1、第17讲 功能关系和能量守恒定律,-2-,-3-,考点一,考点二,考点三,功和能量变化的关系 核心知识整合 1.对功能关系的理解 (1)做功的过程就是能量转化的过程。不同形式的能量发生相互转化是通过做功来实现的。 (2)功是能量转化的量度,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。,-4-,考点一,考点二,考点三,2.几种常见的功能关系,减少,增加,减少,增加,增加,减少,增加,减少,-5-,考点一,考点二,考点三,关键能力提升 命题点一 功能关系 【例1】 (2018浙江宁波高一下学期期末)如图所示,一质量为m的
2、小球固定于轻质弹簧的一端,弹簧的另一端固定于O点。将小球拉至A点,弹簧恰好无形变,由静止释放小球,当小球运动到O点正下方与A点的竖直高度差为h的B点时,速度大小为v。已知重力加速度为g,下列说法正确的是( ),答案,解析,-6-,考点一,考点二,考点三,【例2】 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,加速度大小等于重力加速度的大小g。物块上升的最大高度为h,则此过程中,物块的( ),答案,解析,-7-,考点一,考点二,考点三,思路点拨1.功是能量转化的量度:做功的过程是能量转化的过程,做了多少功,就伴随着有多少能量发生转化;反之,转化
3、了多少能量就说明做了多少功。 2.牢记三条功能关系 (1)重力做的功等于重力势能的变化,弹力做的功等于弹性势能的变化。 (2)合外力做的功等于动能的变化。 (3)除重力、弹力外,其他力做的功等于机械能的变化。,-8-,考点一,考点二,考点三,命题点二 含弹簧类能量守恒问题 【例3】 如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC=h。圆环在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A。弹簧始终在弹性限度内,重力加速度为g。则圆环 ( ),答案,解析,-9-,考点一,考点二,
4、考点三,【例4】 如图所示,光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相切,半圆形导轨的半径为r。一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放,在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧,当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍,之后向上运动恰能到达最高点C,C、O、B三点的同一竖直线上。不计空气阻力,试求:(1)物体在A点时弹簧的弹性势能。 (2)物体从B点运动至C点的过程中产生的内能。,-10-,考点一,考点二,考点三,-11-,考点一,考点二,考点三,摩擦力做功的特点及应用 核心知识整合 1.静摩擦力做功的特点 (1)静摩擦力可以做 功,也可以做 功,还可以不做功。 (2
5、)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于 。 (3)静摩擦力做功时,只有机械能的相互转移,不会转化为内能。,正,负,零,-12-,考点一,考点二,考点三,2.滑动摩擦力做功的特点 (1)滑动摩擦力可以做 功,也可以做 功,还可以不做功。 (2)相互间存在滑动摩擦力的系统内,一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果: 机械能全部转化为内能; 有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移,另外一部分转化为内能。 (3)摩擦生热的计算:Q=Ffx相对。其中x相对为相互摩擦的两个物体间的 。,正,负,相对位移,-13-,考点一,考点二,考点三,关键能力提升 命题点一 木板滑块模型 【例5】 如图所示,木块A放在
6、木块B的左上端,两木块间的动摩擦因数为。用水平恒力F将木块A拉至B的右端,第一次将B固定在地面上,F做的功为W1,系统产生的热量为Q1;第二次让B可以在光滑地面上自由滑动,F做的功为W2,系统产生的热量为Q2,下列判断正确的是( ) A.W1W2 C.Q1Q2 思路点拨摩擦生热的计算:Q=Ffx相对。其中x相对为相互摩擦的两个物体间的相对位移。,答案,解析,-14-,考点一,考点二,考点三,【例6】 如图所示,质量为m的木块放在光滑的水平面上,质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块,并最终留在木块中与木块一起以速度v运动。已知当子弹相对木块静止时,木块前进距离为l,子弹进入木块的深度为d,
7、若木块对子弹的阻力Ff视为恒定,则下列关系式错误的是( ),答案,解析,-15-,考点一,考点二,考点三,命题点二 传送带模型 【例7】 足够长的传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小物体A由静止轻放于传送带上,若小物体与传送带之间的动摩擦因数为,如图所示,当物体与传送带相对静止时,转化为内能的能量为( ),答案,解析,-16-,考点一,考点二,考点三,【例8】 (多选)如图所示,质量m=1 kg的物体从高为h=0.2 m的光滑轨道上P点由静止开始下滑,滑到水平传送带上的A点,物体和传送带之间的动摩擦因数为=0.2,传送带AB之间的距离为L=5 m,传送带一直以v=4 m/s的速度匀速运动,则
8、( )A.物体从A运动到B的时间是1.5 s B.物体从A运动到B的过程中,摩擦力对物体做功为2 J C.物体从A运动到B的过程中,产生的热量为2 J D.物体从A运动到B的过程中,带动传送带转动的电动机多做的功为10 J,答案,解析,-17-,考点一,考点二,考点三,方法技巧1.动力学分析:分别对滑块和木板进行受力分析,求出各自的加速度;从放上滑块到二者速度相等所用时间相等,求出共同速度v和所用时间t,然后由位移公式可分别求出二者的位移。2.功和能分析:对滑块和木板分别运用动能定理,或者对系统运用能量守恒定律。如图所示,要注意区分三个位移: 求摩擦力对滑块做功时用滑块对地的位移x滑; 求摩擦
9、力对木板做功时用木板对地的位移x板; 求摩擦生热时用相对滑动的位移x相。,-18-,考点一,考点二,考点三,能量守恒定律及应用 核心知识整合 1.内容 能量既不会凭空 ,也不会凭空消失,它只能从一种形式为另一种形式,或者从一个物体 到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量 。 2.表达式:E减= 。 3.基本思路 (1)某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且变化量一定相等。 (2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且变化量一定相等。,产生,转化,转移,保持不变,E增,-19-,考点一,考点二,考点三,4.节约能源的意义:能量的耗散表明,在能源的利用过程中,即在能量
10、的转化过程中,能量在数值上虽未减少,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的变成了不便于利用的了。,-20-,考点一,考点二,考点三,关键能力提升 命题点一 能量和能源 【例9】 以下关于能量和能源的认识,正确的是( ) A.“永动机”违反了能量的转化和守恒定律 B.因为能量不会消失,所以我们没必要节约能源 C.石油、天然气都是自然界自主生成的可再生能源 D.我国煤炭和石油的资源丰富,不需要大力开发新能源,答案,解析,-21-,考点一,考点二,考点三,易错警示能量既不会消亡,也不会创生,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另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量保持不变。,-22
11、-,考点一,考点二,考点三,命题点二 生活实例中的能量守恒问题 【例10】 (2018浙江新高考联盟)风力发电是一种环保的电能获取方式。图为某风力发电站外观图。假设当地水平风速约为10 m/s,该风力发电站利用风的动能转化为电能的效率约为20%,风力发电机的叶片长度为10 m,空气的密度是1.29 kg/m3,某一工厂用电的功率为320 kW,则大约需要多少台这样风力发电机同时为该工厂供电?( )A.6 B.8 C.10 D.12,答案,解析,-23-,考点一,考点二,考点三,【例11】 (2018浙江东阳中学月考)某水力发电站的水位平均落差为50 m,每秒约有6106 kg的水用来发电,水的
12、重力势能有10%转化为电能,则下列说法正确的是 ( ) A.每秒水减少的重力势能约为3108 J B.发电的平均功率约为6108 W C.每天的发电量约为7.2106 kWh D.若将这些电能以0.5元/度的价格卖出,则一年可收入约3 600万元,答案,解析,-24-,1,2,3,4,5,1.(2018浙江诸暨中学期中)低碳生活是一种绿色而又环保的新型生活方式,日常生活注意节电、节油、节气、节水,从点滴做起,保护环境,保护地球。下列关于能源与能量理解正确的是( ) A.能量是守恒,没有必要提倡节约能源 B.能量耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失 C.自然界中石油、煤炭等能源取之不尽
13、,用之不竭,只需不断开发 D.人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等能再生的新能源,答案,解析,-25-,1,2,3,4,5,答案,解析,-26-,1,2,3,4,5,3.(2018浙江杭州高考命题预测)在电影飞屋环游记中,主角用一簇气球使他的房子成功升空。小屋从地面静止出发匀加速运动,它加速上升到h处时,速度达到了v,不计小屋受到的浮力和空气阻力,则在这一过程中( )A.绳对小屋的拉力等于小屋的重力 B.绳对小屋的拉力做的功等于小屋动能的增量 C.绳对小屋的拉力做的功等于小屋机械能的增量 D.绳对小屋的拉力和小屋重力对小屋做的总功等于小屋机械能的增量,答案,解析,-27-,1,2,3,4
14、,5,4.(20172018学年浙江嘉兴高二第一学期期末)一质量为1 kg的物体被人用手由静止向上提升0.5 m,这时物体的速度是1 m/s,则下列说法中正确的是( ) A.重力对物体做功5 J B.物体机械能增加5.5 J C.合外力对物体做功5.5 J D.手对物体做功0.5 J,答案,解析,-28-,1,2,3,4,5,5.(多选)如图所示,运动员在粗糙塑胶跑道上负重起跑训练,较粗轻质弹性橡皮条一段跨套在运动员的腰上,另一端系住加重汽车轮胎上,起跑过程中可简化如下:运动员起跑拉动橡皮条使其变长,稍后轮胎在橡皮条牵引下开始运动,最后轮胎与运动员一起运动,在负重起跑时,橡皮条从原长拉伸到最长过程中,下列说法正确的是( )A.橡皮条增加的弹性势能等于轮胎动能的增加量 B.橡皮条对轮胎做的正功大于轮胎动能的增加量 C.人和轮胎对橡皮条做的总功等于橡皮条弹性势能的增加 D.橡皮条克服人的拉力做的功等于橡皮条弹性势能的增加,答案,解析,
