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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,物理,课标版,第4讲功效关系能量转化和守恒定律,1/40,考点一功效关系了解及应用,功效关系,1.内容:(1)功是,能量转化,量度,即做了多少功就有,多少能,发生了转化。,(2)做功过程一定伴伴随,能量转化,而且,能量转化,必经过做功来实现。,2/40,合外力功(全部外力功),动能改变,重力做功,重力势能改变,弹簧弹力做功,弹性势能改变,外力(除重力、弹力)做功,机械能改变,一对滑动摩擦力做总功,内能改变,电场力做功,电势能改变,分子力做功,分子势能改变,2.功与对应能量改变关系,3/40,1.对功效关系深入了解,(1)做功过程是能量转化过程。不一样形式能量发生相互转化是通,过做功来实现。,(2)功是能量转化量度,功和能关系,一是表达到不一样力做功,对应,不一样形式能转化,含有一一对应关系,二是做功多少与能量转化,多少在数量上相等。,4/40,2.几个常见功效关系,5/40,6/40,1-1,(陕西商洛模拟,20)(多项选择)如图所表示,将质量为2,m,重物悬挂,在轻绳一端,轻绳另一端系一质量为,m,环,环套在竖直固定光滑,直杆上,光滑定滑轮与直杆距离为,d,。杆上,A,点与定滑轮等高,杆上,B,点在,A,点正下方距离为,d,处。现将环从,A,处由静止释放,不计一切摩,擦阻力,以下说法正确是(),A.环抵达,B,处时,重物上升高度,h,=,B.环抵达,B,处时,环与重物速度大小相等,C.环从,A,到,B,环降低机械能等于重物增加机械能,D.环能下降最大高度为,d,7/40,答案,CD环抵达,B,处时,对环速度进行分解,可得,v,环,cos,=,v,物,由题图,中几何关系可知,=45,则,v,环,=,v,物,B错;因环从,A,到,B,环与重物组成系,统机械能守恒,则环降低机械能等于重物增加机械能,C对;当环到,达,B,处时,由题图中几何关系可得重物上升高度,h,=(,-1),d,A错;当环,下落到最低点时,设环下落高度为,H,由机械能守恒有,mgH,=2,mg,(,-,d,),解得,H,=,d,故D正确。,8/40,1-2,(课标,21,6分)(多项选择)如图,滑块,a,、,b,质量均为,m,a,套在固,定竖直杆上,与光滑水平地面相距,h,b,放在地面上。,a,、,b,经过铰链用刚,性轻杆连接,由静止开始运动。不计摩擦,a,、,b,可视为质点,重力加速度,大小为,g,。则,(),A.,a,落地前,轻杆对,b,一直做正功,B.,a,落地时速度大小为,C.,a,下落过程中,其加速度大小一直小于,g,D.,a,落地前,当,a,机械能最小时,b,对地面压力大小为,mg,9/40,答案,BD因为杆对滑块,b,限制,a,落地时,b,速度为零,所以,b,运动,为先加速后减速,杆对,b,作用力对,b,做功即为,b,所受合外力做总功,由动能定理可知,杆对,b,先做正功后做负功,故A错。对,a,、,b,组成系统,应用机械能守恒定律有:,mgh,=,m,v,a,=,故B正确。杆对,a,作用效,果为先推后拉,杆对,a,作用力为拉力时,a,下落过程中加速度大小会,大于,g,即C错。由功效关系可知,当杆对,a,推力减为零时刻,即为,a,机械能最小时刻,此时杆对,a,和,b,作用力均为零,故,b,对地面压力大,小为,mg,D正确。,10/40,方法指导,求解功效关系题解答技巧,(1)对各种功效关系熟记于心,力学范围内,应牢靠掌握以下三条功效关,系:重力功等于重力势能改变,弹力功等于弹性势能改变;,合外力功等于动能改变;除重力、系统内弹力外,其它力功等,于机械能改变。,(2)利用功效关系解题时,应搞清楚重力做什么功,合外力做什么功,除重,力、系统内弹力外力做什么功,从而判断重力势能、动能等能量变,化。,11/40,考点二能量守恒定律了解及应用,能量守恒定律,1.内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一个形式转化,为另一个形式,或者从一个物体转移到别物体,在转化或转移过程,中,能量总量保持不变。,2.表示式:,E,减,=,E,增,。,注意,E,增,为末状态能量减去初状态能量,而,E,减,为初状态能量,减去末状态能量。,12/40,(1)力对物体做了多少功,物体就有多少能。,(),(2)能量在转化或转移过程中,其总量有可能增加。,(),(3)能量在转化或转移过程中总量保持不变,故没有必要节约能源。,(),答案,(1),(2),(3),13/40,1.对能量守恒定律了解,(1)某种形式能量降低,一定存在另外形式能量增加,且降低许和增,加量相等。,(2)某个物体能量降低,一定存在别物体能量增加,且降低许和增加量相等。,2.应用能量守恒定律解题普通步骤,(1)分清有多少形式能(如动能、势能、内能、电能等)在改变。,(2)明确哪种形式能量增加,哪种形式能量降低,而且列出降低能,量,E,减,和增加能量,E,增,表示式。,(3)列出能量守恒关系式:,E,减,=,E,增,。,14/40,注意,(1)应用能量守恒定律处理相关问题,要分析全部参加改变能,量。,(2)高考考查该类问题,常综合类平抛运动、圆周运动以及电磁学知识,考查判断、推理及综合分析能力。,15/40,2-1,如图所表示,木块,A,放在木块,B,左端上方,用水平恒力,F,将,A,拉到,B,右端,第一次将,B,固定在地面上,F,做功,W,1,生热,Q,1,;第二次让,B,在光滑水平,面上可自由滑动,F,做功,W,2,生热,Q,2,则以下关系中正确是,(),A.,W,1,W,2,Q,1,=,Q,2,B.,W,1,=,W,2,Q,1,=,Q,2,C.,W,1,W,2,Q,1,Q,2,D.,W,1,=,W,2,Q,1,Q,2,答案,A第一次和第二次,A,相对于,B,位移是相等,由,Q,=,fl,相对,可知,Q,1,=,Q,2,;第一次,A,对地位移要小于第二次,A,对地位移,由,W,=,Fl,可知,W,1,W,2,所以选项A正确。,16/40,2-2,(安徽第三次联考,24)如图所表示,一轻弹簧一端与竖直墙壁相,连,另一端与放在光滑水平面上长木板左端接触,轻弹簧处于原长,长,木板质量为,M,一物块以初速度,v,0,从长木板右端向左滑上长木板,在,长木板向左运动过程中,物块一直相对于木板向左滑动,物块质量,为,m,物块与长木板间动摩擦因数为,轻弹簧劲度系数为,k,当弹簧,压缩量到达最大时,物块刚好滑到长木板中点,且相对于木板速,度刚好为零,此时弹簧取得最大弹性势能为,E,p,。(已知弹簧形变量为,x,弹力做功,W,=,kx,2,)求:,(1)物块滑上长木板一瞬间,长木板加速度大小;,(2)长木板向左运动最大速度;,(3)长木板长度。,17/40,答案,(1),(2),(3),解析,(1)物块滑上长木板一瞬间,弹簧不会发生突变,所以长木板水,平方向只受摩擦力,长木板受到合外力等于滑块对长木板摩擦力,即,F,=,mg,(1分),由牛顿第二定律有,F,=,Ma,(2分),得,a,=,(1分),(2)当长木板速度到达最大时,弹簧弹力等于滑块对长木板摩擦,18/40,力,设此时弹簧压缩量为,x,则,kx,=,mg,(1分),得,x,=,(1分),长木板从开始运动到速度最大过程中,设最大速度为,v,依据动能定理,有,mgx,-,kx,2,=,Mv,2,(2分),得,v,=,(1分),(3)当弹簧压缩量最大时,长木板速度为零,此时木块速度也为零,设长木板长为,L,依据能量守恒有,m,=,mg,+,E,p,(2分),得,L,=,(2分),19/40,方法指导,在分析包括能量守恒问题时,要尤其注意包括摩擦力做功能量,转化关系。,(1)静摩擦力做功,单个静摩擦力能够做正功,也能够做负功,还能够不做功。,相互摩擦系统内,一对静摩擦力所做功代数和总为零,即,W,1,+,W,2,=,0。,在静摩擦力做功过程中,只有机械能相互转移(静摩擦力起着传,递机械能作用),而没有机械能转化为其它形式能。,20/40,(2)滑动摩擦力做功,单个滑动摩擦力能够对物体做正功,也能够对物体做负功,当然也可,以不做功。,相互摩擦系统内,一对滑动摩擦力所做功代数和总为负值,其绝,对值恰等于滑动摩擦力与相对旅程乘积,即恰等于系统因摩擦而损失,机械能。(,W,1,+,W,2,=-,Q,其中,Q,就是在摩擦过程中产生内能),一对滑动摩擦力做功过程中,能量转化和转移情况:一是相互,摩擦物体之间机械能转移;二是机械能转化为内能,转化为内能,数值等于滑动摩擦力与相对旅程乘积,即,Q,=,F,f,l,相,。,21/40,考点三传送带模型及能量问题,1.模型构建,传送带是应用较广泛一个传动装置,把物体放到运动着传送带上,物体将在静摩擦力或滑动摩擦力作用下被传送带输送到另一端,该装,置即为传送带模型。,2.模型条件,(1)传送带匀速或加速运动。,(2)物体以初速度,v,0,滑上传送带或轻轻放于传送带上,物体与传送带间有,摩擦力。,(3)物体与传送带之间有相对滑动。,22/40,3.普通分析传送带问题角度有两个,(1)动力学角度:首先要正确分析物体运动过程,做好受力分析,然后利,用运动学公式结合牛顿第二定律求物体及传送带在对应时间内位移,找出物体和传送带之间位移关系。,(2)能量角度:求传送带对物体所做功、物体和传送带因为相对滑动,而产生热量、因放上物体而使电动机多消耗电能等,常依据功效关,系、能量守恒定律求解。,4.传送带模型问题中功效关系分析,(1)功效关系分析:,W,=,E,k,+,E,p,+,Q,。,(2)对,W,和,Q,了解:,传送带做功:,W,=,Fx,传,;,产生内能,Q,=,F,f,x,相对,。,23/40,1.若物体轻轻放在匀速运动传送带上,物体一定要和传送带之间,产生相对滑动,物体一定受到沿传送带前进方向摩擦力。,2.若物体静止在传送带上,与传送带一起由静止开始加速,假如动摩擦因,数较大,则物体随传送带一起加速;假如动摩擦因数较小,则物体将跟不,上传送带运动,相对传送带向后滑动。,3.若物体与水平传送带一起匀速运动,则物体与传送带之间没有摩擦力;,若传送带是倾斜,则物体受到沿传送带向上静摩擦力作用。,24/40,3-1,(多项选择)如图所表示,质量为,m,物体在水平传送带上由静止释放,传送,带由电动机带动,一直保持以速率,v,匀速运动,物体与传送带间动摩擦,因数为,物体过一会儿能保持与传送带相对静止,对于物体从静止释放,到相对传送带静止这一过程,以下说法正确是,(),A.电动机多做功为,mv,2,B.摩擦力对物体做功为,mv,2,C.电动机增加功率为,mgv,D.传送带克服摩擦力做功为,mv,2,25/40,答案,BC由能量守恒知电动机多做功为物体动能增量,和,摩擦生热(,Q,),选项A错;依据动能定理,可得摩擦力对物体做功为,W,f,=,mg,t,=,mv,2,选项B正确;电动机增加功率,P,=,=,=,mgv,选项C正确;因为传送带与物体共速之前,传送带,旅程(,vt,)是物体旅程,2倍,所以传送带克服摩擦力做功是摩擦力,对物体做功2倍,即,mv,2,选项D错误。,26/40,3-2,(东北三省四市联合体二模,24)如图甲所表示,倾斜传送带以,恒定速度逆时针运行。在,t,=0时刻,将质量为1.0 kg物块(可视为质,点)无初速度地放在传送带最上端,A,点,经过1.0 s,物块从最下端,B,点,离开传送带。取沿传送带向下为速度正方向,则物块对地速度随时,间改变图像如图乙所表示(,g,=10 m/s,2,),求:,(1)物块与传送带间动摩擦因数;,(2)从,A,到,B,过程中,传送对物块做功。,27/40,答案,(1)0.35(2)-3.75 J,解析,(1)图像可知,物块在前0.5 s加速度为:,a,1,=,=8 m/s,2,后0.5 s加,速度为:,a,2,=,=2 m/s,2,物块在前0.5 s受到滑动摩擦力沿传送带向下,由牛顿第二定律得:,28/40,mg,sin,+,mg,cos,=,ma,1,物块在后0.5 s受到滑动摩擦力沿传送带向上,由牛顿第二定律得:,mg,sin,-,mg,cos,=,ma,2,解得:,=,0.35,(2)由,v,-,t,图像中面积所表示意义可知,在前0.5 s,物块对地位移为:,x,1,=,t,1,则摩擦力对物块做功:,W,1,=,mg,cos,x,1,在后0.5 s,物块对地位移为:,x,2,=,t,2,则摩擦力对物块做功:,W,2,=-,mg,cos,x,2,所以传送带对物块做总功:,W,=,W,1,+,W,2,联立解得:,W,=-3.75 J,29/40,另解:依据动能定理:,W,G,+,W,f,=,m,W,G,=,mgx,sin,x,=,x,1,+,x,2,可解得:,W,f,=-3.75 J,30/40,方法指导,1.传送带上动力学问题分析思绪,(1)明确研究对象。,(2)对研究对象进行受力分析、过程分析和状态分析,建立清楚物理,模型。,(3)利用牛顿运动定律和运动学规律列方程处理物体运动问题。,(4)利用能量转化和守恒观点,处理传送带问题中功效转化问题。,2.传送带模型问题分析流程,31/40,考点四机械能守恒与动能定理区分和联络,机械能守恒定律和动能定理是力学中两条主要规律,在物理学中,占有主要地位。,1.共同点:机械能守恒定律和动能定理都是从做功和能量改变角度来,研究物体在力作用下状态改变。表示这两个规律方程式是标量,式。,2.不一样点:机械能守恒定律成立有条件限制,即只有重力或系统内弹力,做功;而动能定理成立没有条件限制,它不但允许重力做功,还允许其,他力做功。,32/40,注意,机械能守恒成立条件是“在只有重力做功或系统内弹力做,功情况下”,“只有重力做功或系统内弹力做功”不等于“只受重力,或系统内弹力作用”,若系统除受重力、系统内弹力之外,还受其它力,作用,但这些力不做功或对系统做功代数和为零,则系统机械能仍,守恒。,33/40,1.动能定理普通适合用于单个物体情况,用于多个物体组成系统,情况在高中阶段非常少见;而机械能守恒定律适合用于由两个(或两个,以上)物体所组成系统。,2.物体所受合外力做功等于动能改变;除重力和系统内弹力以外,其它力做总功等于机械能改变。,3.联络:由动能定理能够推导出机械能守恒定律。,34/40,A.,A,物体机械能增大,B.,A,、,B,组成系统重力势能增大,C.下落时间,t,过程中,A,机械能降低了,mg,2,t,2,D.下落时间,t,时,B,所受拉力瞬时功率为,mg,2,t,4-1,如图所表示,质量分别为2,m,和,m,A,、,B,两物体用绕过轻质定滑轮,不可伸长轻绳相连,开始两物体处于同一高度,绳处于绷紧状态,轻绳,足够长,不计一切摩擦。现将两物体由静止释放,在,A,落地之前运动,中,以下说法中正确是(),35/40,力势能减小,选项A、B错误。释放后,A,、,B,物体都做初速度为零匀加,速直线运动,由牛顿第二定律得2,mg,-,mg,=3,ma,故加速度大小,a,=,g,t,时间,内,A,物体下降高度为,h,=,gt,2,绳子拉力大小为,F,=2,mg,-2,ma,=,mg,;拉力对,A,物体所做负功为,mg,2,t,2,则,A,物体机械能降低,mg,2,t,2,选项C正确;下落时,间,t,时,B,物体运动速度为,v,B,=,at,=,gt,拉力功率大小为,mg,2,t,选项D错,误。,答案,C在,A,下落过程中,A,、,B,均做加速运动,动能均增加,A,机械,能减小,B,机械能增大,A,、,B,系统机械能守恒,则,A,、,B,组成系统重,36/40,4-2,(福建毕业班质量检测,25)如图,倾角,=30,光滑斜面底端固,定一块垂直于斜面挡板。将长木板,A,静置于斜面上,A,上放置一小物,块,B,初始时,A,下端与挡板相距,L,=4 m,现同时无初速释放,A,和,B,。已知在,A,停顿运动之前,B,一直没有脱离,A,且不会与挡板碰撞,A,和,B,质量均为,m,=,1 kg,它们之间动摩擦因数,=,A,或,B,与挡板每次碰撞损失动能均,为,E,=10 J,忽略碰撞时间,重力加速度大小,g,取10 m/s,2,。求:,37/40,(1),A,第一次与挡板碰撞前瞬间速度大小,v,;,(2),A,第一次与挡板碰撞到第二次与挡板碰撞时间,t,;,(3),B,相对于,A,滑动可能最短时间,t,。,答案,(1)2,m/s,(2),s,(3),s,解析,(1)释放后,A,和,B,一起沿斜面向下运动,在,A,第一次与挡板碰撞前,系统机械能守恒:2,mgL,sin,=,(2,m,),v,2,(4分),解得,v,=2,m/s(2分),(2),A,第一次与挡板碰撞后,对,B,有,mg,sin,=,mg,cos,故,B,匀速下滑,(2,38/40,分),对,A,有,mg,sin,+,mg,cos,=,ma,1,(1分),解得,A,加速度,a,1,=10 m/s,2,方向沿斜面向下,故,A,将做类竖直上抛运动,(1分),设,A,第一次反弹速度大小为,v,1,由动能定理得,mv,2,-,m,=,E,(1分),t,=,(1分),解得:,t,=,s(1分),(3)设,A,第二次反弹速度大小为,v,2,由动能定理有,mv,2,-,m,=2,E,(1分),39/40,解得:,v,2,=0,(1分),则,A,与挡板第二次碰后停在底端,B,继续匀速下滑,设与挡板碰后,B,反弹,速度为,v,加速度大小为,a,由动能定理有,mv,2,-,mv,2,=,E,(1分),mg,sin,+,mg,cos,=,ma,(1分),解得:,B,沿,A,向上做匀减速运动时间,t,2,=,=,s(1分),当,B,速度为0时,因,mg,sin,=,mg,cos,B,将静止在,A,上,(1分),当,A,停顿运动时,B,恰好匀速滑至挡板处,B,相对,A,运动时间,t,最短,故,t,=,t,+,t,2,=,s(1分),40/40,
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