1、第20讲 用能量观点分析综合问题 第20讲 用能量观点分析综合问题 考点整合 一、功能关系1.功能原理：功是能的_的量度(1)做功的过程就是能量_的过程；(2)做功多少与能的转化量大小_，即|W|E|.2.重要结论(1)物体动能的增量由_做的功来量度：EkW外(2)物体重力势能的增量由_做的功来量度：EpWG.第20讲 考点整合 转化转化相等相等相等合外力克服重力第20讲 考点整合(3)物体机械能的增量由重力(弹簧弹力)以外的_做的功来量度：E机W其他当W其他0时，系统的机械能守恒(4)互为作用力和反作用力的一对摩擦力做的总功用来量度该过程中系统由于摩擦产生的热量系统增加的内能Q_(s为这两个
2、物体间相对移动的路程)二、能量守恒定律的内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变其他力fs要点探究 探究点一 功能关系的一般应用做功的过程就是能量转化的过程，做多少功就有多少某种形式的能转化为其他形式的能功是能量转化的量度，这就是功能关系的普遍意义功能关系的主要形式有以下几种：(1)重力做功过程中，重力势能和其他形式能相互转化重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加重力做的功等于重力势能的减少量，WGEpEp1Ep2.第20讲 要点探究(2)弹簧的弹力做功过程中，弹性势能和其他形式
3、能相互转化弹簧的弹力对物体做正功，弹簧的弹性势能减少；弹簧的弹力做负功，弹簧的弹性势能增加弹力做的功等于弹性势能的减少量，WGEpEp1Ep2.(3)除重力、弹簧弹力的其他力做功过程中，机械能和其他形式的能相互转化除重力、弹簧弹力的其他力做的功等于机械能的减少量，W其他EE1E2.(4)电场力做功过程中，电势能和其他形式能相互转化电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加电场力做的功等于电势能的减少量，W电EpEp1Ep2.第20讲 要点探究(5)安培力做正功，电能转化为其他形式的能；克服安培力做功，其他形式的能转化为电能(6)合外力做功过程中，物体的动能发生变化合外力对物体做的功等于
4、物体动能的增加量(动能定理)，即W合Ek.在应用功能关系时应注意搞清力对“谁”做功的问题，对“谁”做功就对应“谁”的位移，并引起“谁”的能量变化如子弹物块模型中，摩擦力对子弹做的功必须用子弹的位移去求解，功引起子弹动能的变化但不能说功就是能，也不能说“功变成能”功是能量转化的量度，可以说功在能量转化的过程中扮演着重要的角色.第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 例1 2011泰安模拟 如图201所示，卷扬机的绳索通过定滑轮用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移动，在移动过程中，下列说法正确的是()A.F对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和B.F对木箱做的功等
5、于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和C.木箱克服重力做功等于木箱增加的重力势能D.F对木箱做的功等于木箱增加的机械能第20讲 要点探究 例 1 C 解析 克服重力做的功等物体重力势能的增加，EpWG，C 正确由动能定理：WGWfWF12mv2，WF12mv2WGWf(EkEp)Wf，故 ABD 均错点评(1)解答本题时易错选 B.原因是没有分析清木箱加速上升时，拉力 F 做的功还有一部分转化为木箱的动能(2)应用功能关系解题时，要弄清楚有哪些力在做功，这些力做功导致哪种形式能量的变化第20讲 要点探究 1 2010福州模拟在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项质量为m的跳水运动员进入水
6、中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降高度为h的过程中，下列说法正确的是()()A.他的动能减少了FhB.他的重力势能增加了mghC.他的机械能减少了FhD.他的机械能减少了(Fmg)h第20讲 要点探究 解析 根据功能关系，动能减少量EkW合(Fmg)h,重力势能减少量EpWGmgh，机械能减少量EW它Fh.C 第20讲 要点探究 2 2010三明模拟 如图202所示，在抗洪救灾中，一架直升机通过绳索，用恒力F竖直向上拉起一个漂在水面上的木箱，使其由水面开始加速上升到某一高度，若考虑空气阻力而不考虑空气浮力，则在此过程中，以下说法错误的是()A.力F所做的功
7、减去克服阻力所做的功等于重力势能的增量B.木箱克服重力所做的功等于重力势能的增量C.力F、重力、阻力三者合力所做的功等于木箱动能的增量D.力F和阻力的合力所做的功等于木箱机械能的增量第20讲 要点探究 解析 力F所做功等于系统克服阻力所做的功、重力势能的增量与动能增量之和，A错 A 探究点二 功能关系在传送带问题中的应用1.摩擦力做功的特点(1)静摩擦做功的特点静摩擦力对物体可以做正功，可以做负功，还可以不做功一对静摩擦力所做的功的代数总和一般等于零(特殊：爬杆类例外)在静摩擦力做功的过程中，只有机械能从一个物体转移到另一个物体(静摩擦力做功起着传递机械能的作用)，而没有机械能转化为其他形式的
8、能量，也不产生热第20讲 要点探究 第20讲 要点探究(2)滑动摩擦力做功的特点滑动摩擦力对物体可以做正功，可以做负功，还可以不做功在相互摩擦的物体系统中，一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做总功多少与路径有关，其值是负值，等于摩擦力与相对路程的乘积，即Wffs相对，负号表示系统克服摩擦力做功，系统损失的机械能转变成内能，即E损fs相对Q热(摩擦生热)在一对滑对摩擦力做功的过程中，能量的转化和转移的情况是：一是相互摩擦的物体通过摩擦力做功，将部分机械能从一个物体转移到另一个物体；二是部分机械能转化为内能第20讲 要点探究 2.物体在传送带上运动求解物体在传送带上运动的问题，首先对物体进行受力
9、分析，根据牛顿第二定律求解物体运动的加速度，以地面为参考系，运用运动公式正确分析物体的运动过程应特别关注物体与传送带是否达到共同速度这一转折点，这是摩擦力突变的临界条件要区分物体的位移和物体相对传送带的位移，再利用Qfs相对求滑动摩擦产生的热量，利用功能关系求解有关问题第20讲 要点探究 例2 如图203所示为测定运动员体能的装置，轻绳拴在腰间沿水平线跨过定滑轮(不计滑轮的质量与摩擦)，下悬重为G的物体设人的重心相对地面不动，人用力向后蹬传送带，使水平传送带以速率v逆时针转动，则()A人对重物做功，功率为GvB.人对传送带的摩擦力大小等于G，方向水平向右C.在时间t内，人对传送带做功消耗的能量
10、为GvtD.若增大传送带的速度，人对传送带做功的功率不变第20讲 要点探究 例2 C 解析 人用力向后蹬传送带的过程中，重物不动，人对重物不做功，选项A错误；对人进行受力分析可知，传送带对人的摩擦力水平向右，大小等于G，根据牛顿第三定律知，人对传送带的摩擦力大小等于G，方向水平向左，选项B错误；在时间t内，人对传送带做功消耗的能量为WPtGvt，选项C正确；若增大传送带的速度，人对传送带做功的功率将增大，选项D错误第20讲 要点探究 点评 本题是传送带上物体的运动问题，通过受力分析，明确物体的受力情况，结合牛顿运动定律和功能关系求解有关问题下面的变式题是倾斜传送带上物体的运动问题第20讲 要点
11、探究 1 如图204所示，倾斜的传送带保持静止，一木块从顶端以一定的初速度匀加速下滑到底端如果让传送带沿图中箭头所示的方向匀速运动，同样的木块从顶端以同样的初速度下滑到底端的过程中，与传送带保持静止时相比()A.木块从顶端滑到底端的过程中，所用的时间变长B.木块从顶端滑到底端的过程中，所用的时间变短C.木块在滑到底端的过程中，克服摩擦力所做的功变大D.木块在滑到底端的过程中，系统产生的内能将变大第20讲 要点探究 解析 传送带运动时，木块所受摩擦力仍然是沿传送带向上，木块向下一直加速，加速度不变，因而滑到底端所用时间不变，故可判断选项A、B错；但由于传送带运动时，木块对地位移不变，木块和传送带
12、间的相对路程变大，故木块克服摩擦力所做的功不变，摩擦力产生的内能增多，选项C错、D对 D 第20讲 要点探究 2如图205所示，绷紧的传送带与水平面的夹角30，皮带在电动机的带动下，始终保持v02 m/s的速率运行现把一质量为m10 kg的工件(可看为质点)轻轻放在皮带的底端，经时间1.9 s，工件被传送到h1.5 m的高处，取g10 m/s2.求：(1)工件与皮带间的动摩擦因数；(2)电动机由于传送此工件多消耗的电能第20讲 要点探究(1)32 (2)230 J 解析(1)由题意得，皮带长为：Lhsin303 m工件速度达到 v0 之前，从静止开始做匀加速运动，设匀加速运动的时间为 t1，位
13、移为 s1，有 s1 v t1v02t1假设工件最终取得了与传送带相同的速度，则达到 v0 之后工件将做匀速运动，有 Ls1v0(tt1)解得 t10.8 s1.9 s，故工件最终取得与传送带相同的速度的假设正确加速运动阶段的加速度为 av0t12.5 m/s2第20讲 要点探究 在加速运动阶段，根据牛顿第二定律，有mgcosmgsinma解得 32.(2)在时间 t1 内，传送带的位移为 sv0t11.6 m，工件的位移为s1 v t1v02t10.8 m，所以在时间 t1 内，工件相对传送带的位移为 sss10.8 m在时间 t1 内，因摩擦而产生的热量为 Qmgcoss60 J工件到达最
14、高点时获得的动能为 Ek12mv2020 J工件增加的势能为 Epmgh150 J 所以电动机由于传送工件多消耗的电能为 EQEkEp230 J 探究点三 能的转化与守恒定律的应用1.对定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定存在另外形式的能量增加，且减少量和增加量相等(2)某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，且减少量和增加量相等2.应用定律解题应注意的问题(1)分清共有多少种形式的能(如动能、势能、电能、内能)在变化；(2)明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少；(3)减少的总能量一定等于增加的总能量，据此列出方程：E减E增.第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 例3 如图
15、206所示，某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点，接着沿水平路面滑至C点停止人与雪橇的总质量为70 kg.下表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解决下列问题：(g10 m/s2)(1)人与雪橇从A到B的过程中，损失的机械能为多少？(2)设人与雪橇在BC段所受阻力恒定，求阻力大小第20讲 要点探究 例 3(1)9100 J(2)140 N 解析(1)从 A 到 B 的过程中，人与雪橇损失的机械能为Emgh12mv2A12mv2B9100 J.(2)人与雪橇在 BC 段做匀速减运动的加速度大小为avBvCt120104 m/s22 m/s2.根据牛顿第二定律得：fma702 N140
16、N.第20讲 要点探究 点评 从能量的角度来看，功是度量能量转化的物理量，功的正、负表示了能量的传输方向：外力对物体做正功，则外界向物体传输能量；外力对物体做负功，物体将一部分能量向外界传输如本例中求人与雪橇从A到B的过程中损失的机械能为多少，由能量关系可知，就是求这一过程中克服阻力做了多少功因此，许多问题都可以应用能量守恒定律来解决第20讲 要点探究 1 2010莆田模拟 如图207所示，跳水运动员最后踏板的过程可以简化为下述模型：运动员从高处落到处于自然状态的跳板(A位置)上，随跳板一同向下做变速运动到达最低点(B位置)对于运动员从开始与跳板接触到运动至最低点的过程，下列说法中正确的是()
17、A.运动员到达最低点时，其所受外力的合力为零B.在这个过程中，运动员的动能一直在减小C.在这个过程中，运动员的机械能先增加后减少D.在这个过程中，运动员所受重力对他做的功小于跳板的作用力对他做的功第20讲 要点探究 D 解析 本题的过程类似于小球自由下落压缩弹簧的问题，运动员往下压板时，先向下做加速度减小的加速运动，弹力等于重力即加速度为0时速度最大，而后往下做加速度增加的减速运动，最低点时速度为0但加速度最大(大于g)显然，AB错由于弹力方向始终向上，弹力做负功，运动员的机械能一直减少，C错最终运动员静止，速度为0，动能减小，根据动能定理，运动员所受重力对他做的功小于跳板的作用力对他做的功，
18、D对第20讲 要点探究 2 2010三明模拟 面积很大的水池，水深为 H，水面上浮着一正方体木块，木块边长为 a，密度为水的12，质量为m.开始时，木块静止，有一半没入水中，如图 208 所示现用力将木块缓慢地压到池底，在这一过程中()A.木块的机械能减少了 mgHa2B.水池中水的机械能不变C.水池中水的机械能增加了 2mgHa2D.水池中水的机械能增加了 mgH5a8第20讲 要点探究 A 解析 木块被缓慢地压到池底的过程中，动能不变，机械能的减小量实际上就得过于重力势能的减小量，A对系统能量守恒，木块机械能减少多少，水的机械能就增加多少，所以水池中水的机械能增加了 mg(Ha2)，BCD
19、 错 探究点四 图象在能量问题中的应用例4 2010南通模拟 如图209甲所示，一物块在t0时刻以初速度v0从足够长的粗糙斜面底端向上滑行，物块速度随时间变化的图象如图209乙所示，t0时刻物块到达最高点，3t0时刻物块又返回底端由此可以确定()A.物块返回底端时的动能B.物块所受摩擦力大小C.斜面倾角D.3t0时间内物块克服摩擦力所做的功第20讲 要点探究 第20讲 要点探究 C 解析 由题图，物体减速上升时，设加速度为 a1，位移大小为 s，则 s12a1t20，物体加速下降时，设加速度为 a2，则 s12a2(2t0)2，由以上两式得 a14a2，因为 a1gsingcosv0t0，a2
20、gsingcos v2t0.由以上三式可求物块返回底端时的速度、动摩擦因数和斜面倾角，选项 C 正确；由动能定理得，摩擦力做功为 W12mv212mv2038mv20，因不知物体的质量，选项 A、B、D 错误第20讲 要点探究 2010海淀模拟 如图2010所示为竖直平面内的直角坐标系一个质量为m的质点在恒力F和重力的作用下，从坐标原点O由静止开始沿直线OA斜向下运动，直线OA与y轴负方向成角(90)不计空气阻力，重力加速度为g，则以下说法正确的是()A.当Fmgtan时，质点的机械能守恒B.当Fmgsin时，质点的机械能守恒C.当Fmgtan时，质点的机械能增大D.当Fmgsin时，质点的机械能可能减小也可能增大第20讲 要点探究 B 解析 质点做直线运动，所以恒力F和重力的合力沿OA方向，即恒力大小的范围为Fmgsin，当Fmgsin时，恒力的方向与位移方向垂直，恒力不做功，选项B正确，D错误；当mgsinFmg时，恒力有两解，恒力的方向可能与位移的夹角大于90，也可能小于90，即恒力可能做正功，也可能做负功，选项A、C错误