，由于绳不可伸长，故绳绷直时，沿绳方向的速度v0消失，质点仅有速度v⊥，且4vgtgR3第三过程：小球在竖直平面内做圆周运动.设质点到达O点正下方时的速度为v′，设此时绳对质点的拉力为T，则联立解得:正确答案:2211mvmvmgR22.2vTmgmR43Tmg9.43Tmg91.（2011·黄冈模拟）质量为m的带正电的物体处于竖直向上的匀强电场中，已知带电物体所受电场力的大小为物体所受重力的现将物体从距地面高h处以一定初速度竖直下抛，物体以的加速度竖直下落到地面（空气阻力恒定），则在物体的下落过程中()A.物体的重力势能减少电势能减少B.由物体与周围空气组成的系统的内能增加了C.物体的动能增加D.物体的机械能减少14,g41mgh4,1mgh41mgh41mgh41mgh4【解析】选C.由题意知，电场力由牛顿第二定律得mg-F电-f=ma，即空气阻力下落过程中，重力做功mgh，电场力做负功，大小为故重力势能减少mgh，电势能增加A错；B错；物体所受合外力故动能的增加量C正确；机械能的减少量D错.1Fmg4电;1fmg2;1mgh4,1Efhmgh2,内1Fmamg4,合k1EFhmgh4,合3EfhFhmgh4,电1mgh4,2.(2011·福州模拟)重物m系在上端固定的轻弹簧下端,用手托起重物,使弹簧处于竖直方向,弹簧的长度等于原长时,突然松手,重物下落的过程中,对于重物、弹簧和地球组成的系统来说,不正确的是(弹簧始终在弹性限度内变化)()A.重物的动能最大时,重力势能和弹性势能的总和最小B.重物的重力势能最小时,动能最大C.弹簧的弹性势能最大时,重物的动能最小D.重物的重力势能最小时,弹簧的弹性势能最大【解析】选B.重物下落过程中,只发生动能、重力势能和弹性势能的相互转化,所以当动能最大时,重力势能和弹性势能的总和最小,A正确;当重物的重力势能最小时,重物应下落到最低点,其速度为零,动能最小,此时弹簧伸长量最大,弹性势能最大,故B错误,C、D正确.3.（2010·福建高考）如图(甲)所示，质量不计的弹簧竖立固定在水平面上，t=0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复.通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图(乙)所示，则()A.t1时刻小球动能最大B.t2时刻小球