第五章专题突破功能关系能量守恒定律课件.pptx

1创新设计创新设计核心素养培养专题突破功能关系能量守恒定律专题突破功能关系能量守恒定律2创新设计创新设计核心素养培养功能关系的理解和应用功能关系的理解和应用力学中常见的功能关系力学中常见的功能关系3创新设计创新设计核心素养培养【例例1】(2017全全国国卷卷)一一质质量量为为8.00104 kg的的太太空空飞飞船船从从其其飞飞行行轨轨道道返返回回地地面面。飞飞船船在在离离地地面面高高度度1.60105 m 处处以以7.5103 m/s的的速速度度进进入入大大气气层层，逐逐渐渐减减慢慢至至速速度度为为100 m/s时时下下落落到到地地面面。取取地地面面为为重重力力势势能能零零点点，在在飞飞船船下下落落过过程程中中，重重力力加加速速度度可可视为常量，大小取为视为常量，大小取为9.8 m/s2(结果保留结果保留2位有效数字位有效数字)。(1)分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；(2)求求飞飞船船从从离离地地面面高高度度600 m处处至至着着地地前前瞬瞬间间的的过过程程中中克克服服阻阻力力所所做做的的功功，已已知知飞飞船船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。4创新设计创新设计核心素养培养式式中中，m和和v0分分别是是飞船船的的质量量和和着着地地前前瞬瞬间的的速速率率。由由式式和和题给数数据据得得Ek04.0108 J式式中中，vh是是飞船船在在高高度度1.6105 m处的的速速度度大大小小。由由式式和和题给数数据据得得Eh2.41012 J5创新设计创新设计核心素养培养由功能关系得由功能关系得WEhEk0式中，式中，W是是飞船从高度船从高度600 m处至着地瞬至着地瞬间的的过程中克服阻力所做的功。程中克服阻力所做的功。由由式和式和题给数据得数据得W9.7108 J答案答案(1)4.0108 J2.41012 J(2)9.7108 J6创新设计创新设计核心素养培养功能关系的选取方法功能关系的选取方法(1)若只涉及若只涉及动能的能的变化用化用动能定理。能定理。(2)只涉及重力只涉及重力势能的能的变化，用重力做功与重力化，用重力做功与重力势能能变化的关系分析。化的关系分析。(3)只只涉涉及及机机械械能能变化化，用用除除重重力力和和弹簧簧的的弹力力之之外外的的力力做做功功与与机机械械能能变化化的关系分析。的关系分析。7创新设计创新设计核心素养培养1.(2019山山东东烟烟台台测测试试)质质量量为为m的的物物体体在在竖竖直直向向上上的的恒恒定定拉拉力力F的的作作用用下下，由由静静止止开开始始向向上上运运动动H髙髙度度，所所受受空空气气阻阻力力恒恒为为f，g为为当当地地的的重重力力加加速速度度。则则此此过过程程中中，下列说法正确的是下列说法正确的是()A.物体的动能增加了物体的动能增加了(Fmg)HB.物体的重力势能增加了物体的重力势能增加了mgHC.物体的机械能减少了物体的机械能减少了fHD.物体的机械能增加了物体的机械能增加了FH8创新设计创新设计核心素养培养答案答案B解解析析物物体体受受到到重重力力、拉拉力力以以及及空空气气的的阻阻力力，由由动能能定定理理有有Ek(Fmgf)H，选项A错误；重重力力的的功功为mgH，所所以以物物体体的的重重力力势能能增增加加了了mgH，选项B正正确确；除除重重力力外外物物体体受受到到拉拉力力和和阻阻力力，所所以以物物体体的的机机械械能能增增加加E(Ff)H，选项C、D错误。9创新设计创新设计核心素养培养图图1A.弹力对小球先做正功后做负功弹力对小球先做正功后做负功B.有两个时刻小球的加速度等于重力加速度有两个时刻小球的加速度等于重力加速度C.弹簧长度最短时，弹力对小球做功的功率为零弹簧长度最短时，弹力对小球做功的功率为零D.小球到达小球到达N点时的动能等于其在点时的动能等于其在M、N两点的重力势能差两点的重力势能差10创新设计创新设计核心素养培养答案答案BCD11创新设计创新设计核心素养培养图图212创新设计创新设计核心素养培养答案答案A13创新设计创新设计核心素养培养能量守恒定律的应用能量守恒定律的应用1.对能量守恒定律的两点理解对能量守恒定律的两点理解(1)转化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和增加量一定相等(2)转移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和增加量相等14创新设计创新设计核心素养培养2.能量转化问题的解题思路能量转化问题的解题思路(1)当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律。当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律。(2)解解题题时时，首首先先确确定定初初、末末状状态态，然然后后分分析析状状态态变变化化过过程程中中哪哪种种形形式式的的能能量量减减少少，哪哪种种形形式式的的能能量量增增加加，求求出出减减少少的的能能量量总总和和E减减与与增增加加的的能能量量总总和和E增增，最后由，最后由E减减E增增列式求解。列式求解。15创新设计创新设计核心素养培养图图316创新设计创新设计核心素养培养可解得可解得v2 m/s。(1)物体物体A向下运动刚到达向下运动刚到达C点时的速度大小；点时的速度大小；(2)弹簧的最大压缩量；弹簧的最大压缩量；(3)弹簧的最大弹性势能。弹簧的最大弹性势能。17创新设计创新设计核心素养培养解得解得Epm6 J。(3)设弹簧的最大簧的最大弹性性势能能为Epm答案答案(1)2 m/s(2)0.4 m(3)6 J18创新设计创新设计核心素养培养多过程问题的解题技巧多过程问题的解题技巧(1)“合合”初步了解全初步了解全过程，构建大致的运程，构建大致的运动图景。景。(2)“分分”将全将全过程程进行分解，分析每个行分解，分析每个过程的程的规律。律。(3)“合合”找到子找到子过程的程的联系，系，寻找解找解题方法。方法。19创新设计创新设计核心素养培养图图41.如如图图4所所示示，吊吊车车下下方方吊吊着着一一个个质质量量为为200 kg的的重重物物，处处于于静静止止状状态态，某某时时刻刻开开始始，吊吊车车以以4 kW的的恒恒定定功功率率将将重重物物向向上上吊吊起起，经经t2 s重重物物达达到到最最大大速速度度。忽忽略略空空气气阻阻力力，取取g10 m/s2，则则在这段在这段t时间内时间内()A.重物的最大速度为重物的最大速度为2 m/sB.重物做匀变速直线运动重物做匀变速直线运动C.重物先处于超重状态后处于失重状态重物先处于超重状态后处于失重状态D.重物克服重力做功的平均功率为重物克服重力做功的平均功率为2 kW20创新设计创新设计核心素养培养答案答案A21创新设计创新设计核心素养培养图图522创新设计创新设计核心素养培养(1)若弹簧劲度系数为若弹簧劲度系数为k，求轻杆开始移动时，弹簧的压缩量，求轻杆开始移动时，弹簧的压缩量x；(2)求小车离开弹簧瞬间的速度求小车离开弹簧瞬间的速度v；(3)在在轻轻杆杆运运动动的的过过程程中中，试试分分析析小小车车的的运运动动是是不不是是匀匀变变速速运运动动？如如果果不不是是请请说说明明理理由由，如果是请求出加速度如果是请求出加速度a。23创新设计创新设计核心素养培养24创新设计创新设计核心素养培养摩擦力做功与能量转化的关系摩擦力做功与能量转化的关系1.两种摩擦力的做功情况比较两种摩擦力的做功情况比较类别类别比较比较静摩擦力静摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力不同点不同点能量的转化方面能量的转化方面只有能量的转移，而没有能量只有能量的转移，而没有能量的转化的转化既有能量的转移，又有能量的既有能量的转移，又有能量的转化转化一对摩擦力的总功方一对摩擦力的总功方面面一对静摩擦力所做功的代数和一对静摩擦力所做功的代数和等于零等于零一对滑动摩擦力所做功的代数一对滑动摩擦力所做功的代数和不为零，总功和不为零，总功WFfl相对相对，即相对滑动时产生的热量即相对滑动时产生的热量相同点相同点正功、负功、不做功正功、负功、不做功方面方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功25创新设计创新设计核心素养培养2.三步求解相对滑动物体的能量问题三步求解相对滑动物体的能量问题26创新设计创新设计核心素养培养图图6(1)摩擦力对工件做的功是多少？摩擦力对工件做的功是多少？(2)工件与传送带间因摩擦而产生的内能是多少？工件与传送带间因摩擦而产生的内能是多少？27创新设计创新设计核心素养培养工件后做匀速运工件后做匀速运动，位移，位移为x25 mx14.2 m摩擦力摩擦力对工件做的功工件做的功为W2mgx2sin，得出，得出W221 J所以摩擦力所以摩擦力对工件做的功工件做的功为WW1W227 J在工件匀加速在工件匀加速时传送送带的位移的位移为s1vt11.6 m工件与工件与传送送带间因摩擦而因摩擦而产生的内能生的内能为Qmg(s1x1)cos，得出，得出Q6 J答案答案(1)27 J(2)6 J28创新设计创新设计核心素养培养图图729创新设计创新设计核心素养培养(1)滑块到达滑块到达B端时，轨道对它支持力的大小；端时，轨道对它支持力的大小；(2)车被锁定时，车右端距轨道车被锁定时，车右端距轨道B端的距离；端的距离；(3)从从车车开开始始运运动动到到被被锁锁定定的的过过程程中中，滑滑块块与与车车上上表表面面间间由由于于摩摩擦擦而而产产生生的的热热量量大大小。小。30创新设计创新设计核心素养培养答案答案(1)30 N(2)1 m(3)6 J(2)设m滑滑上上小小车后后经过时间t1与与小小车同同速速，共共同同速速度度大大小小为v，设滑滑块的的加加速速度度大大小小为a1，小，小车的加速度大小的加速度大小为a2对滑滑块有有mgma1，vvBa1t1对于小于小车：mgMa2，va2t1解得解得v1 m/s，t11 s，因因t1t0，故故滑滑块与与小小车同同速速后后，小小车继续向向左左匀匀速速行行驶了了0.5 s，则小小车右右端端距距B端端的的距距离离为31创新设计创新设计核心素养培养1.(多多选)如如图图8所所示示，质质量量为为m的的滑滑块块以以一一定定初初速速度度滑滑上上倾倾角角为为的的固固定定斜斜面面，同同时时施施加加一一沿沿斜斜面面向向上上的的恒恒力力F2mgsin；已已知知滑滑块块与与斜斜面面间间的的动动摩摩擦擦因因数数tan，取取出出发发点点为为参参考考点点，能能正正确确描描述述滑滑块块运运动动到到最最高高点点过过程程中中产产生生的的热热量量Q、滑滑块块动动能能Ek、机机械械能能E随随时时间间t的的关关系系及及重重力力势势能能Ep随随位位移移x关关系的是系的是()图图832创新设计创新设计核心素养培养答案答案AC解解析析根根据据滑滑块与与斜斜面面间的的动摩摩擦擦因因数数tan 可可知知，滑滑动摩摩擦擦力力等等于于重重力力沿沿斜斜面面向向下下的的分分力力。施施加加一一沿沿斜斜面面向向上上的的恒恒力力F2mgsin，则滑滑块做做匀匀速速直直线运运动，所所以以Ek保保持持不不变，选项B错误；滑滑块位位移移x与与时间t成成正正比比，产生生的的热量量QFfx，所所以以产生生的的热量量Q与与时间t成成正正比比，选项A正正确确；则重重力力势能能随随位位移移x均匀增大，滑均匀增大，滑块的机械能增加，的机械能增加，选项C正确，正确，D错误。33创新设计创新设计核心素养培养图图92.如如图图9所所示示，质质量量为为m的的物物体体在在水水平平传传送送带带上上由由静静止止释释放放，传传送送带带由由电电动动机机带带动动，始始终终保保持持以以速速度度v匀匀速速运运动动，物物体体与与传传送送带带间间的的动动摩摩擦擦因因数数为为，物物体体过过一一会会儿儿能能保保持持与与传传送送带带相相对对静静止止，对对于于物体从静止释放到相对静止这一过程下列说法正确的是物体从静止释放到相对静止这一过程下列说法正确的是()34创新设计创新设计核心素养培养答案答案A35创新设计创新设计核心素养培养科学态度与责任系列科学态度与责任系列生产、生活中的能量问题生产、生活中的能量问题1.与与生生产产、生生活活相相联联系系的的能能量量守守恒恒问问题题往往往往具具有有试试题题情情景景新新颖颖，所所叙叙述述的的内内容容可可能能平平时很少涉及，但问题的实质仍是能量转化与守恒定律的应用。时很少涉及，但问题的实质仍是能量转化与守恒定律的应用。2.对对于于该该类类问问题题，可可通通过过认认真真读读题题，确确定定所所研研究究的的物物理理过过程程的的初初、末末状状态态，分分析析在在状状态态变变化化过过程程中中哪哪些些形形式式的的能能量量减减少少了了，又又有有哪哪些些形形式式的的能能量量增增加加了了，然然后后根根据据E减减E增增列式求解。列式求解。36创新设计创新设计核心素养培养1.如如图图10是是安安装装在在列列车车车车厢厢之之间间的的摩摩擦擦缓缓冲冲器器结结构构图图。图图中中和和为为楔楔块块，和和为为垫垫板板，楔楔块块与与弹弹簧簧盒盒、垫垫板板间间均均有有摩摩擦擦。在在车车厢厢相相互互撞撞击击使使弹弹簧簧压压缩缩的的过过程程中中()一、列车车厢间的缓冲装置一、列车车厢间的缓冲装置图图10A.缓冲器的机械能缓冲器的机械能守恒守恒B.摩擦力做功消耗机械能摩擦力做功消耗机械能C.垫板的动能全部转化为垫板的动能全部转化为内能内能D.弹簧的弹性势能全部转化为动能弹簧的弹性势能全部转化为动能37创新设计创新设计核心素养培养答案答案B解解析析在在车厢相相互互撞撞击使使弹簧簧压缩过程程中中，由由于于要要克克服服摩摩擦擦力力做做功功，且且缓冲冲器器所所受受合合外外力力做做功功不不为零零，因因此此机机械械能能不不守守恒恒，选项A错误；克克服服摩摩擦擦力力做做功功消消耗耗机机械械能能，选项B正正确确；撞撞击以以后后垫板板和和车厢有有相相同同的的速速度度，因因此此动能能并并不不为零零，选项C错误；压缩弹簧簧过程程弹簧簧的的弹性性势能能增增加加，并并没没有有减减少少，选项D错误。38创新设计创新设计核心素养培养2.在在儿儿童童乐乐园园的的蹦蹦床床项项目目中中，小小孩孩在在两两根根弹弹性性绳绳和和蹦蹦床床的的协协助助下下实实现现上上下下弹弹跳跳。如如图图11所所示示，某某次次蹦蹦床床活活动动中中小小孩孩静静止止时时处处于于O点点，当当其其弹弹跳跳到到最最高高点点A后后下下落落可可将将蹦蹦床床压压到到最最低低点点B，小小孩孩可可看看成成质质点点，不不计计空空气气阻阻力力，下下列列说说法法正正确确的的是是()二、儿童乐园中的蹦床运动二、儿童乐园中的蹦床运动图图11A.从从A运动到运动到O，小孩重力势能减少量大于动能增加量，小孩重力势能减少量大于动能增加量B.从从O运动到运动到B，小孩动能减少量等于蹦床弹性势能增加量，小孩动能减少量等于蹦床弹性势能增加量C.从从A运动到运动到B，小孩机械能减少量小于蹦床弹性势能增加量，小孩机械能减少量小于蹦床弹性势能增加量D.若从若从B返回到返回到A，小孩机械能增加量等于蹦床弹性势能减少量，小孩机械能增加量等于蹦床弹性势能减少量39创新设计创新设计核心素养培养答案答案A解解析析从从A运运动到到O，小小孩孩重重力力势能能减减少少量量等等于于动能能增增加加量量与与弹性性绳的的弹性性势能能的的增增加加量量之之和和，选项A正正确确；从从O运运动到到B，小小孩孩动能能和和重重力力势能能的的减减少少量量等等于于弹性性绳和和蹦床床的的弹性性势能能的的增增加加量量，选项B错误；从从A运运动到到B，小小孩孩机机械械能能减减少少量量大大于于蹦床床弹性性势能能增增加加量量，选项C错误；若若从从B返返回回到到A，小小孩孩机机械械能能增增加量等于加量等于蹦床和床和弹性性绳弹性性势能减少量之和，能减少量之和，选项D错误。40创新设计创新设计核心素养培养3.构构建建和和谐谐型型、节节约约型型社社会会深深得得民民心心，节节能能器器材材遍遍布布于于生生活活的的方方方方面面面面，自自动动充充电电式式电电动动车车就就是是很很好好的的一一例例，电电动动车车的的前前轮轮装装有有发发电电机机，发发电电机机与与蓄蓄电电池池连连接接。当当骑骑车车者者用用力力蹬蹬车车或或电电动动车车自自动动滑滑行行时时，电电动动车车就就可可以以连连通通发发电电机机向向蓄蓄电电池池充充电电，将将其其他他形形式式的的能能转转化化成成电电能能储储存存起起来来。现现有有某某人人骑骑车车以以5 kJ的的初初动动能能在在粗粗糙糙的的水水平平路路面面上上滑滑行行，第第一一次次关关闭闭自自动动充充电电装装置置，让让车车自自由由滑滑行行，其其动动能能随随位位移移变变化化关关系系如如图图12直直线线a所所示示；第第二二次次启启动动自自动动充充电电装装置置，其其动动能能随随位位移移变变化化关关系系如如图图曲曲线线b所所示示，则则第第二二次次向向蓄蓄电电池池所所充充的的电电能能可接近可接近()三、自动充电式电动车三、自动充电式电动车图图12A.5 kJ B.4 kJ C.3 kJ D.2 kJ41创新设计创新设计核心素养培养答案答案D42创新设计创新设计核心素养培养4.飞飞机机场场上上运运送送行行李李的的装装置置为为一一水水平平放放置置的的环环形形传传送送带带，如如图图13所所示示，AB、CD段段为为直直线线，BC段段为为同同心心半半圆圆，其其中中的的虚虚线线为为半半径径为为R的的半半圆圆弧弧。每每隔隔时时间间t将将质质量量为为m的的行行李李依依次次轻轻轻轻放放到到传传送送带带上上A端端，在在D端端附附近近看看到到相邻行李间的距离均为相邻行李间的距离均为L。求：。求：四、飞机场上运送行李的传送带四、飞机场上运送行李的传送带图图13(1)传送带运行的速度传送带运行的速度v；(2)在在BC段每一个工件受到的摩擦力大小段每一个工件受到的摩擦力大小f；(3)每件行李放至传送带后与传送带摩擦产生的热量每件行李放至传送带后与传送带摩擦产生的热量Q。43创新设计创新设计核心素养培养44创新设计创新设计核心素养培养(3)设工工件件与与传送送带间的的动摩摩擦擦因因数数为，工工件件相相对传送送带滑滑动的的时间为t0，加加速度速度为a，则mgma，vat045本节内容结束