物理專題五 機械能 第4講 功能關(guān)系 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律

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1、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(yīng)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

2、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 5-4-1A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(yīng)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

3、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(dāng)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(yīng)用 重點歸納幾種常見的功能關(guān)系及其表達式（續(xù)表）各種力做功對應(yīng)能的變化定量的關(guān)系只有重力、彈簧彈力的功不引起機械能變化機械能守恒E0非重力和彈力的功機械能變化除重力和彈力之外的其他力做正功，物體的機械能增加，做負功，機械能減少，且W其他E電場力的功電勢能變化電場力做正功，電勢能減少，電場力做負功，電勢能增加，且W電Ep滑動摩擦力的功內(nèi)能變化滑動摩擦力做功引起系統(tǒng)內(nèi)能增加E內(nèi)Ff l相對【考題題組】

4、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：B2(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(dāng)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(

5、圖 5-4-4項目靜摩擦力滑動摩擦力不同點能量的轉(zhuǎn)化方面只有能量的轉(zhuǎn)移，沒有能量的轉(zhuǎn)化既有能量的轉(zhuǎn)移，又有能量的轉(zhuǎn)化一對摩擦力的總功方面一對靜摩擦力所做功的代數(shù)和等于零一對滑動摩擦力所做功的代數(shù)和為負值，總功 WFfl 相對，即摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱量相同點正功、負功、不做功方面兩種摩擦力對物體可以做正功、負功，還可以不做功靜摩擦力做正功時，它的反作用力一定做負功滑動摩擦力做負功時，它的反作用力可能做正功，可能做負功，還可能不做功；但滑動摩擦力做正功或不做功時，它的反作用力一定做負功考點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

6、動過程，做好受力分析(2)利用運動學(xué)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WFfl 相對中 l 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(fù)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 5-4-5A此時小物塊的動能為 F(xL)B此時小車的動能為 Ff xC這一過程中，小物塊和小車增加的機械能為 F

7、xFf LD這一過程中，因摩擦而產(chǎn)生的熱量為 Ff (Lx)答案：B4(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(dāng)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

8、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(dāng)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(yīng)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(dāng)涉及摩擦力做功

9、，機械能不守恒時，一般應(yīng)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(dāng)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

10、的質(zhì)量為 m，ABa，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 5-4-76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 m1 kg 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t0 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 t10.1 s 時滑塊已上滑 s0.2 m 的距離(g 取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：(

11、1)滑塊離開彈簧后在圖中 bc 段對應(yīng)的加速度 a 及動摩擦因數(shù)的大小(2)t20.3 s 和 t30.4 s 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(xué)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(xué)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

12、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 Qfx.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：EE機Q 或 WEkEpQ.(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