第4讲 功能关系 能量守恒定律PPT讲稿.ppt
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1、第4讲 功能关系 能量守恒定律第1页,共43页,编辑于2022年,星期一What flies without wings,strikes without hands,and sees without eyes?第2页,共43页,编辑于2022年,星期一日常生活中蕴藏着许多物理知识,如图日常生活中蕴藏着许多物理知识,如图所示为一个盛水袋,某人从侧面缓慢推所示为一个盛水袋,某人从侧面缓慢推袋壁使它变形则水的势能袋壁使它变形则水的势能 A.增大增大 B.减小减小 C.不变不变 D.不能确定不能确定思考题思考题1第3页,共43页,编辑于2022年,星期一 解析:解析:从侧面缓慢推袋壁使它变形,水的重心
2、升高,从侧面缓慢推袋壁使它变形,水的重心升高,根根 据据Ep=mgh,知重力势能增大故,知重力势能增大故A正确,正确,B、C、D错误故选错误故选A 此题也可以从能量的角度分析,人对水袋做功,此题也可以从能量的角度分析,人对水袋做功,使得水袋的机械能增大,缓慢推,动能不变,所使得水袋的机械能增大,缓慢推,动能不变,所以重力势能增大以重力势能增大 第4页,共43页,编辑于2022年,星期一考点考点1 1 功能关系功能关系1.1.功和能功和能(1)(1)功是功是_的量度,即做了多少功就有多少的量度,即做了多少功就有多少_发生了发生了转化转化.(2)(2)做功的过程一定伴随着做功的过程一定伴随着_,而
3、且,而且_必必须通过做功来实现须通过做功来实现.能量转化能量转化能量的转化能量的转化能量的转化能量的转化能量能量第5页,共43页,编辑于2022年,星期一2.2.常见的几种功能对应关系常见的几种功能对应关系(1)(1)合外力做功等于物体动能的改变,即合外力做功等于物体动能的改变,即W W合合=E=Ek2k2-E-Ek1k1=E=Ek k.(.(动能定动能定理理)(2)(2)重力做功等于物体重力势能的改变,即重力做功等于物体重力势能的改变,即W WG G=E=Ep1p1-E-Ep2p2=-E=-Ep p.(3)(3)弹簧弹力做功等于弹性势能的改变,即弹簧弹力做功等于弹性势能的改变,即W WF F
4、=E=Ep1p1-E-Ep2p2=-E=-Ep p.(4)(4)除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功,等于物体机除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功,等于物体机械能的改变,即械能的改变,即W W其他力其他力=E=E2 2-E-E1 1=E.(=E.(功能原理功能原理)第6页,共43页,编辑于2022年,星期一质量为质量为m m的滑块,沿高为的滑块,沿高为h h,长为,长为L L的粗糙斜面匀速下滑,在滑块从斜面顶端滑的粗糙斜面匀速下滑,在滑块从斜面顶端滑到底端的过程中,下列说法中正确的是到底端的过程中,下列说法中正确的是()()A.A.滑块的机械能减少了滑块的机械能减少了mghmghB.
5、B.重力对滑块所做的功等于重力对滑块所做的功等于mghmghC.C.滑块势能的变化量等于滑块势能的变化量等于mghmghD.D.滑块动能的变化量等于滑块动能的变化量等于mghmgh第7页,共43页,编辑于2022年,星期一【解析】【解析】选选A A、B.B.滑块匀速下滑时,滑动摩擦力滑块匀速下滑时,滑动摩擦力f=mgsin=f=mgsin=故下滑过程中滑动摩擦力做的功为故下滑过程中滑动摩擦力做的功为-f-fL=-mgh,L=-mgh,机械能机械能减少了减少了mghmgh,A A正确;重力做功为正确;重力做功为mghmgh,滑块重力势能的变化量,滑块重力势能的变化量为为-mgh-mgh,故,故B
6、 B正确,正确,C C错误;滑块匀速下滑,动能不变,错误;滑块匀速下滑,动能不变,D D错误错误.第8页,共43页,编辑于2022年,星期一考点考点2 2能量守恒定律能量守恒定律1.1.内容内容:能量既不会凭空能量既不会凭空_,也不会凭空消失,它只能从一,也不会凭空消失,它只能从一种形式种形式_为另一种形式,或者从一个物体为另一种形式,或者从一个物体_到另一个物到另一个物体,在体,在_的过程中其总量的过程中其总量_._.2.2.表达式:表达式:EE减减=_.=_.产生产生转化转化转移转移转化或转移转化或转移保持不变保持不变EE增增第9页,共43页,编辑于2022年,星期一如图所示,质量如图所示
7、,质量m=1 kgm=1 kg、长、长L=0.8 mL=0.8 m的均匀矩形薄板静止在水平桌的均匀矩形薄板静止在水平桌面上,其右端与桌子边缘相平面上,其右端与桌子边缘相平.板与桌面间的动摩擦因数为板与桌面间的动摩擦因数为=0.4.=0.4.现用现用F=5 NF=5 N的水平力向右推薄板,使它翻下桌子,力的水平力向右推薄板,使它翻下桌子,力F F做的功至少为做的功至少为(g(g取取10 m/s10 m/s2 2)()()A.1 J B.1.6 J C.2 J D.4 JA.1 J B.1.6 J C.2 J D.4 J第10页,共43页,编辑于2022年,星期一【解析】【解析】选选B.当板向右平
8、移当板向右平移 =0.4 m时,板即翻下桌子,若此时时,板即翻下桌子,若此时板速度为零,则力板速度为零,则力F做功最少,由能量守恒定律可得做功最少,由能量守恒定律可得WF-mgL =0,WF=mgL=1.6 J.故故B正确正确.【解析】【解析】选选B.当板向右平移当板向右平移 =0.4 m时,板即翻下桌子,若时,板即翻下桌子,若此时板速度为零,则力此时板速度为零,则力F做功最少,做功最少,由能量守恒定律可得由能量守恒定律可得WF-mg =0,WF=mgL=1.6 J.故故B正正确确.第11页,共43页,编辑于2022年,星期一 功能关系的应用技巧功能关系的应用技巧【例证【例证1 1】如图所示,
9、质量为】如图所示,质量为m m的物体的物体(可视为质点可视为质点)以某一速度从以某一速度从A A点冲上倾角为点冲上倾角为3030的固定斜面,其运动的加速度为的固定斜面,其运动的加速度为 此物体此物体在斜面上上升的最大高度为在斜面上上升的最大高度为h h,则在这个过程中物体,则在这个过程中物体()()A.A.重力势能增加了重力势能增加了B.B.重力势能增加了重力势能增加了mghmghC.C.动能损失了动能损失了mghmghD.D.机械能损失了机械能损失了第12页,共43页,编辑于2022年,星期一【解题指南】【解题指南】解答本题应从以下两点重点把握:解答本题应从以下两点重点把握:(1)(1)由物
10、体的加速度和牛顿第二定律确定摩擦阻力的大小和方向由物体的加速度和牛顿第二定律确定摩擦阻力的大小和方向.(2)(2)能量的变化与对应力做功的关系能量的变化与对应力做功的关系.第13页,共43页,编辑于2022年,星期一【自主解答】【自主解答】选选B B、D.D.设物体受到的摩擦阻力为设物体受到的摩擦阻力为f f,由牛顿运动定律得由牛顿运动定律得f+mgsin30=ma=f+mgsin30=ma=解得解得f=f=重力势能的变化由重力做功决定,故重力势能的变化由重力做功决定,故EEp p=mgh.=mgh.动能的变化由合外力做功决定:动能的变化由合外力做功决定:(f+mg(f+mgsin30)sin
11、30)x=max=max x机械能的变化由重力或系统内弹力以外的其他力做功决定,机械能的变化由重力或系统内弹力以外的其他力做功决定,故故E E机械机械=f=fx=x=故故B B、D D正确,正确,A A、C C错误错误.第14页,共43页,编辑于2022年,星期一【总结提升】【总结提升】功能关系的选用技巧功能关系的选用技巧(1)(1)在应用功能关系解决具体问题的过程中在应用功能关系解决具体问题的过程中,若只涉及动能的变化用动能定理分析若只涉及动能的变化用动能定理分析.(2)(2)只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析.(3)
12、(3)只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析析.(4)(4)只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析.第15页,共43页,编辑于2022年,星期一 利用能量守恒定律规范解题利用能量守恒定律规范解题【例证【例证2 2】(15(15分分)如图所示,一物体质量如图所示,一物体质量m=2 kgm=2 kg,在倾角为,在倾角为=37=37的斜面的斜面上的上的A A点以初速度点以初速度v v0 0=3 m/s=3 m/s下滑,下滑,A A点距弹簧上端点距弹
13、簧上端B B的距离的距离AB=4 m.AB=4 m.当物当物体到达体到达B B后将弹簧压缩到后将弹簧压缩到C C点,最大压缩量点,最大压缩量BC=0.2 m,BC=0.2 m,然后物体又被然后物体又被弹簧弹上去,弹到的最高位置为弹簧弹上去,弹到的最高位置为D D点,点,D D点距点距A A点点AD=3 m.AD=3 m.挡板及弹簧挡板及弹簧质量不计,质量不计,g g取取10 m/s10 m/s2 2,sin37=0.6,sin37=0.6,求:求:(1)物体与斜面间的动摩擦因数物体与斜面间的动摩擦因数.(2)弹簧的最大弹性势能弹簧的最大弹性势能Epm.第18页,共43页,编辑于2022年,星期
14、一【规范解答】【规范解答】(1)(1)物体从开始位置物体从开始位置A A点到最后点到最后D D点的过程中,弹性点的过程中,弹性势能没有发生变化,动能和重力势能减少,机械能的减少量为势能没有发生变化,动能和重力势能减少,机械能的减少量为E=EE=Ek k+E+Ep p=mv=mv0 02 2+mg+mglADADsin37 (2sin37 (2分分)物体克服摩擦力产生的热量为物体克服摩擦力产生的热量为Q=fx (2Q=fx (2分分)其中其中x x为物体的路程,即为物体的路程,即x=5.4 m (1x=5.4 m (1分分)f=mgcos37 (1f=mgcos37 (1分分)由能量守恒定律可得
15、由能量守恒定律可得E=Q (2E=Q (2分分)由由式解得式解得=0.52.(1=0.52.(1分分)解题指南】解题指南】解答本题时应注意以下两点:解答本题时应注意以下两点:(1)(1)摩擦力做负功,系统机械能不守恒摩擦力做负功,系统机械能不守恒.(2)(2)弹性势能最大时,弹簧压缩量最大弹性势能最大时,弹簧压缩量最大.第19页,共43页,编辑于2022年,星期一(2)(2)由由A A到到C C的过程中,动能减少的过程中,动能减少EEk k=mv=mv0 02 2 (1(1分分)重力势能减少重力势能减少EEp p=mg=mglACACsin37 (1sin37 (1分分)摩擦生热摩擦生热Q=f
16、Q=flACAC=mgcos37=mgcos37lACAC (1 (1分分)由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为EEpmpm=E=Ek k+E+Ep p-Q (2-Q (2分分)联立联立解得解得EEpmpm=24.5 J.(1=24.5 J.(1分分)答案:答案:(1)0.52 (2)24.5 J(1)0.52 (2)24.5 J第20页,共43页,编辑于2022年,星期一【总结提升】【总结提升】涉及能量转化问题的解题方法涉及能量转化问题的解题方法(1)(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当涉及摩擦力做功,机械能不守恒时,一般应用能的
17、转化和守恒定律恒定律.(2)(2)解题时,首先确定初末状态,然后分析状态变化过程中哪种形式的解题时,首先确定初末状态,然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少,哪种形式的能量增加,求出减少的能量总和能量减少,哪种形式的能量增加,求出减少的能量总和EE减减和增加的和增加的能量总和能量总和EE增增,最后由,最后由EE减减=E=E增增列式求解列式求解.第21页,共43页,编辑于2022年,星期一 相对滑动物体的能量问题分析相对滑动物体的能量问题分析【例证【例证3 3】如图所示,】如图所示,ABAB为半径为半径R=0.8 mR=0.8 m的的1/41/4光滑圆弧轨道,下端光滑圆弧轨道,下端B B恰与小
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