高中物理5.第4课时功能关系能量守恒定律.ppt

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1、 第第4 4课时课时 功能关系功能关系 能量能量守守恒定律恒定律考考点点自自清清一、功能关系一、功能关系1.1.内容内容 (1)(1)功是功是 的量度的量度,即做了多少功就有即做了多少功就有 发生了转化发生了转化.(2)(2)做功的过程一定伴随着做功的过程一定伴随着 ,而且而且 必通过做功来实现必通过做功来实现.能量转化能量转化多少能量多少能量能量的转化能量的转化能量的转化能量的转化2.2.功与对应能量的变化关系功与对应能量的变化关系名师点拨名师点拨每每一种一种形形式式的能量的变化均对的能量的变化均对应一应一定力的功定力的功.合外力的功合外力的功(所有外力的功所有外力的功)动能变化动能变化 重

2、力做的功重力做的功 变化变化 弹簧弹力做的功弹簧弹力做的功 变化变化外力外力(除重力、弹力除重力、弹力)做的功做的功 变化变化一对滑动摩擦力做的总功一对滑动摩擦力做的总功 变化变化 电场力做的功电场力做的功 变化变化 分子力做的功分子力做的功 变化变化 重力势能重力势能弹性势能弹性势能机械能机械能内能内能电势能电势能分子势能分子势能二、能量守恒定律二、能量守恒定律1.1.内容内容:能量既不会凭空消灭能量既不会凭空消灭,也也 .它它 只会从一种形式只会从一种形式 为另一种形式为另一种形式,或者从一个或者从一个 物体物体 到另一个物体到另一个物体,而在转化和而在转化和转移转移的过程的过程 中中,能

3、量的总量能量的总量 .2.2.表达式表达式:E E减减=.名师点拨名师点拨 E E增 增为末为末状态状态的能量减的能量减去去初初状态状态的能量的能量,而而E E减减为初为初状态状态的能量减的能量减去去末末状态状态的能量的能量.不会凭空产生不会凭空产生转化转化保持不变保持不变E E增增转移转移热热点聚焦点聚焦热点一热点一 几种常见的功能关系几种常见的功能关系1.1.合外力所做的功等于物体动能的增量合外力所做的功等于物体动能的增量,表达式表达式:WW合合=E Ek2k2-E Ek1k1,即动能定理即动能定理.2.2.重力做正功重力做正功,重力势能减少重力势能减少;重力做负功重力做负功,重力势重力势

4、 能增加能增加.由于由于“增量增量”是终态量减去始态量是终态量减去始态量,所所 以重力的功等于重力势能增量的负值以重力的功等于重力势能增量的负值,表达式表达式:WWG G=-=-E Ep p=E Ep1p1-E Ep2p2.3.3.弹簧的弹力做的功等于弹性势能增量的负值弹簧的弹力做的功等于弹性势能增量的负值,表表 达式达式:WWF F=-=-E Ep p=E Ep1p1-E Ep2p2.弹力做多少正功弹力做多少正功,弹性弹性 势能减少多少势能减少多少;弹力做多少负功弹力做多少负功,弹性势能增加弹性势能增加 多少多少.4.4.除系统内的重力和弹簧的弹力外除系统内的重力和弹簧的弹力外,其他力做的总

5、其他力做的总 功等于系统机械能的增量功等于系统机械能的增量,表达式表达式:WW其他其他=E E.(1)(1)除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少正除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少正 功功,物体的机械能就增加多少物体的机械能就增加多少.(2)(2)除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少负除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少负 功功,物体的机械能就减少多少物体的机械能就减少多少.(3)(3)除重力或弹簧的弹力以外的其他力不做功除重力或弹簧的弹力以外的其他力不做功,物体的机械能守恒物体的机械能守恒.特别提示特别提示1.1.在应用在应用功能关系解决具功能关系解决具体体问问题题的过程的过程中中,若若只

6、只涉涉及动能的变化及动能的变化用用“1”,“1”,如如果果只涉只涉及及重重力力势势能的变能的变化化用用“2”,“2”,如如果果只涉只涉及机械能变化及机械能变化用用“4”,“4”,只涉只涉及弹及弹性性势势能的变化能的变化用用“3”.“3”.2.2.在应用在应用功能关系功能关系时时,应首应首先弄清研究对象先弄清研究对象,明明确确力对力对“谁谁”做做功功,就就要要对对应应“谁谁”的位的位移移,从而从而引引起起“谁谁”的能量变化的能量变化.在应用在应用能量的能量的转转化和化和守守恒恒时时,一一定定要要明明确确存存在 在哪些能量形哪些能量形式式,哪哪种是增种是增加的加的,哪哪种是种是减减少少的的,然然后

7、后再 再列列式式求解求解.热点二热点二 对能量守恒定律的理解和应用对能量守恒定律的理解和应用1.1.对定律的理解对定律的理解 (1)(1)某种形式的能减少某种形式的能减少,一定存在其他形式的能一定存在其他形式的能 增加增加,且减少量和增加量一定相等且减少量和增加量一定相等.(2)(2)某个物体的能量减少某个物体的能量减少,一定存在其他物体的一定存在其他物体的 能量增加能量增加,且减少量和增加量一定相等且减少量和增加量一定相等.这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本 思路思路.2.2.应用定律解题的步骤应用定律解题的步骤 (1)(1)分清有多少形式的能如

8、动能、势能分清有多少形式的能如动能、势能(包括重包括重 力势能、弹性势能、电势能力势能、弹性势能、电势能)、内能等在变化、内能等在变化.(2)(2)明确哪种形式的能量增加明确哪种形式的能量增加,哪种形式的能量减哪种形式的能量减少少,并且列出减少的能量并且列出减少的能量E E减减和增加的能量和增加的能量E E增增的表达式的表达式.(3)(3)列出能量守恒关系式列出能量守恒关系式:E E减减=E E增增.特别提示特别提示1.1.应用应用能量能量守守恒定律解决恒定律解决有有关问关问题题,关键关键是准确是准确分析分析有有多多少种少种形形式式的能量的能量在 在变化变化,求出减求出减少少的的总总能能量量E

9、 E减减和和增 增加的加的总总能量能量E E增 增,然然后后再依再依据能量据能量守守恒定律列恒定律列式式求解求解.2.2.高高考考考考查该类问查该类问题题,常常综综合合平抛运平抛运动动、圆周运、圆周运动动以以及电磁学及电磁学知识考知识考查查判判断断、推理及推理及综综合分析能力合分析能力.热点三热点三 摩擦力做功的特点摩擦力做功的特点 静摩擦力静摩擦力 滑动摩擦力滑动摩擦力不不同同点点能量的能量的转化方转化方面面在静摩擦力做功的在静摩擦力做功的过程中过程中,只有机械能只有机械能从一个物体转移到从一个物体转移到另一个物体另一个物体(静摩擦静摩擦力起着传递机械能力起着传递机械能的作用的作用)而没有机

10、械而没有机械能转化为其他形式能转化为其他形式的能量的能量 1.相互摩擦的物体通相互摩擦的物体通过摩擦力做功过摩擦力做功,将部分将部分机械能从一个物体转机械能从一个物体转移到另一个物体移到另一个物体2.部分机械能转化为部分机械能转化为内能内能,此部分能量就是此部分能量就是系统机械能的损失量系统机械能的损失量 类别类别比较比较不不同同点点一对摩一对摩擦力做擦力做功方面功方面 一对静摩擦一对静摩擦力所做功的力所做功的代数总和等代数总和等于零于零 一对相互作用的滑动摩擦力一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功对物体系统所做的总功,等于等于摩擦力与相对路程的乘积摩擦力与相对路程的乘积,即即WWf

11、f=-=-f fs s相相表示物体克服摩表示物体克服摩擦力做功擦力做功,系统损失的机械能系统损失的机械能转变成内能转变成内能 相相同同点点正负功、正负功、不做功不做功方面方面两种摩擦力都可以对物体做正功、负功两种摩擦力都可以对物体做正功、负功,还还可以不做功可以不做功 特别提示特别提示一一对相互对相互作用作用的滑动的滑动摩摩擦力擦力做做功所产生的功所产生的热热量量Q Q=f fs s相对相对,其中其中s s相对相对是是物物体体间相对路径长度间相对路径长度.如如果两物果两物体体同向同向运 运动动,s s相对相对为两物为两物体体对地位对地位移移大小大小之之差差;如如果两物果两物体体反向反向运 运动

12、动,s s相对相对为两物为两物体体对地位对地位移移大小大小之之和和;如如果果一一个物个物体体相对另相对另一一物物体做体做往复往复运 运动动,则 则s s相对相对为两物为两物体体相相对滑行路径的对滑行路径的总总长度长度.题型题型1 1 功和能的相应关系的理解功和能的相应关系的理解 已知货物的质量为已知货物的质量为m m,在某段时间内起重机在某段时间内起重机 将货物以将货物以a a的加速度加速升高的加速度加速升高h h,则在这段时间内则在这段时间内 叙述正确的是叙述正确的是(重力加速度为重力加速度为g g)()()A.A.货物的动能一定增加货物的动能一定增加mahmah-mghmgh B.B.货物

13、的机械能一定增加货物的机械能一定增加mahmah C.C.货物的重力势能一定增加货物的重力势能一定增加mahmah D.D.货物的机械能一定增加货物的机械能一定增加mahmah+mghmgh题题型型探探究究解析解析 准确准确把握功和对把握功和对应应能量变化能量变化之之间的关系间的关系是是解答此类问解答此类问题题的关键的关键,具具体体分析分析如如下下:动能定理动能定理,货物动能的货物动能的增 增加量等加量等于于货物合外力货物合外力做做的的功功mahmah,A,A错误错误;功能关系功能关系,货物机械能的货物机械能的增 增量等量等于于除除重重力力以以外的力外的力做做的功而不等的功而不等于于合外力合外

14、力做做的功的功,B,B错误错误;功能关系功能关系,重重力力势势能的能的增 增量对量对应应货物货物重重力力做做的负功大小的负功大小mghmgh,C,C错误错误;功能关系功能关系,货物机械能的货物机械能的增 增量为起量为起重重机机拉力拉力做做的功的功m m(g g+a a)h h,D,D正确正确.答案答案 D 规律总结规律总结 力学范围内力学范围内,应应牢固牢固掌掌握握以以下三下三条条功能功能关系关系:(1)(1)重重力的功等力的功等于重于重力力势势能的变化能的变化,弹力的功等弹力的功等于于弹弹性性势势能的变化能的变化.(2)(2)合外力的功等合外力的功等于于动能的变化动能的变化.(3)(3)除除

15、重重力力、弹力外弹力外,其其他力的功等他力的功等于于机械能的变化机械能的变化.运用运用功能关系解功能关系解题时题时,应应弄清楚弄清楚重重力力做什做什么功么功,合外合外力力做什做什么功么功,除除重重力力、弹力外的力弹力外的力做什做什么功么功,从而从而判判断断重重力力势势能或弹性能或弹性势势能能、动能动能、机械能的变化机械能的变化.变式练习变式练习1 1 如图如图1 1所示所示,滑块静止于滑块静止于光滑水平面上光滑水平面上,与之相连的轻质与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态弹簧处于自然伸直状态.现用恒现用恒定的水平外力定的水平外力F F作用于弹簧右端作用于弹簧右端,在向右移动一段距离的过程中在向右移

16、动一段距离的过程中,拉力拉力F F做了做了10 J10 J的功的功.上述过程中上述过程中 ()()A.A.弹簧的弹性势能增加了弹簧的弹性势能增加了10 J10 JB.B.滑块的动能增加了滑块的动能增加了10 J10 JC.C.滑块和弹簧组成的系统机械能增加了滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10 J10 JD.D.滑块和弹簧组成的系统机械能守恒滑块和弹簧组成的系统机械能守恒解析解析 拉力拉力F F做做功既功既增 增加了弹性加了弹性势势能能,还还增 增加了滑加了滑块块的动能的动能,A A、B B错误错误;系统系统增 增加的机械能等加的机械能等于于力力F F做做的功的功,C C对对,D,D错错.图图

17、1 1C题型题型2 2 能量守恒定律的应用能量守恒定律的应用 如图如图2 2所示所示,A A、B B、C C质量分别质量分别 为为m mA A=0.7 kg,=0.7 kg,m mB B=0.2 kg,=0.2 kg,m mC C=0.1 kg,=0.1 kg,B B为套在细绳上的圆环为套在细绳上的圆环,A A与水平桌面与水平桌面 的动摩擦因数的动摩擦因数=0.2,=0.2,另一圆环另一圆环D D固定固定 在桌边在桌边,离地面高离地面高h h2 2=0.3 m,=0.3 m,当当B B、C C从从 静止下降静止下降h h1 1=0.3 m,=0.3 m,C C穿环而过穿环而过,B B被被D D

18、挡住挡住,不计不计 绳子质量和滑轮的摩擦绳子质量和滑轮的摩擦,取取g g=10 m/s=10 m/s2 2,若开始时若开始时A A 离桌边足够远离桌边足够远.试求试求:(1)(1)物体物体C C穿环瞬间的速度穿环瞬间的速度.(2)(2)物体物体C C能否到达地面能否到达地面?如果能到达地面如果能到达地面,其速其速 度多大度多大?图图2 2思维导图思维导图解析解析 (1)(1)由由能量能量守守恒定律得恒定律得(m mB B+m mC C)ghgh1 1=(=(m mA A+m mB B+m mC C)v v1 12 2+m mA Aggh h1 1可可求得求得:(2)(2)设设物物体体C C到达

19、地面的到达地面的速速度为度为v v2 2,由由能量能量守守恒定律得恒定律得可可求出求出 故物故物体体C C能到达地面能到达地面,到地面到地面的的速速度为度为答案答案(2)(2)物体物体C C能到达地面能到达地面,速度为速度为拓展探究拓展探究 物物体体A A在水平桌在水平桌面面上上滑行的滑行的最最大距离大距离是是多多少少?解析解析 当当C C落落地后地后,物物体体A A继续前进的距离为继续前进的距离为s s3 3,由由动动能定理得能定理得:可可得得:s s3 3=0.165 m,=0.165 m,所所以以物物体体A A滑行的滑行的总总距离为距离为s s=h h1 1+h h2 2+s s3 3=

20、0.765 m.=0.765 m.答案答案 0.765 m0.765 m 运用运用能的能的转转化化与守与守恒定律解恒定律解题时题时,应首应首先弄清楚各先弄清楚各种种能量间的能量间的转转化关系化关系,这种转这种转化化是靠做是靠做功功实实现的现的.因因此此,物物体运体运动过程动过程中中各个力的功各个力的功是是解解题题的关键的关键.抓住抓住能量能量转转化和各个力的功化和各个力的功是是解决解决这种这种问问题题的基础的基础.方法提炼方法提炼变式练习变式练习2 2 如图如图3 3所示所示,倾角为倾角为3030的光滑斜面的的光滑斜面的下端有一水平传送带下端有一水平传送带,传送带正以传送带正以6 m/s6 m

21、/s的速度运的速度运动动,运动方向如图所示运动方向如图所示.一个质量为一个质量为2 kg2 kg的物体的物体(物物体可以视为质点体可以视为质点),),从从h h=3.2 m=3.2 m高处由静止沿斜面下高处由静止沿斜面下滑滑,物体经过物体经过A A点时点时,不管是从斜面到传送带还是从不管是从斜面到传送带还是从传送带到斜面传送带到斜面,都不计其动能损失都不计其动能损失.物体与传送带间物体与传送带间的动摩擦因数为的动摩擦因数为0.5,0.5,物体向左最多能滑到传送带左物体向左最多能滑到传送带左右两端右两端ABAB的中点处的中点处,重力加速度重力加速度g g=10 m/s=10 m/s2 2,则则:

22、图图3 3(1)(1)物体由静止沿斜面下滑到斜面末端需要多长时间物体由静止沿斜面下滑到斜面末端需要多长时间?(2)(2)传送带左右两端传送带左右两端ABAB间的距离间的距离l l至少为多少至少为多少?(3)(3)上述过程中物体与传送带组成的系统产生的摩擦热上述过程中物体与传送带组成的系统产生的摩擦热为多少为多少?(4)(4)物体随传送带向右运动物体随传送带向右运动,最后沿斜面上滑的最大高最后沿斜面上滑的最大高度度h h为多少为多少?解析解析 (1)(1)可可得得t t=1.6 s.=1.6 s.(2)(2)由由能的能的转转化和化和守守恒得恒得:(3)(3)此过程此过程中中,物物体与体与传传送送

23、带间的相对位带间的相对位移移s s相相=+=+v v带带t t1 1,又又 ,而而摩摩擦擦热热Q Q=mgmgs s相相,以上以上三三式可式可联立得联立得Q Q=160 J.=160 J.(4)(4)物物体随体随传传送送带向带向右匀右匀加加速速,当当速速度为度为v v带带=6 m/s=6 m/s时时向向右右的位的位移移为为s s,则 则mgsmgs=mvmv带带2 2,即物即物体在体在到达到达A A点前点前速速度度与与传传送送带相等带相等,最最后后以以v v带带=6 m/s6 m/s的的速速度冲度冲上上斜面斜面,由由 mvmv带带2 2=mghmgh,得得h h=1.8 m.1.8 m.答案答

24、案 (1)1.6 s (2)12.8 m (3)160 J(1)1.6 s (2)12.8 m (3)160 J(4)1.8 m(4)1.8 m题型题型3 3 功能关系在传送带类问题中的应用功能关系在传送带类问题中的应用 飞机场上运送行李的装置为飞机场上运送行李的装置为 一水平放置的环形传送带一水平放置的环形传送带,传送带传送带 的总质量为的总质量为MM,其俯视图如图其俯视图如图4 4所示所示.现开启电动机现开启电动机,传送带达到稳定运传送带达到稳定运 行的速度行的速度v v后后,将行李依次轻轻放到传送带上将行李依次轻轻放到传送带上.若有若有 n n件质量均为件质量均为m m的行李需通过传送带

25、运送给旅客的行李需通过传送带运送给旅客.假设在转弯处行李与传送带无相对滑动假设在转弯处行李与传送带无相对滑动,忽略皮忽略皮 带轮、电动机损失的能量带轮、电动机损失的能量.求从电动机开启求从电动机开启,到运到运 送完行李需要消耗的电能为多少送完行李需要消耗的电能为多少?图图4 4解析解析 设设行李行李与与传传送送带间的动带间的动摩摩擦擦因因数为数为,则 则传传送送带带与与行李间行李间由于摩由于摩擦产生的擦产生的总热总热量量Q Q=n nmgmgs s 由运由运动学公动学公式式得得:又又v v=gt gt 联立解得联立解得:由由能量能量守守恒得恒得:所所以以 答案答案 解题示范解题示范 本本题题共

26、共8 8分分.其中其中式式各各1 1分分,式式各各2 2分分.摩摩擦力擦力做做功功与与产生内能的关系产生内能的关系:(1)(1)静静摩摩擦力擦力做做功的过程功的过程中中,只有只有机械能的相互机械能的相互转转移移(静静摩摩擦力起擦力起着着传递机械能的传递机械能的作用作用),),而没而没有有内能内能的产生的产生.(2)(2)滑动滑动摩摩擦力擦力做做功的过程功的过程中中,能量的能量的转转化化有有两个两个方向方向,一是一是相互相互摩摩擦的物擦的物体之体之间机械能的间机械能的转移转移;二二是是机械能机械能转转化为内能化为内能,转转化为内能的量化为内能的量值值等等于于机械机械能的减能的减少少量量,表达表达

27、式式为为Q Q=F F滑滑s s相对相对.【评价标准】【评价标准】【名师导析】【名师导析】自我批阅自我批阅(16(16分分)如图如图5 5所示所示,质量为质量为m m的滑块的滑块,放在光滑的水放在光滑的水平平台上平平台上,平台右端平台右端B B与水平传送带相接与水平传送带相接,传送带的传送带的运行速度为运行速度为v v0 0,长为长为L L.今将滑块缓慢向左压缩固定今将滑块缓慢向左压缩固定在平台上的轻弹簧在平台上的轻弹簧,到达某处时突然释放到达某处时突然释放.当滑块当滑块滑到传送带右端滑到传送带右端C C时时,恰好与传送带速度相同恰好与传送带速度相同.滑块滑块与传送带间的动摩擦因数为与传送带间

28、的动摩擦因数为.(1)(1)试分析滑块在传送带上的运动情况试分析滑块在传送带上的运动情况.图图5 5(2)(2)若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度,求释放滑块时求释放滑块时,弹簧具有的弹性势能弹簧具有的弹性势能.(3)(3)若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度,求滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量求滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量.解析解析 (1)(1)若滑若滑块块冲冲上上传传送送带带时时的的速速度小度小于于带带速速,则 则滑滑块在块在带带上由于受上由于受到向到向右右的滑动的滑动摩摩擦力而擦力而做匀

29、做匀加加速运速运动动;若滑若滑块块冲冲上上传传送送带带时时的的速速度大度大于于带带速速,则 则滑滑块由于受块由于受到向到向左左的滑动的滑动摩摩擦力而擦力而做匀做匀减减速运速运动动.(4(4分分)(2)(2)设设滑滑块块冲冲上上传传送送带带时时的的速速度为度为v v,在 在弹簧弹弹簧弹开开过过程程中中由由机械能机械能守守恒恒 (2 (2分分)设设滑滑块在块在传传送送带带上做匀上做匀减减速运速运动的加动的加速速度大小为度大小为a a由由牛顿第二定律牛顿第二定律:mgmg=mama (2(2分分)由运由运动学公动学公式式v v2 2-v v0 02 2=2=2aLaL (1(1分分)解得解得 (1

30、(1分分)(3)(3)设设滑滑块在块在传传送送带带上运上运动的动的时时间为间为t t,则 则t t时时间内传间内传送送带的位带的位移移s s=v v0 0t t (1(1分分)v v0 0=v v-at at (1(1分分)滑滑块块相对传相对传送送带滑动的位带滑动的位移移s s=L L-s s (1 (1分分)相对滑动生成的相对滑动生成的热热量量Q Q=mgmgs s (2(2分分)解得解得Q Q=mgL-mvmgL-mv0 0 (1 (1分分)答案答案 (1)(1)见解析见解析 (2)(2)(3)(3)mgLmgL-mvmv0 0答案答案 D答案答案 A图图6答案答案 AB图图7答案答案 BD图图8答案答案 BD图图9图图10答案答案 (1)60 N(1)60 N，方向竖直向下，方向竖直向下(2)2.5 m(2)2.5 m 反思总结反思总结 返回返回