2024高考物理大一轮复习课件-第六章-第4讲-功能关系-能量守恒定律.pptx

,DILIUZHANG,第六章,机械能守恒定律,功能关系,能量守恒定律,目标,要求,1.,熟练掌握几种常见的功能关系，并会用于解决实际问题,.2.,掌握一对摩擦力做功与能量转化的关系,.3.,会应用能量守恒观点解决综合问题,.,第,4,讲,内容索引,考点一功能关系的理解和应用,考点二摩擦力做功与能量转化,考点三能量守恒定律的理解和应用,课时精练,考点一,功能关系的理解和,应用,1.,对功能关系的理解,(1),做功的过程,就是,的,过程，不同形式的能量发生相互转化是通过做功来实现的,.,(2),功是能量转化,的,，,功和能的关系，一是体现在不同的力做功，对应不同形式的能转化，具有一一对应关系，二是做功的多少与能量转化的多少在数值上相等,.,梳理,必备知识,能量转化,量度,2.,常见的功能关系,能量,功能关系,表达式,势能,重力做的功等于重力势能减少量,W,E,p1,E,p2,E,p,弹力做的功等于弹性势能减少量,静电力做的功等于电势能减少量,分子力做的功等于分子势能减少量,动能,合外力做的功等于物体动能变化量,机械能,除重力和弹力之外的其他力做的功等于机械能变化量,W,其他,E,2,E,1,E,摩擦产生,的内能,一对相互作用的滑动摩擦力做功之和的绝对值等于产生的内能,Q,F,f,x,相对,电能,克服安培力做的功等于电能增加量,W,电能,E,2,E,1,E,1.,一个物体的能量增加，必定有别的物体的能量减少,.(,),2.,合力做的功等于物体机械能的改变量,.(,),3.,克服与势能有关的力,(,重力、弹簧弹力、静电力等,),做的功等于对应势能的增加量,.(,),4.,滑动摩擦力做功时，一定会引起机械能的转化,.(,),功的正负与能量增减的对应关系,(1),物体动能的增加与减少要看合外力对物体做正功还是做负功,.,(2),势能的增加与减少要看对应的作用力,(,如重力、弹簧弹力、静电力等,),做负功还是做正功,.,(3),机械能的增加与减少要看重力和弹簧弹力之外的力对物体做正功还是做负功,.,提升,关键能力,例,1,(,多选,),如图所示，楔形木块,abc,固定在水平面上，粗糙斜面,ab,与水平面的夹角为,60,，光滑斜面,bc,与水平面的夹角为,30,，顶角,b,处安装一定滑轮,.,质量分别为,M,、,m,(,M,m,),的两滑块,A,和,B,，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行,.,两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动，,A,、,B,不会与定滑轮碰撞,.,若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程,中,A.,轻绳对滑轮作用力的方向竖直向下,B.,拉力和重力对,M,做功之和大于,M,动能的增加量,C.,拉力对,M,做的功等于,M,机械能的增加量,D.,两滑块组成系统的机械能损失等于,M,克服摩擦力做的,功,考向,1,功能关系的理解,根据题意可知，两段轻绳的夹角为,90,，轻绳拉力的大小相等，根据平行四边形定则可知，,合力方向与轻绳方向的夹角为,45,，所以轻绳对滑轮作用力的方向不是竖直向下的，故,A,错,误；,对,M,受力分析，受到重力、斜面的支持力、轻绳的拉力以及滑动摩擦力作用，根据动能定理可知，,M,动能的增加量等于拉力、重力以及摩擦力做功之和，而摩擦力做负功，则拉力和重力对,M,做功之和大于,M,动能的增加量，故,B,正确,；,由除重力和弹力之外的力对物体做的功等于物体机械能的变化量可知，拉力和摩擦力对,M,做的功之和等于,M,机械能的增加量，故,C,错误；,对,两滑块组成系统分析可知，除了重力之外只有摩擦力对,M,做功，所以两滑块组成的系统的机械能损失等于,M,克服摩擦力做的功，故,D,正确,.,例,2,(,多选,),如图所示，质量为,m,的物体,(,可视为质点,),以某一速度从,A,点冲上倾角为,30,的固定斜面，其减速运动的加速度大小,为,g,，此物体在斜面上能够上升的最大高度为,h,，则在这个过程中物体,物体在斜面上能够上升的最大高度为,h,，所以重力势能增加了,mgh,，故,A,项正确；,例,3,(,多选,),(2020,全国卷,20),一物块在高,3.0 m,、长,5.0 m,的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离,s,的变化如图中直线,、,所示，重力加速度取,10 m/s,2,.,则,A.,物块下滑过程中机械能不守恒,B.,物块与斜面间的动摩擦因数为,0.5,C.,物块下滑时加速度的大小为,6.0 m/s,2,D.,当物块下滑,2.0 m,时机械能损失了,12,J,考向,2,功能关系与图像的结合,由,E,s,图像知，物块动能与重力势能的和减小，则物块下滑过程中机械能不守恒，故,A,正确；,物块下滑时加速度的大小,a,g,sin,g,cos,2.0 m/s,2,，故,C,错误；,物块下滑,2.0 m,时损失的机械能为,E,mg,cos,s,8 J,，故,D,错,误,.,考点,二,摩擦力做功与能量,转化,梳理,必备知识,两种摩擦力做功特点的比较,类型,比较,静摩擦力做功,滑动摩擦力做功,不同点,能量的转化,只有机械能从一个物体转移到另一个物体，而没有机械能转化为其他形式的能,(1),一部分机械能从一个物体转移到另一个物体,(2),一部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量,不同点,一对摩擦力的总功,一对静摩擦力所做功的代数和总等于零,一对滑动摩擦力做功的代数和总是负值，总功,W,F,f,s,相对,，即发生相对滑动时产生的热量,相同点,做功,情况,两种摩擦力对物体可以做正功，也可以做负功，还可以不做功,例,4,(,多选,),如图所示，一个长为,L,，质量为,M,的木板，静止在光滑水平面上，一个质量为,m,的物块,(,可视为质点,),，以水平初速度,v,0,，从木板的左端滑向另一端，设物块与木板间的动摩擦因数为,，当物块与木板相对静止时，物块仍在长木板上，物块相对木板的位移为,d,，木板相对地面的位移为,s,，重力加速度为,g,.,则在此过程,中,A.,摩擦力对物块做的功为,mg,(,s,d,),B.,摩擦力对木板做的功为,mgs,C.,木板动能的增量为,mgd,D.,由于摩擦而产生的热量为,mgs,根据功的定义,W,Fl,cos,，其中,l,指物体的位移,，,而,指力与位移之间的夹角，可知摩擦力对物块,做,的,功,W,1,mg,(,s,d,),，摩擦力对木板做的功,W,2,mgs,，,A,、,B,正确；,根据动能定理可知木板动能的增量,E,k,W,2,mgs,，,C,错误；,由于摩擦而产生的热量,Q,F,f,x,mgd,，,D,错误,.,例,5,(,多选,),(2019,江苏卷,8),如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态,.,小物块的质量为,m,，从,A,点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到,A,点恰好静止,.,物块向左运动的最大距离为,s,，与地面间的动摩擦因数为,，重力加速度为,g,，弹簧未超出弹性限度,.,在上述过程,中,A.,弹簧的最大弹力为,mg,B.,物块克服摩擦力做的功为,2,mgs,C.,弹簧的最大弹性势能为,mgs,D.,物块在,A,点的初速度,为,物块处于最左端时，弹簧的压缩量最大,，,然后,物块先向右加速运动再减速运动，,可,知,弹簧的最大弹力大于滑动摩擦力,mg,，选项,A,错误；,物块从开始运动至最后回到,A,点过程，由功的定义可得物块克服摩擦力做的功为,2,mgs,，选项,B,正确；,物块从最左侧运动至,A,点过程，由能量守恒定律可知,E,p,mgs,，选项,C,正确；,考点三,能量守恒定律的理解和,应用,1.,内容,能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变,.,2.,理解,(1),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),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,.,例,6,(,多选,),(2023,广东省金山中学高三检测,),如图所示，轻弹簧放在倾角为,37,的斜面体上，轻弹簧的下端与斜面底端的挡板连接，上端与斜面上,b,点对齐，质量为,m,的物块在斜面上的,a,点由静止释放，物块下滑后，压缩弹簧至,c,点时速度刚好为零，物块被反弹后返回,b,点时速度刚好为零，已知,ab,长为,L,，,bc,长,为,，,重力加速度为,g,，,sin 37,0.6,，,cos 37,0.8.,则,A.,物块与斜面间的动摩擦因数为,0.5,B.,物块接触弹簧后，速度先减小后增大,C.,弹簧具有的最大弹性势能为,0.5,mgL,D.,物块在上述过程因摩擦产生的热量为,0.6,mgL,物块接触弹簧后，向下运动时，开始由于,mg,sin,mg,cos,F,弹,，物块继续向下加速，,F,弹,继续变大，当,mg,sin,mg,cos,F,弹,时，物块将向下减速，则物块向下运动时先加速后减速，向上运动时，由于在,c,点和,b,点的速度都为零，则物块先加速后减速，故,B,错误；,例,7,如图所示，固定斜面的倾角,30,，物体,A,与斜面之间的动摩擦因数,，,轻弹簧下端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于,C,点，用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体,A,和,B,，滑轮右侧绳子始终与斜面平行，,A,的质量为,2,m,4 kg,，,B,的质量为,m,2 kg,，初始时物体,A,到,C,点的距离,L,1 m,，现给,A,、,B,一初速度,v,0,3 m/s,，使,A,开始沿斜面向下运动，,B,向上运动，物体,A,将弹簧压缩到最短后又恰好能弹回到,C,点,.,已知重力加速度大小,g,10 m/s,2,，不计空气阻力，整个过程中轻绳始终处于伸直状态,.,求在此过程中：,(1),物体,A,向下运动刚到,C,点时的速度大小；,答案,2 m/s,在物体,A,向下运动刚到,C,点的过程中，对,A,、,B,组成的系统应用能量守恒定律可得,(2),弹簧的最大压缩量；,答案,0.4,m,对,A,、,B,组成的系统分析，在物体,A,从,C,点压缩弹簧至最短后恰好返回到,C,点的过程中，系统动能的减少量等于因摩擦产生的热量，,即,3,m,v,2,0,2,mg,cos,2,x,其中,x,为弹簧的最大压缩,量,，,解,得,x,0.4 m.,(3),弹簧的最大弹性势能,.,答案,6 J,设弹簧的最大弹性势能为,E,pm,，从,C,点到弹簧被压缩至最短过程中由能量守恒定律可得,1.,首先确定初、末状态，分清有几种形式的能在变化，如动能、势能,(,包括重力势能、弹性势能、电势能,),、内能等,.,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,.,应用能量守恒定律解题的步骤,方法点拨,例,8,如图所示，一自然长度小于,R,的轻弹簧左端固定，在水平面的右侧，有一底端开口的光滑圆环，圆环半径为,R,，圆环的最低点与水平轨道相切，用一质量为,m,的小物块,(,可看作质点,),压缩弹簧右端至,P,点，,P,点到圆环最低点距离为,2,R,，小物块释放后，刚好过圆环的最高点，已知重力加速度为,g,，小物块与水平面间的动摩擦因数为,.,(1),弹簧的弹性势能为多大？,(2),改变小物块的质量，仍从,P,点释放，要使小物块在运动过程中不脱离轨道，小物块质量满足的条件是什么？,要使小物块在运动过程中不脱离轨道，有两种情况：,小物块能够通过最高点；,小物块在运动过程中最高到达与圆心等高处,.,四,课时精练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,基础落实练,1.(,多选,),如图所示，在粗糙的桌面上有一个质量为,M,的物块，通过轻绳跨过定滑轮与质量为,m,的小球相连，不计轻绳与滑轮间的摩擦，在小球下落的过程中，下列说法正确的,是,A.,小球的机械能守恒,B.,物块与小球组成的系统机械能守恒,C.,若小球匀速下降，小球减少的重力势能等于物块与桌面间摩擦产生,的,热量,D.,若小球加速下降，小球减少的机械能大于物块与桌面间摩擦产生的,热,量,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,在小球下落的过程中，轻绳的拉力对小球做负功,，,小球,的机械能减少，故,A,错误；,由于物块要克服摩擦力做功，物块与小球组成,的,系统,机械能不守恒，故,B,错误；,若小球匀速下降，系统的动能不变，则根据能量守恒定律可知，小球减少的重力势能等于物块与桌面间摩擦产生的热量，故,C,正确,；,若小球加速下降，则根据能量守恒定律可知，小球减少的机械能等于物块与桌面间摩擦产生的热量及物块增加的动能之和，所以小球减少的机械能大于物块与桌面间摩擦产生的热量，故,D,正确,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,2.,某同学用如图所示的装置测量一个凹形木块的质量,m,，弹簧的左端固定，木块在水平面上紧靠弹簧,(,不连接,),并将其压缩，记下木块右端位置,A,点，静止释放后，木块右端恰能运动到,B,1,点,.,在木块槽中加入一个质量,m,0,800 g,的砝码，再将木块左端紧靠弹簧，木块右端位置仍然在,A,点，静止释放后木块离开弹簧，右端恰能运动到,B,2,点，测得,AB,1,、,AB,2,长分别为,27.0 cm,和,9.0 cm,，则木块的质量,m,为,A.100 g,B.200 g,C.300,g,D.400,g,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,根据能量守恒定律，有,mg,AB,1,E,p,，,(,m,0,m,),g,AB,2,E,p,，联立解得,m,400 g,，,D,正确,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,3.,风力发电机是由风力带动叶片转动，叶片再带动转子,(,磁极,),转动，使定子,(,线圈，不计电阻,),中产生电流，实现风能向电能的转化,.,若叶片长为,l,，设定的额定风速为,v,，空气的密度为,，额定风速下发电机的输出功率为,P,，则风能转化为电能的效率为,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,4.(,多选,),如图所示，在竖直平面内有一半径为,R,的圆弧轨道，半径,OA,水平、,OB,竖直，一个质量为,m,的小球自,A,点的正上方,P,点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点,B,时恰好对轨道没有压力,.,已知,AP,2,R,，重力加速度为,g,，则小球从,P,点运动到,B,点的过程中,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,小球从,P,点运动到,B,点的过程中，重力做的功,W,G,mg,(2,R,R,),mgR,，故,A,错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,5.,一木块静置于光滑水平面上，一颗子弹沿水平方向飞来射入木块中,.,当,子弹进入木块的深度达到最大值,2.0 cm,时，木块沿水平面恰好移动,1.0,cm,.,在,上述过程中系统损失的机械能与子弹损失的动能之比为,A.1,2,B.1,3,C.2,3,D.3,2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,6.(,多选,),如图所示为玩具水弹枪的发射原理简图，水弹上膛时，弹簧被压缩，扣动扳机弹簧恢复原长，水弹被弹射出枪口，假设在此过程水弹与枪管的摩擦忽略不计，小朋友从,1.25 m,高处迎风水平发射一颗质量为,10 g,的水弹，水弹水平飞行,15 m,后恰竖直落回地面，由于水弹水平方向速度较大且迎风飞行，认为水平方向空气阻力恒定不变，所以可以将水弹在水平方向的运动看作匀减速直线运动，而竖直方向水弹速度始终比较小，故竖直方向空气阻力可忽略不计，可认为竖直方向上水弹做自由落体运动，,g,取,10 m/s,2,，则以下选项正确的是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,A.,水弹落地时的动能为,0.125 J,B.,水平方向空气阻力做功的为,15 J,C.,弹性势能为,18 J,D.,水平方向空气阻力大小为,2 N,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,由题意可知，落地时水弹水平速度为,0,，根据,动能,定理,可得，水弹落地时的动能等于下落过程中,重,力,做的功，即,E,k,mgh,0.125 J,，故,A,正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,由功能关系可知，弹簧的弹性势能等于空气阻力所做的功，所以弹性势能,E,p,18 J,，故,C,正确,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,7.,(2023,江苏南京市十一校调研,),如图所示，倾角,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，重力加速度为,g,.,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.,软绳的重力势能共减少,了,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大于其增加的动能与克服摩擦力所做的功之,和,能力综合练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,物,块克服细线的拉力做功，其机械能逐渐减少,，,A,错误；,因为物块的机械能减小，则物块的重力势能减小量大于物块的动能增加量，机械能的减小量等于拉力做功的大小，由于拉力做功大于克服摩擦力做功，所以物块重力势能的减少量大于软绳克服摩擦力所做的功，,C,错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,细线的拉力对软绳做正功，对物块做负功，则物块的机械能减小，软绳的机械能增加，软绳重力势能的减少量一定小于其动能的增加量，故软绳重力势能的减少量小于其动能的增加量与克服摩擦力所做功的和，,D,错误,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,9.,(2023,山西太原市高三模拟,),如图甲所示，一物块置于粗糙水平面上，其右端通过水平弹性轻绳固定在竖直墙壁上,.,用力将物块向左拉至,O,处后由静止释放，用传感器测出物块的位移,x,和对应的速度，作出物块的动能,E,k,x,关系图像如图乙所示,.,其中，,0.10,0.25 m,间的图线为直线，其余部分为曲线,.,已知物块与水平面间的动摩擦因数为,0.2,，取,g,10 m/s,2,，弹性绳的弹力与形变始终符合胡克定律，,可知,A.,物块的质量为,0.2 kg,B.,弹性绳的劲度系数为,50 N/m,C.,弹性绳弹性势能的最大值为,0.6 J,D.,物块被释放时，加速度的大小为,8,m/s,2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,由题图乙可知动能最大时弹性绳弹力等于滑动摩擦力，则有,k,x,1,mg,，,x,1,0.10 m,0.08 m,0.02 m,，解得,k,100 N/m,，所以,B,错误；,根据能量守恒定律有,E,pm,mgx,m,0.2,1,10,0.25 J,0.5 J,，所以,C,错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,10.,如图所示，在某竖直平面内，光滑曲面,AB,与粗糙水平面,BC,平滑连接于,B,点，,BC,右端连接内壁光滑、半径,r,0.2 m,的,细,圆管,CD,，管口,D,端正下方直立一根劲度系数为,k,100 N/m,的轻弹簧，弹簧一端固定于地面上，另一端恰好与管口,D,端平齐,.,一个质量为,1.0 kg,的物块放在曲面,AB,上，现从距,BC,的高度为,h,0.6 m,处由静止释放物块，它与,BC,间的动摩擦因数,0.5,，物块进入管口,C,端时，它对上管壁有,F,N,2.5,mg,的,作用力,，通过,CD,后，在压缩弹簧过程中物块,速度最大时,弹簧,的弹性势能,E,p,0.5 J.,重力加速度,g,取,10,m/s,2,.,求：,(1),在压缩弹簧过程中物块的最大动能,E,km,；,答案,6 J,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,在压缩弹簧过程中，物块速度最大时所受合力为零,.,物块从,C,点到速度最大时，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,(2),物块最终停止的位置,.,答案,停在,BC,上距离,C,端,0.3 m,处,(,或距离,B,端,0.2 m,处,),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,物块从,A,点运动到,C,点的过程中，,解得,B,、,C,间距离,s,0.5 m,物块与弹簧作用后返回,C,处时动能不变，物块的动能最终消耗在与,BC,水平面相互作用的过程中,.,设物块第一次与弹簧作用返回,C,处后，物块在,BC,上运动的总路程为,s,，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,故最终物块在,BC,上距离,C,点为,x,1,0.5 m,(0.7 m,0.5 m),0.3 m(,或距离,B,端为,x,2,0.7 m,0.5 m,0.2 m),处停下,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,素养提升练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,当轻杆刚要移动时，对轻杆受力分析,，,设此时,弹簧弹力大小为,F,，压缩量为,x,，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,BENKEJIESHU,本课结束,