物理專題功能關(guān)系能量轉(zhuǎn)化和守恒定律

1、物理專題功能關(guān)系能量轉(zhuǎn)化和守恒定律【思維驅(qū)動(dòng)】升降機(jī)底板上放一質(zhì)量為100 kg的物體，物體隨升降機(jī)由靜止開始豎直向上移動(dòng)5 m時(shí)速度達(dá)到4 m/s，則此過程中(g取10 m/s2) ()A升降機(jī)對(duì)物體做功5 800 JB合外力對(duì)物體做功5 800 JC物體的重力勢(shì)能增加500 JD物體的機(jī)械能增加800 J功能關(guān)系(考綱要求) 【知識(shí)存盤】1功能關(guān)系(1)能的概念：一個(gè)物體能對(duì)外做功，這個(gè)物體就具有能量(2)功能關(guān)系功是 的量度，即做了多少功就有 發(fā)生了轉(zhuǎn)化做功的過程一定伴隨著 ，而且 必通過做功來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化多少能量能量的轉(zhuǎn)化能量的轉(zhuǎn)化 (3)功與對(duì)應(yīng)能量的變化關(guān)系功能量的變化合外力做正功

2、 增加重力做正功 減少?gòu)椈蓮椓ψ稣?減少電場(chǎng)力做正功 減少其他力(除重力、彈力)做正功 增加動(dòng)能重力勢(shì)能彈性勢(shì)能電勢(shì)能機(jī)械能2能量守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會(huì)消滅，也 它只會(huì)從一種形式 為其他形式，或者從一個(gè)物體 到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量 (2)表達(dá)式：E減 不會(huì)創(chuàng)生轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變E增常見的功能關(guān)系考點(diǎn)一對(duì)功能關(guān)系的理解【典例1】 如圖4-4-1所示，在抗洪救災(zāi)中，一架直升機(jī)通過繩索，用恒力F豎直向上拉起一個(gè)漂在水面上的木箱，使其由水面開始加速上升到某一高度，若考慮空氣阻力而不考慮空氣浮力，則在此過程中，以下說法正確的有()圖4-4-1A力F所做功減去克服空氣阻力

3、所做的功等于重力勢(shì)能的增量B木箱克服重力所做的功等于重力勢(shì)能的增量C力F、重力、空氣阻力三者合力所做的功等于木箱動(dòng)能的增量D力F和空氣阻力的合力所做的功等于木箱機(jī)械能的增量功能關(guān)系的選用技巧1在應(yīng)用功能關(guān)系解決具體問題的過程中，若只涉及動(dòng)能的變化用動(dòng)能定理分析2只涉及重力勢(shì)能的變化用重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系分析3只涉及機(jī)械能變化用除重力和彈力之外的力做功與機(jī)械能變化的關(guān)系分析4只涉及電勢(shì)能的變化用電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系分析 考點(diǎn)二能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的應(yīng)用 如圖4-4-3所示在水平地面上固定一個(gè)半徑為R的半圓形軌道，其中圓弧部分光滑，水平段長(zhǎng)為L(zhǎng)，一質(zhì)量為m的小物塊緊靠一根被壓縮的彈簧

4、固定在水平軌道的最右端，小物塊與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，現(xiàn)突然釋放小物塊，小物塊被彈出，恰好能夠到達(dá)圓弧軌道的最高點(diǎn)A，取g10 m/s2，且彈簧長(zhǎng)度忽略不計(jì)，求：(1)小物塊的落點(diǎn)距O的距離；(2)小物塊釋放前彈簧具有的彈性勢(shì)能規(guī)范解答設(shè)小物塊被彈簧彈出時(shí)的速度大小為v1，到達(dá)圓弧軌道的最低點(diǎn)時(shí)速度大小為v2，到達(dá)圓弧軌道的最高點(diǎn)時(shí)速度大小為v3 光滑坡道頂端距水平面高度為h，質(zhì)量為m的小物塊A從坡道頂端由靜止滑下，進(jìn)入水平面上的滑道時(shí)無機(jī)械能損失，為使A制動(dòng)，將輕彈簧的一端固定在水平滑道延長(zhǎng)線M處的墻上，另一端恰位于坡道的底端O點(diǎn)已知在OM段，物塊A與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，其余各處的摩

5、擦不計(jì)，重力加速度為g，求：2運(yùn)用能量守恒定律解題的基本思路 (2012石家莊市高中畢業(yè)班第一次教學(xué)質(zhì)量檢測(cè))如圖所示，水平桌面上有一輕彈簧，左端固定在A點(diǎn)，自然狀態(tài)時(shí)其右端位于B點(diǎn)。水平桌面右側(cè)有一豎直放置的光滑軌道MNP，其形狀為半徑R0.8 m的圓環(huán)剪去了左上角135的圓弧，MN為其豎直直徑，P點(diǎn)到桌面的豎直距離也是R。用質(zhì)量m10.4 kg的小物塊將彈簧緩慢壓縮到C點(diǎn)，釋放后彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)物塊恰停止在B點(diǎn)。用同種材料、質(zhì)量為m20.2 kg的小物塊將彈簧緩慢壓縮到C點(diǎn)釋放，物塊過B點(diǎn)后做勻變速運(yùn)動(dòng)，物塊由B到D位移與時(shí)間的關(guān)系為x6t2t2，物塊飛離桌面后恰好由P點(diǎn)沿切線進(jìn)入圓弧軌道，

6、g10 m/s2，不計(jì)空氣阻力。求：(1)BD間的距離；(2)判斷小物塊m2能否沿圓弧軌道到達(dá)M點(diǎn)(要求寫出判斷過程)；(3)小物塊m2由C點(diǎn)釋放運(yùn)動(dòng)到D過程中克服摩擦力做的功?！敬鸢浮?(1)2.5 m(2)見解析(3)5.6 J2如圖所示，一物體質(zhì)量m2 kg，在傾角為37的斜面上的A點(diǎn)以初速度v03 m/s下滑，A點(diǎn)距彈簧上端B的距離AB4 m。當(dāng)物體到達(dá)B后將彈簧壓縮到C點(diǎn)，最大壓縮量BC0.2 m，然后物體又被彈簧彈上去，彈到的最高位置為D點(diǎn)，D點(diǎn)距A點(diǎn)AD3 m。擋板及彈簧質(zhì)量不計(jì)，g取10 m/s2，sin 37，求：(1)物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)彈簧的最大彈性勢(shì)能Epm

7、?！敬鸢浮?(2)24.5 J 三 、摩擦力做功與機(jī)械能、內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系1靜摩擦力做功的特點(diǎn)(1)靜摩擦力可以做正功，可以做負(fù)功，還可以不做功(2)存在相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi)，一對(duì)靜摩擦力所做的總功為零(3)在靜摩擦力做功的過程中，有機(jī)械能的轉(zhuǎn)移，而沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能2滑動(dòng)摩擦力做功的特點(diǎn)(1)滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功(2)相互間存在滑動(dòng)摩擦力的系統(tǒng)內(nèi)，一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功將產(chǎn)生兩種可能效果：機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；有一部分機(jī)械能在相互摩擦的物體間轉(zhuǎn)移，另外部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(3)摩擦生熱的計(jì)算：QFfl相對(duì) 如果兩物體同向運(yùn)動(dòng)，l相對(duì)為兩物體對(duì)地位移大小之差；如果兩物體

8、反向運(yùn)動(dòng)，l相對(duì)為兩物體對(duì)地位移大小之和；如果一個(gè)物體相對(duì)另一物體做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則l相對(duì)為兩物體相對(duì)滑行路徑的總長(zhǎng)度類別比較靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力相同點(diǎn)正功、負(fù)功、不做功方面兩種摩擦力對(duì)物體可以做正功、負(fù)功，還可以不做功不同點(diǎn)能量的轉(zhuǎn)化方面在靜摩擦力做功的過程中，只有機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體(靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用)，而沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量相互摩擦的物體通過摩擦力做功，將部分機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體；部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此部分能量就是系統(tǒng)機(jī)械能的損失量一對(duì)摩擦力的總功方面一對(duì)靜摩擦力所做功的代數(shù)總和等于零一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體系統(tǒng)所做的總功，等于摩擦力與兩個(gè)

9、物體相對(duì)路程的乘積，即WFfFfl相對(duì)，表示物體克服摩擦力做功，系統(tǒng)損失機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能1.一木塊靜止在光滑水平面上，被水平方向飛來的子彈擊中，子彈進(jìn)入木塊的深度為2 cm，木塊相對(duì)于桌面移動(dòng)了1 cm，設(shè)木塊對(duì)子彈的阻力恒定，則產(chǎn)生的內(nèi)能和子彈損失的動(dòng)能之比是多少？2如圖所示，質(zhì)量為m的小鐵塊A以水平速度v0沖上質(zhì)量為M、長(zhǎng)為l、置于光滑水平面C上的木板B，正好不從木板上掉下已知A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，此時(shí)長(zhǎng)木板對(duì)地位移為s，求這一過程中：(1)木板增加的動(dòng)能；(2)小鐵塊減少的動(dòng)能；(3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量；(4)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量 四“傳送帶”模型中的解題方法 傳送帶模型是高中物理中比較成熟

10、的模型，一般設(shè)問的角度有兩個(gè)：(1)動(dòng)力學(xué)角度，如求物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、物體在傳送帶上能達(dá)到的速度、物體相對(duì)傳送帶滑過的位移，依據(jù)牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解如圖所示，水平長(zhǎng)傳送帶始終以速度v=3m/s勻速運(yùn)動(dòng).現(xiàn)將一質(zhì)量為m=1kg的物塊放于左端（無初速度）.最終物塊與傳送帶一起以3m/s的速度運(yùn)動(dòng)，在物塊由速度為零增加至v=3m/s的過程中，求：（1）物塊從速度為零增至3m/s的過程中，由于摩擦而產(chǎn)生的熱量；（2）由于放了物塊，帶動(dòng)傳送帶的電動(dòng)機(jī)多消耗多少電能？ 物塊所受的滑動(dòng)摩擦力為Ff=mg,物塊加速度加速至v的時(shí)間 物塊對(duì)地面位移這段時(shí)間傳送帶向右的位移則物塊相對(duì)于帶向后滑動(dòng)

11、的位移根據(jù)能量守恒定律知（2）放上物塊后，傳送帶克服滑動(dòng)摩擦力做的功為此問也可以這樣求解，電動(dòng)機(jī)多消耗的電能即物塊獲得的動(dòng)能 及傳送帶上產(chǎn)生的熱量之和，即 如圖所示，一質(zhì)量為m2 kg的滑塊從半徑為R0.2 m的光滑四分之一圓弧軌道的頂端A處由靜止滑下，A點(diǎn)和圓弧對(duì)應(yīng)的圓心O點(diǎn)等高，圓弧的底端B與水平傳送帶平滑相接已知傳送帶勻速運(yùn)行速度為v04 m/s，B點(diǎn)到傳送帶右端C點(diǎn)的距離為L(zhǎng)2 m當(dāng)滑塊滑到傳送帶的右端C點(diǎn)時(shí)，其速度恰好與傳送帶的速度相同(g10 m/s2)求： 如圖4-4-6所示，繃緊的傳送帶與水平面的夾角30，皮帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，始終保持v02 m/s的速率運(yùn)行，現(xiàn)把一質(zhì)量為m1

12、0 kg的工件(可看做質(zhì)點(diǎn))輕輕放在皮帶的底端，經(jīng)過時(shí)間1.9 s，工件被傳送到h1.5 m的高處，取g10 m/s2，求：(1)工件與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)電動(dòng)機(jī)由于傳送工件多消耗的電能圖4-4-63如圖所示，AB為半徑R0.8 m的1/4光滑圓弧軌道，下端B恰與小車右端平滑對(duì)接。小車質(zhì)量M3 kg，車長(zhǎng)L2.06 m，車上表面距地面的高度h0.2 m，現(xiàn)有一質(zhì)量m1 kg的滑塊，由軌道頂端無初速釋放，滑到B端后沖上小車。已知地面光滑，滑塊與小車上表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.3，當(dāng)車運(yùn)動(dòng)了1.5 s時(shí)，車被地面裝置鎖定(g10 m/s2)。試求：(1)滑塊到達(dá)B端時(shí)，軌道對(duì)它支持力的大小；(

13、2)車被鎖定時(shí)，車右端距軌道B端的距離；(3)從車開始運(yùn)動(dòng)到被鎖定的過程中，滑塊與車面間由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能大小?！敬鸢浮?(1)30 N(2)1 m(3)6 J【例3】 (14分)(2011年杭州模擬)如圖所示，一質(zhì)量為m的滑塊從高為h的光滑圓弧形槽的頂端A處無初速度地滑下，槽的底端B與水平傳送帶相接，傳送帶的運(yùn)行速度恒為v0，兩輪軸心間距為l，滑塊滑到傳送帶上后做勻加速運(yùn)動(dòng)，滑到傳送帶右端C時(shí)，恰好加速到與傳送帶的速度相同，求： 題型三傳送帶問題分析(1)滑塊到達(dá)底端B時(shí)的速度大小vB；(2)滑塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(3)此過程中，由于克服摩擦力做功而產(chǎn)生的熱量Q.【例4】如圖所示，傳

14、送帶與水平面之間的夾角30，其上A、B兩點(diǎn)間的距離l5 m，傳送帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下以v1 m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)現(xiàn)將一質(zhì)量m10 kg的小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))輕放在傳送帶的A點(diǎn)，已知小物塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù) .在傳送帶將小物塊從A點(diǎn)傳送到B點(diǎn)的過程中，求：(g取10 m/s2)(1)傳送帶對(duì)小物塊做的功(2)電動(dòng)機(jī)做的功【答案】(1)255 J(2)270 J【點(diǎn)金】首先對(duì)小物塊的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析，第一個(gè)過程是初速度為0的勻加速運(yùn)動(dòng)；第二個(gè)過程是勻速運(yùn)動(dòng)分別求出小物塊動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的增加量，根據(jù)功能關(guān)系求解【規(guī)范全解】(1)根據(jù)牛頓第二定律知：mgcos mgsin ma可得：答案：BCD熱點(diǎn) 1判斷過程中力做功和能量轉(zhuǎn)化【例 5】一質(zhì)量為 M2.0 kg 的小物塊隨足夠長(zhǎng)的水平傳送帶一起運(yùn)動(dòng)，被一水平向左飛來的子彈擊中并從物塊中穿過，如圖 甲所示地面觀察者紀(jì)錄了小物塊被擊中后的速度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示(圖中取向右運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?已知傳送帶的速度保持不變，g 取 10 m/s2.(1)指出傳送帶速度 v 的方向及大小，說明理由(2)計(jì)算物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù).(3)計(jì)算傳送帶對(duì)外做了多少功？子彈射穿物塊后系統(tǒng)有多少能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能？5如圖4-4-10所示，一水平方向的