（名师导学）2020版高考物理总复习 第五章 第4节 功能关系 能量守恒定律课件 新人教版

第4节功能关系能量守恒定律考点1功能关系的理解及应用1．功能关系的内容(1)功是___________的量度，即做了多少功就有___________发生了转化．(2)做功的过程一定伴随着_____________，而且____________必须通过做功来实现．能量转化多少能量能量的转化能量的转化2．几种常见的功能关系不同的力做功对应不同形式能的变化定量关系合外力做功(所有外力的功)动能变化合外力对物体做的功等于物体动能的变化W合＝Ek2－Ek1＝ΔEk重力做功重力势能变化重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加.WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2弹簧弹力做功弹性势能变化弹簧弹力做正功，弹性势能减少；弹簧弹力做负功，弹性势能增加.W弹＝－ΔEp＝Ep1－Ep2只有重力、弹簧弹力做功不引起机械能变化机械能守恒ΔE＝0除重力和弹簧弹力之外的力做的功机械能的变化除重力、弹簧弹力之外的力做多少正功，物体的机械能就增加多少；除重力和弹簧弹力之外的力做多少负功，物体的机械能就减少多少.W除G、弹力外＝ΔE＝E2－E1克服滑动摩擦力做的功产生摩擦热Wf克＝Q摩克服安培力做的功电能变化WA克＝E电电场力做功电势能变化电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加.W电＝－ΔEp＝Ep1－Ep2例1如图所示，甲、乙两传送带与水平面的夹角相同，都以恒定速率v向上运动．现将一质量为m的小物体(视为质点)轻轻放在A处，小物体在甲传送带到达B处时恰好达到传送带的速率v.在乙传送带上到达离B处竖直高度为h的C处时达到传送带的速率v，已知B处离地面的高度均为H，则在小物块从A到B的过程中()A．小物体与甲传送带间的动摩擦因数较小B．两传送带对小物体做功相等C．两种情况下因摩擦产生的热量相等D．甲传送带消耗的电能比较大【解析】根据公式：v2＝2ax，可知物体加速度关系a甲＜a乙，再由牛顿第二定律μmgcosθ－mgsinθ＝ma，得知μ甲＜μ乙，A正确；传送带对小物体做功等于小物块的机械能的增加量，动能增加量相等，重力势能的增加量也相同，故两种传送带对小物体做功相等，B正确；由摩擦生热Q＝fs相对知，甲图中：vt12＝Hsinθ，Q甲＝f1Δs1＝f1vt1－vt12＝f1Hsinθ，对m，由动能定理－mgH＋f1Hsinθ＝12mv2∴f1Hsinθ＝mgH＋12mv2＝Q甲，同理，Q乙＝mg(H－h)＋12mv2，Q甲＞Q乙，C错误；根据能量守恒定律，电动机消耗的电能E电等于摩擦产生的热量Q与物块增加的机械能之和，因物块两次从A到B增加的机械能相同，Q甲＞Q乙，所以将小物体传送到B处，两种传送带消耗的电能甲更多，D正确．【答案】ABD【小结】利用功能关系求解问题要分清楚是什么力做功，并且清楚该力做正功还是负功，从而判断与之相关的能量的变化．力做功的过程就是物体能量转化的过程，功是能量转化的量度．1．(多选)如图所示，一固定斜面倾角为30°，一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度，沿斜面向上做匀减速运动，加速度的大小等于重力加速度的大小g.若物块上升的最大高度为H，则此过程中，物块的()A．动能损失了2mgHB．动能损失了mgHC．机械能损失了mgHD．机械能损失了12mgHAC【解析】由动能定理得，ΔEk＝－12mv20＝－mgHsin30°＝－2mgH，选项A正确、B错误；由能量守恒得，ΔE＝mgH－12mv20＝－mgH，选项C正确、D错误．2．(多选)升降机底板上放一质量为100kg的物体，物体随升降机由静止开始竖直向上移动5m时速度达到4m/s，则此过程中(g取10m/s2)()A．升降机对物体做功5800JB．合外力对物体做功5800JC．物体的重力势能增加5000JD．物体的机械能增加5000J【解析】重力势能增加ΔEp＝mgh＝100×10×5J＝5000J；合外力做功为动能增加量，等于800J，B错误；升降机对物体做功为重力势能＋动能＝5800J，机械能总增加量为动能增加量＋势能增加量＝5800J.AC考点2能量守恒定律的理解及应用1．能量转化和守恒定律：能量既不会凭空消失，也不会__________．它只能从一种形式_______为其他形式，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．能量守恒关系式：ΔE减＝ΔE增．3．对能量守恒定律的理解(1)转化：某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．(2)转移：某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量相等．凭空产生转化转移保持不变例2如图甲所示，质量为m的滑块以一定初速度滑上倾角为θ的固定斜面，同时施加一沿斜面向上的恒力F＝mgsinθ.已知滑块与斜面间的动摩擦因数μ＝tanθ，取出发点为参考点，能正确描述滑块运动到最高点过程中产生的热量Q、滑块的动能Ek、势能Ep、机械能E随时间t、位移x变化关系的是()【解析】以物体为研究对象进行受力分析可知，滑块上滑过程中所受的合外力为μmgcosθ＝mgsinθ，故滑块做加速度大小为gsinθ的匀减速直线运动，上滑过程中产生的热量Q＝fx＝mgsinθv0t－12gt2sinθ是关于t的二次函数，故A错误；滑块的动能Ek＝12mv2＝12m(v0－gtsinθ)2是关于时间的二次函数，故B错误；重力势能Ep＝mgh＝mgxsinθ∝x，所以C正确；上滑过程中恒力做功与摩擦力做功相等即Wf＝WF＝mgxsinθ，故滑块的机械能保持不变，所以D正确．【答案】CD例3如图所示，一物体质量m＝2kg.在倾角为θ＝37°的斜面上的A点以初速度v0＝3m/s下滑，A点距弹簧上端B的距离AB＝4m．当物体到达B后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC＝0.2m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到的最高位置为D点，D点距A点距离AD＝3m．挡板及弹簧质量不计，g取10m/s2，sin37°＝0.6，求：(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ；(2)弹簧的最大弹性势能Epm.【解析】由于有摩擦存在，机械能不守恒．可用功能关系解题．(1)最后的D点与开始的位置A点比较：动能减少ΔEk＝12mv20＝9J.重力势能减少ΔEp＝mglADsin37°＝36J.机械能减少ΔE＝ΔEk＋ΔEp＝45J机械能的减少量全部用来克服摩擦力做功，即Wf＝Ffl＝45J，而路程l＝5.4m，则Ff＝Wfl＝8.33N.而Ff＝μmgcos37°，所以μ＝Ffmgcos37°＝0.52.(2)m到C点瞬间对应的弹簧弹性势能最大，由A到C的过程：动能减少ΔE′k＝12mv20＝9J.重力势能减少ΔE′p＝mglAC·sin37°＝50.4J机械能的减少用于克服摩擦力做功W′f＝Ff·sAC＝μmgcos37°×sAC＝35J．由能的转化和守恒定律得：Epm＝ΔE′k＋ΔE′p－W′f＝24.4J.【小结】运用能量转化守恒定律解题的基本思路3．(多选)如图所示，足够长的传送带以恒定速率沿顺时针方向运转．现将一个物体轻轻放在传送带底端，物体第一阶段被加速到与传送带有相同的速度，第二阶段匀速运动到传送带顶端．则下列说法中正确的是()A．第一阶段和第二阶段摩擦力对物体都做正功B．第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加量C．第二阶段摩擦力对物体做的功等于第二阶段物体机械能的增加量D．两个阶段摩擦力对物体所做的功等于物体机械能的减少量AC【解析】因两个阶段物体所受的摩擦力方向与运动方向相同，故都对物体做正功，A正确；在第一个阶段中，由Wf1－mgh1＝12mv2－0可知，Wf1＝12mv2＋mgh，B错误；在第二个阶段中，除重力外只有摩擦力做功，故第二阶段摩擦力对物体做的功等于第二阶段物体机械能的增量，C正确；因物体在两个过程中机械能均增加，故D错误．4．一根长为L、质量为m的均匀链条放在光滑的水平桌面上，其长度的一半悬于桌边，若要将悬着的部分拉回桌面，至少做功()A.18mgLB.14mgLC．mgLD.12mgL【解析】悬于桌边的链条质量为m2.将其拉上桌面，重心升高L4，故至少做功为18mgL.故选项A正确．A5．如图所示，分别用恒力F1、F2先后将质量为m的同一物体由静止开始沿相同的固定粗糙斜面从底端推至顶端．第一次力F1沿斜面向上，第二次力F2沿水平方向，两次所用时间相同，则在这两个过程中()A．恒力F1等于恒力F2B．两次物体机械能的变化量不相同C．F1和F2的平均功率相同D．两次合力所做的功相同D【解析】由公式x＝12at2，由于x和t均相同，故加速度a相同，由v＝at，t相同，则物体到达斜面顶端时速度相同，动能相同，则动能变化量相同，根据动能定理得知，合外力做功相等．由图示分析可知，第一次物体所受的摩擦力小于第二次物体所受的摩擦力，故两物体克服摩擦力做功不同，重力做功相同，F1做的功比F2做的少，故D正确、A错误；物体的运动情况相同，重力做功功率相同，第二次克服摩擦力做功的功率大，故F1做功的功率比F2做功的功率小，C错误；物体末速度相同，又由于处于相同的高度，所以两物体机械能变化量相同，故B错误．A组1．如图所示，滑块以6m/s的初速度从曲面上的A点滑下，运动到B点(比A点低)时速度仍为6m/s.若滑块以5m/s的初速度仍由A点下滑，则它运动到B点时的速度()A．大于5m/sB．等于5m/sC．小于5m/sD．无法确定A【解析】两次下滑中，滑块做圆周运动时，曲面对滑块的弹力不同，则滑块受到的摩擦力不同，故摩擦力对滑块做的功不同，而重力对滑块做的功相同，故两次动能的变化不同．因第二次速度小一点，滑块做圆周运动时，曲面对它的弹力也小一些，故它受到的摩擦力也随之减小，因此它克服摩擦力做的功也相应地减小，从而小于滑块重力做的功(因为第一次滑块克服摩擦力做的功等于滑块重力做的功)，故末速度大于初速度．本题正确答案为A.2．(多选)如图所示，足够长传送带与水平方向的夹角为θ，物块a通过平行于传送带的轻绳跨过光滑轻滑轮，与木块b相连，b的质量为m，开始时a、b及传送带均静止，且a不受传送带的摩擦力作用，现将传送带逆时针匀速转动，则在b上升h高度(未与滑轮相碰)的过程中()A．物块A的质量为msinθB．摩擦力对a做的功等于物块a、b构成的系统机械能的增加量C．摩擦力对a做的功等于物块a、b动能增加量之和D．任意时刻，重力对a、b做功的瞬时功率大小不相等ABC【解析】开始时，a、b及传送带均静止且a不受传送带摩擦力作用，有magsinθ＝mbg，则ma＝mbsinθ＝msinθ，故A正确．摩擦力对a做正功，根据功能关系得：物块a、b构成的系统机械能增加，摩擦力对a做的功等于a、b机械能的增加，故B正确．b上升h，则a下降hsinθ，则a重力势能的减小量为ΔEpa＝mag×hsinθ＝mgh，等于b重力势能的增加量，系统的重力势能不变，所以摩擦力对a做的功等于物块a、b动能增加量之和，故C正确．任意时刻a、b的速率相等，对b，克服重力的瞬时功率Pb＝mgv，对a有：Pa＝magvsinθ＝mgv，所以重力对a、b做功的瞬时功率大小相等，故D错误．3．(多选)光滑水平面上静置一质量为M的木块，一质量为m的子弹以水平速度v1射入木块，以v2速度穿出，木块速度变为v，对这个过程，下列说法中不正确的是()A．子弹对木块做的功等于12Mv2B．子弹对木块做的功等于子弹克服阻力做的功C．子弹对木块做的功等于木块获得的动能与子弹跟木块间摩擦生热的内能之和D．子弹损失的动能等于子弹跟木块间摩擦产生的内能BCD【解析】由动能定理可知，子弹对木块做的功等于木块动能的增加量12Mv2，选项A正确，C错误；由动能定理可知，子弹克服阻力做的功等于子弹动能的变化量12m(v22－v21)，由能量守恒定律可知12m(v22－v21)＝12Mv2＋Q，故选项B、D错误．故选B、C、D.4．如图所示，用力F拉位于粗糙固定斜面上的木箱，使它沿着斜面加速向上移动．木箱在移动过程