人教版高中物理必修第二冊第八章素養(yǎng)提升課(六)能量守恒及功能關(guān)系的應(yīng)用課件

素養(yǎng)提升課(六)能量守恒及功能關(guān)系的應(yīng)用第八章

機械能守恒定律學(xué)習(xí)任務(wù)1．理解重力、彈力、摩擦力和合力做功及其能量變化的關(guān)系。2．能運用功能關(guān)系解決問題。探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達成探究1

能量守恒定律、功能關(guān)系的理解和應(yīng)用1．能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。2．功能關(guān)系概述(1)不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的，做功的過程就是能量之間轉(zhuǎn)化的過程。(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度。做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。3．功與能的關(guān)系：由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關(guān)系如下表：功能量轉(zhuǎn)化關(guān)系式重力做功重力勢能的改變WG＝－ΔEp彈力做功彈性勢能的改變WF＝－ΔEp合力做功動能的改變W合＝ΔEk除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功機械能的改變W＝ΔE機兩物體間滑動摩擦力對物體系統(tǒng)做功內(nèi)能的改變Ffx相對＝Q

√√

【典例2】將一物體以100J的初動能豎直上拋，當(dāng)它上升到某點時，動能減少到20J，克服阻力做功32J。若整個過程中阻力大小恒定，則當(dāng)該物體第一次回到拋出點時的動能是(

)A．10J B．20J

C．36J

D．18J√B

[由題可知上升到某一高度時，重力、阻力均做負功，所以根據(jù)功能關(guān)系有WG＋Wf＝ΔEk，重力做功對應(yīng)著重力勢能的變化，故有WG＝ΔEp，將ΔEk＝80J，Wf＝32J代入可得ΔEp＝48J，WG＝48J，由于上升過程中重力、阻力大小都恒定，而且是直線運動，因此重力和阻力做功關(guān)系為WG：Wf＝48∶32＝3∶2，物體上升到最高點時由功能關(guān)系可得WG總＋Wf總＝Ek，解得上升過程中阻力做功Wf總＝40J，當(dāng)物體落回原地時由動能定理得－2Wf總＝Ek1－Ek，代入數(shù)據(jù)得Ek1＝20J，落回原地時動能為20J。故選B。]【教用·備選例題】

1．(多選)如圖所示，滑塊以一定的初速度沖上足夠長的粗糙固定斜面，取斜面底端O點為運動的起點和零勢能點，并以滑塊由O點出發(fā)時為t＝0時刻。在滑塊運動到最高點的過程中，下列描述滑塊的動能Ek、重力勢能Ep、機械能E隨位移x、時間t變化的圖像錯誤的是(

)√√

2．(多選)從地面豎直向上拋出一物體，物體運動過程中受到大小不變的阻力，以地面為重力勢能零勢能面，上升過程中，該物體的機械能E總和重力勢能Ep隨離開地面的高度h的變化如圖所示，g取10m/s2。由圖中數(shù)據(jù)可得(

)A．拋出時，物體的速率為10m/sB．上升經(jīng)過h＝2m時，物體的動能為60JC．物體運動過程中受到的阻力大小為10ND．從拋出至落回地面的過程中，物體的動能減少40J√√

√√

√√

探究2

摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化兩種摩擦力做功特點的比較類型靜摩擦力做功滑動摩擦力做功不同點能量的轉(zhuǎn)化只有機械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而沒有機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(1)一部分機械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體(2)一部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此部分能量就是系統(tǒng)機械能的損失量類型靜摩擦力做功滑動摩擦力做功不同點一對摩擦力的總功一對靜摩擦力所做功的代數(shù)和總等于零一對滑動摩擦力做功的代數(shù)和總是負值，轉(zhuǎn)化為發(fā)生相對滑動時產(chǎn)生的熱量Q＝Ffs相對相同點做功情況兩種摩擦力對物體可以做正功，也可以做負功，還可以不做功角度1

摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化【典例3】一木塊靜置于光滑水平面上，一顆子彈沿水平方向飛來射入木塊中。當(dāng)子彈進入木塊的深度達到最大值2.0cm時，木塊沿水平面恰好移動距離1.0cm。在上述過程中系統(tǒng)損失的機械能與子彈損失的動能之比為(

)A．1∶2 B．1∶3

C．2∶3

D．3∶2√

角度2

傳送帶中的摩擦生熱【典例4】在機場和火車站可以看到對行李進行安全檢查用的水平傳送帶，如圖所示，當(dāng)旅客把行李放在正在勻速運動的傳送帶上后，傳送帶和行李之間的滑動摩擦力使行李開始運動，隨后它們保持相對靜止，行李隨傳送帶一起勻速通過檢測儀器接受檢查，設(shè)某機場安全檢查用的水平傳送帶始終保持v＝3m/s的速度順時針運動，一個質(zhì)量為m＝1.0kg、初速度為零的小物體放在傳送帶的左端，若物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15，傳送帶左右兩端距離為x＝4.5m(g＝10m/s2)。(1)求物體從左端到右端的時間；(2)求物體從左端到右端的過程中產(chǎn)生的內(nèi)能；(3)設(shè)傳送帶由電動機帶動，求為了使物體從傳送帶左端運動到右端而多消耗的電能。

[答案]

(1)2.5s

(2)4.5J

(3)9J角度3

板塊中的摩擦生熱【典例5】如圖所示，有一長為L＝2m長木板A靜止在水平地面上，其右端靜止一體積可忽略的小物塊B?，F(xiàn)對長木板A施加一水平向右的恒力F，使長木板A和小物塊B發(fā)生相對滑動，已知長木板A的質(zhì)量為mA＝2kg，小物塊B的質(zhì)量為mB＝1kg，長木板A和小物塊B之間的動摩擦因數(shù)μ1＝0.4，長木板A與地面之間的動摩擦因數(shù)μ2＝0.2，水平恒力F＝20N，g＝10m/s2，試求：(1)在長木板A受到水平恒力F作用后，經(jīng)多長時間小物塊B滑離長木板A；(2)從長木板A受到水平恒力F作用開始到B離開A，整個系統(tǒng)由于滑動摩擦力作用而產(chǎn)生的總熱量Q。[解析]

(1)對長木板A，根據(jù)牛頓第二定律有F－f1－f2＝mAaA其中f1＝μ1mBg，f2＝μ2N2，N2＝(mA＋mB)g解得aA＝5m/s2對小物塊B，根據(jù)牛頓第二定律有μ1mBg＝mBaB

[答案]

(1)2s

(2)68J【教用·備選例題】

(多選)如圖所示，處于長木板A左端的物塊B(可視為質(zhì)點)和A均以9m/s的速度開始向右運動。A、B質(zhì)量均為2kg，A、B間的動摩擦因數(shù)為0.1，水平地面與A之間的動摩擦因數(shù)為0.2，最終物塊恰好沒滑出木板(g取10m/s2)。對于兩者的運動過程，下列說法正確的是(

)A．木板運動時加速度大小為3m/s2B．木板克服地面摩擦力做功81JC．物塊和木板間產(chǎn)生的熱量為108JD．木板的長度為27m√√

3．如圖所示，傾角為30°的光滑斜面的下端有一水平傳送帶，傳送帶正以6m/s的速度運動，運動方向如圖所示。一個質(zhì)量為2kg的物體(物體可以視為質(zhì)點)從h＝3.2m高處由靜止沿斜面下滑，物體經(jīng)過A點時，不管是從斜面到傳送帶還是從傳送帶到斜面，都不計其動能損失。物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.5，物體向左最多能滑到傳送帶左右兩端AB的中點處，重力加速度g＝10m/s2，求：(1)傳送帶左右兩端AB間的距離L；(2)上述過程中物體與傳送帶組成的系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量；(3)物體隨傳送帶向右運動，最后沿斜面上滑的最大高度h′。

[答案]

(1)12.8m

(2)160J

(3)1.8m[針對訓(xùn)練]3．(多選)如圖所示，一個長為L，質(zhì)量為M的木板靜止在光滑水平面上，一個質(zhì)量為m的物塊(可視為質(zhì)點)，以水平初速度v0從木板的左端滑向另一端，設(shè)物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ，當(dāng)物塊與木板相對靜止時，物塊仍在長木板上，物塊相對木板的位移為d，木板相對地面的位移為s，重力加速度為g。則在此過程中(

)A．

摩擦力對物塊做功為－μmg(s＋d)B．

摩擦力對木板做功為μmgsC．

木板動能的增量為μmgdD．

由于摩擦而產(chǎn)生的熱量為μmgs√√AB

[根據(jù)功的定義W＝Fscosθ，其中s指物體對地的位移，而θ指力與位移之間的夾角，可知摩擦力對物塊做功W1＝－μmg(s＋d)，A正確；摩擦力對木板做功W2＝μmgs，B正確；根據(jù)動能定理可知木板動能的增量ΔEk＝W2＝μmgs，C錯誤；由于摩擦而產(chǎn)生的熱量Q＝Ff·Δx＝μmgd，D錯誤。]4．如圖所示，傳送帶與地面的夾角θ＝37°，A、B兩端間距L＝16m，傳送帶以速度v＝10m/s沿順時針方向運動，物體m＝1kg，無初速度地放置于A端，它與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5，試求：(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)(1)物體由A端運動到B端的時間；(2)系統(tǒng)因摩擦產(chǎn)生的熱量。

(2)物體與傳送帶間的相對位移x相＝(vt1－x1)＋(L－x1－vt2)＝6m故Q＝μmgcosθ·x相＝24J。[答案]

(1)2s

(2)24J一、選擇題1．某運動員在一次自由式滑雪空中技巧比賽中沿“助滑區(qū)”保持同一姿態(tài)下滑了一段距離，重力對他做功1900J，他克服阻力做功100J。該運動員在此過程中(

)A．動能增加了1900J B．動能增加了2000JC．重力勢能減小了1900J D．重力勢能減小了2000J1題號23456789√1011素養(yǎng)提升練(六)C

[由題可得重力做功WG＝1900J，則重力勢能減小1900J，故選項C正確，D錯誤；由動能定理得WG－Wf＝ΔEk，克服阻力做功Wf＝100J，則動能增加1800J，故選項A、B錯誤。]1題號2345678910112．如圖甲所示，長木板A放在光滑的水平面上，質(zhì)量為m＝2kg的另一物體B(可看成質(zhì)點)以水平速度v0＝2m/s滑上原來靜止的長木板A的上表面。由于A、B間存在摩擦力，之后A、B速度隨時間變化情況如圖乙所示。g取10m/s2。下列說法正確的是(

)A．木板A最終獲得的動能為2JB．系統(tǒng)損失的機械能為4JC．木板A的最小長度為2mD．A、B間的動摩擦因數(shù)為0.1√1題號234567891011

1題號234567891011

√1題號234567891011√

1題號234567891011

√1題號234567891011

1題號2345678910115．(多選)如圖所示，一木塊放在光滑的水平面上，一顆子彈水平射入木塊的過程中，子彈受到的平均阻力為f，射入木塊的深度為d，此過程木塊移動了s，則該過程有(

)A．子彈損失的動能為f(s＋d)B．子彈對木塊做功為fsC．子彈動能的減少量等于木塊動能的增加量D．子彈、木塊組成的系統(tǒng)損失的機械能為fd√1題號234567891011√√ABD

[對子彈，根據(jù)動能定理有－f(s＋d)＝ΔEk1，可知子彈損失的動能為f(s＋d)，A正確；對木塊，有fs＝ΔEk2，可知木塊增加的動能為fs，則子彈對木塊做功為fs，B正確；根據(jù)能量守恒，子彈動能的減少量等于木塊動能的增加量和系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量之和，C錯誤；系統(tǒng)損失的機械能為E損＝f(s＋d)－fs＝fd，D正確。]1題號2345678910116．如圖所示為速凍食品加工廠生產(chǎn)和包裝餃子的一道工序。將餃子輕放在勻速運轉(zhuǎn)的足夠長的水平傳送帶上，不考慮餃子之間的相互作用和空氣阻力。關(guān)于餃子在水平傳送帶上的運動，下列說法正確的是(

)A．餃子一直做勻加速運動B．傳送帶的速度越快，餃子的加速度越大C．餃子由靜止開始加速到與傳送帶速度相等的過程中，增加的動能等于因摩擦產(chǎn)生的熱量D．傳送帶多消耗的電能等于餃子增加的動能√1題號234567891011

1題號2345678910117．(多選)如圖所示，繃緊的傳送帶與水平面的夾角為θ，傳送帶在電動機的帶動下，始終保持v0的速率運行?，F(xiàn)把一物塊(可視為質(zhì)點)輕輕放在傳送帶底端，物塊被傳送到傳送帶的最高點(在運動至最高點前與傳送帶達到共速)。已知物塊與傳送帶間動摩擦因數(shù)為μ，μ>tanθ，t為運動時間，x為物塊沿斜面運動的距離。某同學(xué)以傳送帶底端所在水平面為零勢能面，畫出了在物塊由傳送帶底端被傳送到傳送帶的最高點的過程中，物塊的速度v、重力勢能Ep、機械能E、物塊和傳送帶摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q等四個物理量變化情況圖像如圖所示，其中正確的是(

)1題號2345678910111題號234567891011√√

1題號2345678910118．(多選)如圖所示，A、B、C三個相同的滑塊從均勻的粗糙斜面上的同一高度同時開始運動：A由靜止釋放；B的初速度方向沿斜面向下，大小為v0；C的初速度方向沿水平方向，大小也為v0。斜面足夠大，A、B、C運動過程中不會相碰。下列說法正確的是(

)A．B和C將同時滑到斜面底端B．滑到斜面底端時，A的動能最大C．滑到斜面底端時，C的摩擦生熱量最多D．滑到斜面底端時，A和B的機械能減少一樣多√1題號234567891011√CD

[B、C兩個滑塊所受的滑動摩擦力大小相等，B所受滑動摩擦力沿斜面向上，C沿斜面向上的力是滑動摩擦力的分力，可知沿斜面向下方向上，C的加速度大于B的加速度，但B具有向下的初速度，故無法判斷B和C是否同時滑到斜面底端，故A錯誤；重力做功相同，滑動摩擦力做功與路程有關(guān)，C運動的路程最長，A、B運動的路程相等，故摩擦力對A、B做功相同，故A和B的機械能減少一樣多，C克服摩擦力做功最大，而B有初速度，則滑到斜面底端時，由動能定理WG－Wf＝Ek－Ek0，可知B滑塊的動能最大，故B錯誤，C、D正確。]1題號234567891011二、非選擇題9．如圖甲所示，在水平地面上放置一個質(zhì)量為m＝4kg的物體，讓其在隨位移均勻減小的水平推力作用下運動，推力F隨位移x變化的圖像如圖乙所示，已知物體與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5，g取10m/s2，求：(1)出發(fā)時物體運動的加速度大?。?2)物體能夠運動的最大位移。1題號234567891011

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