功能關系-能量守恒定律(與“物體”有關的文檔共45張)

第4講功能關系能量守恒定律第一頁，共45頁。Whatflieswithoutwings,strikeswithouthands,andseeswithouteyes?第二頁，共45頁。日常生活中蘊藏著許多物理知識，如圖所示為一個盛水袋，某人從側面緩慢推袋壁使它變形．則水的勢能思考題1第三頁，共45頁。

解析：從側面緩慢推袋壁使它變形，水的重心升高，根據(jù)Ep=mgh，知重力勢能增大．故A正確，B、C、D錯誤．故選A．此題也可以從能量的角度分析，人對水袋做功，使得水袋的機械能增大，緩慢推，動能不變，所以重力勢能增大．第四頁，共45頁?？键c1功能關系(1)功是_________的量度，即做了多少功就有多少_____發(fā)生了轉化.(2)做功的過程一定伴隨著___________，而且___________必須通過做功來實現(xiàn).能量轉化能量的轉化能量的轉化能量第五頁，共45頁。(1)合外力做功等于物體動能的改變，即W合=Ek2-Ek1=ΔEk.(動能定理)(2)重力做功等于物體重力勢能的改變，即WG=Ep1-Ep2=-ΔEp.(3)彈簧彈力做功等于彈性勢能的改變，即WF=Ep1-Ep2=-ΔEp.(4)除了重力和彈簧彈力之外的其他力所做的總功，等于物體機械能的改變，即W其他力=E2-E1=ΔE.(功能原理)第六頁，共45頁。質量為m的滑塊，沿高為h，長為L的粗糙斜面勻速下滑，在滑塊從斜面頂端滑到底端的過程中，下列說法中正確的是()第七頁，共45頁?！窘馕觥窟xA、B.滑塊勻速下滑時，滑動摩擦力f=mgsinθ=故下滑過程中滑動摩擦力做的功為-f·L=-mgh,機械能減少了mgh，A正確；重力做功為mgh，滑塊重力勢能的變化量為-mgh，故B正確，C錯誤；滑塊勻速下滑，動能不變，D錯誤.第八頁，共45頁?？键c2能量守恒定律1.內(nèi)容:能量既不會憑空______，也不會憑空消失，它只能從一種形式______為另一種形式，或者從一個物體______到另一個物體，在___________的過程中其總量___________.2.表達式：ΔE減=______.產(chǎn)生轉化轉移轉化或轉移保持不變ΔE增第九頁，共45頁。如圖所示，質量m=1kg、長L=0.8m的均勻矩形薄板靜止在水平桌面上，其右端與桌子邊緣相平.板與桌面間的動摩擦因數(shù)為μ=0.4.現(xiàn)用F=5N的水平力向右推薄板，使它翻下桌子，力F做的功至少為(g取10m/s2)()A.1JB.1.6JC.2JD.4J第十頁，共45頁?！窘馕觥窟xB.當板向右平移=0.4m時，板即翻下桌子，若此時板速度為零，則力F做功最少，由能量守恒定律可得WF-μmg·L=0，WF=μmgL=1.6J.故B正確.【解析】選B.當板向右平移=0.4m時，板即翻下桌子，若此時板速度為零，則力F做功最少，由能量守恒定律可得WF-μmg·=0，WF=μmgL=1.6J.故B正確.第十一頁，共45頁。功能關系的應用技巧【例證1】如圖所示，質量為m的物體(可視為質點)以某一速度從A點沖上傾角為30°的固定斜面，其運動的加速度為此物體在斜面上上升的最大高度為h，則在這個過程中物體()第十二頁，共45頁?！窘忸}指南】解答本題應從以下兩點重點把握：(1)由物體的加速度和牛頓第二定律確定摩擦阻力的大小和方向.(2)能量的變化與對應力做功的關系.第十三頁，共45頁?！咀灾鹘獯稹窟xB、D.設物體受到的摩擦阻力為f，由牛頓運動定律得f+mgsin30°=ma=解得f=重力勢能的變化由重力做功決定，故ΔEp=mgh.動能的變化由合外力做功決定：(f+mg·sin30°)·x=ma·x機械能的變化由重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功決定，故ΔE機械=f·x=故B、D正確，A、C錯誤.第十四頁，共45頁。【總結提升】功能關系的選用技巧(1)在應用功能關系解決具體問題的過程中,若只涉及動能的變化用動能定理分析.(2)只涉及重力勢能的變化用重力做功與重力勢能變化的關系分析.(3)只涉及機械能變化用除重力和彈力之外的力做功與機械能變化的關系分析.(4)只涉及電勢能的變化用電場力做功與電勢能變化的關系分析.第十五頁，共45頁?！咀兪接柧殹恳粋€物體自斜面底端被彈出而沿斜面上滑，滑到最高處后又滑下來，回到斜面底端，在物體上滑和下滑過程中(斜面不光滑)()第十六頁，共45頁?！窘馕觥窟xD.上滑和下滑時，摩擦力方向相反，故加速度不同，A錯；下滑所用時間長，重力做功又相同，故B錯；合力做的功不同，上滑時動能變化大，C錯；往返兩過程中摩擦力都做負功且相同，機械能減小相同，D對.第十七頁，共45頁。利用能量守恒定律規(guī)范解題【例證2】(15分)如圖所示，一物體質量m=2kg，在傾角為θ=37°的斜面上的A點以初速度v0=3m/s下滑，A點距彈簧上端B的距離AB=4m.當物體到達B后將彈簧壓縮到C點，最大壓縮量BC=0.2m,然后物體又被彈簧彈上去，彈到的最高位置為D點，D點距A點AD=3m.擋板及彈簧質量不計，g取10m/s2,sin37°=0.6,求：(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ.(2)彈簧的最大彈性勢能Epm.第十八頁，共45頁?！疽?guī)范解答】(1)物體從開始位置A點到最后D點的過程中，彈性勢能沒有發(fā)生變化，動能和重力勢能減少，機械能的減少量為ΔE=ΔEk+ΔEp=mv02+mglADsin37°①(2分)物體克服摩擦力產(chǎn)生的熱量為Q=fx②(2分)其中x為物體的路程，即x=5.4m③(1分)f=μmgcos37°④(1分)由能量守恒定律可得ΔE=Q⑤(2分)由①②③④⑤式解得μ=0.52.(1分)解題指南】解答本題時應注意以下兩點：(1)摩擦力做負功，系統(tǒng)機械能不守恒.(2)彈性勢能最大時，彈簧壓縮量最大.第十九頁，共45頁。(2)由A到C的過程中，動能減少ΔEk′=mv02⑥(1分)重力勢能減少ΔEp′=mglACsin37°⑦(1分)摩擦生熱Q=flAC=μmgcos37°lAC⑧(1分)由能量守恒定律得彈簧的最大彈性勢能為ΔEpm=ΔEk′+ΔEp′-Q⑨(2分)聯(lián)立⑥⑦⑧⑨解得ΔEpm=24.5J.(1分)答案：(1)0.52(2)24.5J第二十頁，共45頁?！究偨Y提升】涉及能量轉化問題的解題方法(1)當涉及摩擦力做功，機械能不守恒時，一般應用能的轉化和守恒定律.(2)解題時，首先確定初末狀態(tài)，然后分析狀態(tài)變化過程中哪種形式的能量減少，哪種形式的能量增加，求出減少的能量總和ΔE減和增加的能量總和ΔE增，最后由ΔE減=ΔE增列式求解.第二十一頁，共45頁?！咀兪接柧殹咳鐖D所示，水平面上的輕彈簧一端與物體相連，另一端固定在墻上P點，已知物體的質量為m=2.0kg,物體與水F拉物體，使彈簧從處于自然狀態(tài)的O點由靜止開始向左移動10cm，這時彈簧具有彈性勢能Ep=1.0J,物體處于靜止狀態(tài)，若取g=10m/s2,則撤去外力F后()A.物體向右滑動的距離可以達到12.5cmB.物體向右滑動的距離一定小于12.5cmD.物體到達最右端時動能為0，系統(tǒng)機械能不為0第二十二頁，共45頁。相對滑動物體的能量問題分析【例證3】如圖所示，AB為半徑R=0.8m的1/4光滑圓弧軌道，下端B恰與小車右端平滑對接.小車質量M=3kg,車長L=2.06m,車上表面距地面的高度h=0.2m,現(xiàn)有一質量m=1kg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摩擦因數(shù)μ=0.3,當車運動了1.5s時，車被地面裝置鎖定(g=10m/s2).試求：第二十三頁，共45頁。(1)滑塊到達B端時，軌道對它支持力的大??；(2)車被鎖定時，車右端距軌道B端的距離；(3)從車開始運動到被鎖定的過程中，滑塊與車面間由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能大小.第二十四頁，共45頁?！窘忸}指南】解答本題應注意以下兩點：(1)判斷車被鎖定時滑塊是否在小車上停止相對滑動.(2)判斷小車的運動規(guī)律.第二十五頁，共45頁?！咀灾鹘獯稹?1)由機械能守恒定律和牛頓第二定律得mgR=mvB2,NB-mg=則：NB=30N.(2)設m滑上小車后經(jīng)過時間t1與小車同速，共同速度大小為v對滑塊有:μmg=ma1,v=vB-a1t1對于小車：μmg=Ma2,v=a2t1解得：v=1m/s,t1=1s＜1.5s故滑塊與小車同速后，小車繼續(xù)向左勻速行駛了0.5s，則小車右端距B端的距離為第二十六頁，共45頁。l車=t1+v(1.5s-t1)=1m.(3)Q=μmgl相對=答案：(1)30N(2)1m(3)6J第二十七頁，共45頁?！净犹骄俊吭嚺袛嘬嚤绘i定后，滑塊能否從車的左端滑出？若能滑出，試確定滑塊落點到車左端的水平距離？【解析】車被鎖定時，m相對車面已滑到了l相對=故此時滑塊離車的左端的距離為l=L-l相對車的左端滑出，速度為v′，則由mv2=mv′2+μmgl可得：v′=0.8m/s＞0，故滑塊能從車的左端滑出.又h=gt′2,x=v′t′可得：x=0.16m答案：能0.16m第二十八頁，共45頁?！究偨Y提升】求解相對滑動物體的能量問題的方法(1)正確分析物體的運動過程，做好受力情況分析.(2)利用運動學公式，結合牛頓第二定律分析物體的速度關系及位移關系.(3)公式Q=f·l相對中l(wèi)相對為兩接觸物體間的相對位移，若物體在傳送帶上往復運動時，則l相對為總的相對路程.第二十九頁，共45頁。1.如圖所示，在一個盛水的杯子里有一木塊.開始時木塊被一根細繩拴住而完全沒入水中，整個裝置與外界絕熱，斷開細繩，則木塊將浮到水面上，最后達到平衡，在這一過程中，水、杯子和木塊組成的系統(tǒng)()C.內(nèi)能不變D.條件不足，無法判斷第三十頁，共45頁。【解析】選A.細繩斷后，木塊上升，同體積的水下移，系統(tǒng)重心下移，重力勢能減小，由能量守恒定律可知，水、杯子和木塊組成的系統(tǒng)內(nèi)能一定增大，A正確.第三十一頁，共45頁。2.物體在豎直方向上分別做了勻速上升、加速上升和減速上升三種運動.在這三種情況下物體機械能的變化情況是()A.勻速上升機械能不變，加速上升機械能增加，減速上升機械能減小B.勻速上升和加速上升機械能增加，減速上升機械能減小C.勻速上升和加速上升機械能增加，減速上升機械能可能增加，可能減少，也可能不變D.三種情況中，物體的機械能均增加第三十二頁，共45頁?！窘馕觥窟xC.無論物體向上加速還是勻速運動，除重力外，其他外力一定對物體做正功，物體機械能都增加，物體向上減速運動時，除重力外，物體受到的其他外力不確定，故無法確定其機械能的變化，C正確.第三十三頁，共45頁。3.滑塊靜止于光滑水平面上，與之相連的輕質彈簧處于自然伸直狀態(tài)，現(xiàn)用恒定的水平外力F作用于彈簧右端，在向中()A.彈簧的彈性勢能增加了10JB.滑塊的動能增加了10JC.滑塊和彈簧組成的系統(tǒng)機械能增加了10J第三十四頁，共45頁?！窘馕觥窟xC.拉力F做功的同時，彈簧伸長，彈性勢能增大，滑塊向右加速，滑塊動能增加，由功能關系可知，拉力做功等于滑塊的動能與彈簧彈性勢能的增加量之和，C正確，A、B、D均錯誤.第三十五頁，共45頁。4.如圖所示，ABCD是一個盆式容器，盆內(nèi)側壁與盆底BC的連接處都是一段與BC相切的圓弧，B、C在水平線上，其距離d=0.5m.盆邊緣的高度為h=0.30m.在A處放一個質量為m的小物塊并讓其由靜止出發(fā)下滑.已知盆內(nèi)側壁是光滑的，而盆底BC面與小物塊間的動摩擦因數(shù)為μ=0.10.小物塊在盆內(nèi)來回滑動，最后停下來，則停下的位置到B的距離為()第三十六頁，共45頁?！窘馕觥窟xD.設小物塊在BC段來回滑行的總路程為s，由能量守恒定律可知，mgh=μmgs,解得s=3.0m,由s=6d可知，小物塊最終停止在B點，D正確.第三十七頁，共45頁。為3m，懸點在橫梁上，小明連同底板質作用下使擺繩與豎直方向成37°角處于開始擺動，假設擺動過程中，小明與底板始終沒有相對運動.當他運動到最低點時擺繩拉力共為780N.取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求：第三十八頁，共45頁。(1)小明爸爸施加的最小外力；(2)取懸點處為零勢能參考平面，放手前小明及底板的重力勢能；(3)通過計算說明秋千第一次擺到另一側的最大偏角與37°的關系.第三十九頁，共45頁?！窘馕觥?1)如圖所示，當外力與擺繩垂直時最小.Fmin=mgsin37°=360N(2)Ep=-mglcos37°=-1440