1、必考部分 第五章 机械能及其守恒定律 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 第4单元 功能关系 能量守恒定律 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 理清教材 网控基础点 提炼命题源第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 一、功能关系1功和能(1)功 是 _ 的 量 度,即 做 了 多 少 功,就 有 多 少_发生了转化(2)做 功 的 过 程 一 定 伴 随 有 _,而 且_必须通过做功来实现(1)能量转化 能量(2)能量的转化 能量的转化读读教材第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 2力学中常用的四种功能对应关系(
2、1)合外力做功等于物体动能的改变:即_(动能定理)(2)重力做功等于物体重力势能的减少:即_(3)弹簧弹力做功等于弹性势能的减少:即_(4)除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功,等于物体机械能的改变,即_(功能原理)(1)W合Ek2Ek1Ek(2)WGEp1Ep2Ep(3)W弹Ep1Ep2Ep(4)W其他力E2E1E第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 二、能量守恒定律1内容能量既不会凭空产生,也不会_,它只会从一种形式_为其他形式,或者从一个物体_到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量_2表达式_.1.凭空消失 转化 转移 保持不变2E减E增第五章 机械能及
3、其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 1从地面竖直上抛一个质量为m的小球,小球上升的最大高度为h.设上升和下降过程中空气阻力大小恒定为f.下列说法正确的是()A小球上升的过程中动能减少了mghB小球上升和下降的整个过程中机械能减少了fhC小球上升的过程中重力势能增加了mghD小球上升和下降的整个过程中动能减少了fh练练基础题组一 对功能关系的理解 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 解析:动能减少量等于克服合外力做的功,即Ek(mgf)h,选项A、D错误;机械能减少量等于克服除重力之外其他力做的功,即E2fh,选项B错误;上升过程中重力势能增加量等于克服重力做的功,即
4、Epmgh,选项C正确第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 2(2015潍坊模拟)如图所示,ABCD是一个盆式容器,盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧,B、C在水平线上,其距离d0.50 m盆边缘的高度为h0.30 m在A处放一个质量为m的小物块并让其从静止出发下滑已知盆内侧壁是光滑的,而盆底BC面与小物块间的动摩擦因数为0.10.小物块在盆内来回滑动,最后停下来,则停下的位置到B的距离为()A0.50 m B0.25 m C0.10 m D0第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 3上端固定的一根细线下面悬挂一摆球,摆球在空气中摆动,摆动
5、的幅度越来越小,对此现象下列说法正确的是()A摆球机械能守恒B总能量守恒,摆球的机械能正在减少,减少的机械能转化为内能C能量正在消失D只有动能和重力势能的相互转化题组二 对能量守恒定律的理解 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 4(多选)如图所示,楔形木块abc固定在水平面上,粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同,顶角b处安装一定滑轮质量分别为M、m(Mm)的滑块,通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接,轻绳与斜面平行两滑块由静止释放后,沿斜面做匀加速运动若不计滑轮的质量和摩擦,在两滑块沿斜面运动的过程中()A两滑块组成系统的机械能守恒B重力对M做的功等于M动能的增加C
6、轻绳对m做的功等于m机械能的增加D两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 解析:因为M克服摩擦力做功,所以系统机械能不守恒,A错误由功能关系知系统减少的机械能等于M克服摩擦力做的功,D正确对M,除重力外还有摩擦力和轻绳拉力对其做功,由动能定理知B错误对m,有拉力和重力对其做功,由功能关系知C正确第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 1“功”不是“能”,功和能的单位虽然相同(都是焦耳),但属于两个完全不同的概念,既不能说功就是能,也不能说“功变成了能”2机械能守恒定律反映的是一个系统中只有重力和弹力做功,系统内
7、物体的重力势能、弹性势能和动能可以相互转化,但总机械能不变3能量守恒定律反映的是一个系统除了机械能以外还有其他形式的能量参与转化,总能量不变4机械能守恒定律的适用是有条件的,能量守恒定律的适用无条件小思考 微总结 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 突破核心 研细核心点 练透经典题第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 1对功能关系的进一步理解(1)做功的过程是能量转化的过程不同形式的能量发生相互转化是通过做功来实现的(2)功是能量转化的量度,功和能的关系,一是体现在不同的力做功,对应不同形式的能转化,具有一一对应关系;二是做功的多少与能量转化的多少在数
8、量上相等考点一 功能关系的应用 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 2应用功能关系需注意的三个问题(1)功能:分清是什么力做功,并且分析该力做正功还是做负功,根据功、能之间的对应关系,判定能的转化形式,确定能量之间的转化情况(2)能功:根据能量之间的转化情况,确定是什么力做功,尤其可以方便计算变力做功的多少(3)功能关系的实质:功能关系反映了做功和能量转化之间的对应关系,功是能量转化的量度和原因,能量转化是做功过程的必然结果第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 试题调研调研 1(2015贵州省六校联考)(多选)一个质量为 m 的物体以某一速度从固定斜面
9、底端冲上倾角 30的斜面,其加速度大小为34g,物体在斜面上上升的最大高度为 h,则此过程中正确的是()A动能增加32mghB重力做功为mghC机械能损失了12mghD物体克服摩擦力做功12mgh第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 解题探究1物体沿斜面上升过程中,是否存在滑动摩擦力?若存在,摩擦力大小为多少?2如何计算动能变化?如何计算机械能损失?提示:合力做功量度动能变化,除重力之外的其他力做功量度机械能变化提示:假设存在滑动摩擦力,根据牛顿第二定律,mgsin fma,解得 f14mg.第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 答案 BD解析 物体沿斜
10、面上滑,设摩擦力为 f,由牛顿第二定律得 fmgsin 30ma,a3g4,得 fmg4.当物体上升高度 h,沿斜面上升位移 2h,合力为3mg4,合力做负功,动能减少,重力做负功 mgh,A错误,B 正确;物体克服摩擦力做功为mgh2,损失机械能为mgh2,C错误,D 正确第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 对各种功能关系熟记于心,在力学范围中,应牢固掌握以下五条功能关系:(1)重力做的功等于重力势能的变化,弹力做的功等于弹性势能的变化;(2)合外力做的功等于动能的变化;(3)除重力、弹力外,其他力做的功等于机械能的变化(4)重力之外(除弹簧弹力)的其他力做的功等于机械
11、能的变化,即W其他E.(5)滑动摩擦力做功等于系统中内能的变化,即QFl相对运用功能关系解题时,应弄清楚重力做什么功,合外力做什么功,除重力、弹力外的其他力做什么功,从而判断重力势能或弹性势能、动能、机械能的变化名师归纳点题破疑 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 类题练熟11.(2015山东烟台一模)(多选)如图所示,两个小球 A、B 分别固定在轻杆的两端,轻杆可绕水平光滑转轴 O 在竖直平面内转动,OAOB,现将该杆静置于水平方向,放手后两球开始运动,已知两球在运动过程受到大小始终相同的空气阻力作用,则从开始运动到杆转到竖直位置的过程中,以下说法正确的是()A两球组成
12、的系统机械能守恒BB 球克服重力做的功等于 B 球重力势能的增加C重力和空气阻力对 A 球做功的代数和等于它的动能增加DA 球克服空气阻力做的功大于 B 球克服空气阻力做的功第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 解析:由于有空气阻力作用,两球和轻杆组成的系统机械能不守恒,A 错误;重力做功仅仅和重力势能相联系,B 球克服重力做的功等于 B 球重力势能的增加,B 正确;根据动能定理,合外力的功等于动能的变化,对 A 球做功的力有重力、空气阻力和轻杆的作用力,C 错误;由于 OAOB,且两球在运动过程受到大小始终相同的空气阻力作用,所以克服空气阻力做的功 W Ff142r12F
13、fr,故 D 正确第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 12.(多选)将一质量为m的物体用一轻绳悬吊,使物体由静止开始沿竖直方向运动,物体的机械能随位移的变化规律如图所示,其中只有x1x2部分为直线,其余部分均为曲线,假设空气的阻力不计则下列叙述正确的是()Ax1x2物体的重力势能可能增加Bx1x2物体的动能可能保持不变Cx1x2物体的加速度的大小可能发生变化D0 x2物体的动能可能一直增大第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 解析:由于除重力之外的其他力做多少负功,物体的机械能就减少多少,即 FxE,得 FEx,所以 Ex 图像的斜率的绝对值等于物体所
14、受拉力的大小,又由题图可知机械能一直减小,说明外力 F 一直做负功,即物体一直向下运动,重力势能一直减小,A错误;由题图可知,在 0 x1 内斜率的绝对值逐渐增大,故在 0 x1内物体所受的拉力逐渐增大,则物体可能向下做加速度逐渐减小的加速运动,动能增大;在 x1x2 内 Ex 图像的斜率的绝对值不变,故物体所受的拉力保持不变,如果拉力大小等于物体所受的重力,物体可能做匀速直线运动,其动能保持不变;如果拉力的大小小于重力,则物体在 x1x2 内向下做匀加速直线运动,动能增大,则 B、D 正确;由于 x1x2 内拉力不变,则物体所受的合力不变,加速度的大小一定不变,C 错误第五章 机械能及其守恒
15、定律 突破核心 理清教材 突出特色 1对能量守恒定律的理解(1)某种形式的能量减少,一定有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,一定有别的物体的能量增加,且减少量和增加量相等考点二 能量守恒定律的应用 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 2运用能量守恒定律解题的基本思路第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 试题调研调研 2(2015豫南九校联考)如图所示,固定斜面的倾角 30,物体 A 与斜面之间的动摩擦因数为 34,轻弹簧下端固定在斜面底端,弹簧处于原长时上端位于 C 点,用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体
16、A 和 B,滑轮右侧绳子与斜面平行,A 的质量为 2m4 kg,B 的质量为 m2 kg,初始时物体 A 到 C 点的距离为 L1 m,现给 A、B 一初速度 v03 m/s,使 A 开始沿斜面向下运动,B 向上运动,物体 A 将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到 C点已知重力加速度取 g10 m/s2,不计空气阻力,整个过程中轻绳始终处于伸直状态,求此过程中:第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色(1)物体A向下运动刚到C点时的速度;(2)弹簧的最大压缩量;(3)弹簧中的最大弹性势能第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 解题指导1系统从开始到C点的过程中,由于
17、摩擦力做负功,机械能减少2物体A压缩弹簧到最低点又恰好弹回C点,系统势能不变,动能全部克服摩擦力做功3物体A在压缩弹簧过程中,系统重力势能不变,动能一部分克服摩擦力做功,一部分转化为弹性势能解析(1)A 和斜面间的滑动摩擦力 f2mgcos 物体 A 向下运动到 C 点的过程中,根据能量关系有2mgLsin 123m(v20v2)mgLfL代入数据得:v2 m/s.第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 答案(1)2 m/s(2)0.4 m(3)6 J(2)从物体 A 接触弹簧,将弹簧压缩到最短后又恰好回到 C 点,对系统应用动能定理,则有f2x0123mv2代入数据得 x0
18、.4 m.(3)弹簧从压缩最短到恢复原长的过程中,根据能量关系有 Epmgx2mgxsin fx因为 mgx2mgxsin 所以 Epfx代入数据得:Ep6 J.第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 涉及能量转化问题的解题方法(1)当涉及摩擦力做功,机械能不守恒时,一般应用能的转化和守恒定律(2)解题时,首先确定初、末状态,然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少,哪种形式的能量增加,求出减少的能量总和E减和增加的能量总和E增,最后由E减E增列式求解名师归纳点题破疑 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 21.(2015廊坊模拟)如图所示,光滑水平面AB
19、与竖直面内的半圆形导轨在B点相切,半圆形导轨的半径为R.一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放,在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧,当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍,之后向上运动恰能到达最高点C.(不计空气阻力)试求:类题练熟(1)物体在A点时弹簧的弹性势能;(2)物体从B点运动至C点的过程中产生的内能第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 答案:(1)72mgR(2)mgR解析:(1)设物体在 B 点的速度为 vB,所受弹力为 FNB,则有FNBmgmv2BR又 FNB8mg由能量守恒定律可知弹性势能Ep12mv2B72mgR(2)设物
20、体在 C 点的速度为 vC,由题意可知 mgmv2CR.物体由 B 点运动到 C 点的过程中,由能量守恒定律得Q12mv2B(12mv2C2mgR)解得 QmgR.第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 1对摩擦生热的理解(1)从功的角度看,一对滑动摩擦力对系统做的功等于系统内能的增加量(2)从能量的角度看,是其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量考点三 摩擦力做功及摩擦生热问题 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 2两种摩擦力做功情况比较 类别比较 静摩擦力滑动摩擦力不同点能量的转化方面只有能量的转移,而没有能量的转化既有能量的转移,又有能量的转化一
21、对摩擦力的总功方面一对静摩擦力所做功的代数和等于零一对滑动摩擦力所做功的代数和不为零,总功WFfl相对,即摩擦时产生的热量相同点正功、负功、不做功方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功,还可以不做功第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 调研3(2015福建泉州七中月考)将三个木板1、2、3固定在墙角,木板与墙壁和地面构成了三个不同的三角形,如图所示,其中1与2底边相同,2和3高度相同现将一个可以视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放,并沿斜面下滑到底端,物块与木板之间的动摩擦因数均相同在这三个过程中,下列说法正确的是()试题调研第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清
22、教材 突出特色 沿着1和2下滑到底端时,物块的速度不同;沿着2和3下滑到底端时,物块的速度相同沿着1下滑到底端时,物块的速度最大物块沿着2下滑到底端的过程中,产生的热量最多物块沿着1和2下滑到底端的过程中,产生的热量是一样多的A B C D第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 解题探究1沿斜面1和2下滑时,摩擦力相同吗?摩擦力做功相同吗?2沿斜面2和3下滑时,摩擦力做功相同吗?落地时动能相同吗?提示:摩擦力做功不同,落地时动能也不同提示:斜面 1 和 2 相比,底边长度相等,倾角不同滑动摩擦力 fmgcos,所以摩擦力不同;摩擦力做的功 Wffsmgcos xcos mgx
23、,所以摩擦力做功相同第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 答案 B解析 设物体质量为 m,斜面倾角为,高为 h,底边长为 L,滑到底端速度为 v,由动能定理有:mghmgcos Lcos 12mv2,即 mghmgL12mv2,下滑过程中产生的热量 QfsmgL,物体沿 3 下滑产生的热量最多,沿 1、2 下滑产生的热量相同,沿 1 下滑到底端速度最大,沿 3 下滑到底端速度最小,故 B 正确第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 求解相对滑动物体的能量问题的方法(1)正确分析物体的运动过程,做好受力情况分析(2)利用运动学公式,结合牛顿第二定律分析物体的
24、速度关系及位移关系(3)公式QFfl相对中l相对为两接触物体间的相对位移,若物体在传送带上做往复运动时,则l相对为总的相对路程名师归纳点题破疑 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 31.(2015安徽省六校素质测试)如图甲,长木板A放在光滑的水平面上,质量为m2 kg的另一物体B以水平速度v02 m/s滑上原来静止的长木板A的表面由于A、B间存在摩擦,之后A、B速度随时间变化情况如图乙所示,则下列说法错误的是()A木板获得的动能为2 JB系统损失的机械能为2 JC木板A的最小长度为1 m DA、B间的动摩擦因数为0.1甲 乙第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材
25、突出特色 解析:由图象可知,A、B 的加速度大小都为 1 m/s2,所以二者质量相等,木板获得的动能为 1 J,选项 A 错误;系统损失的机械能E12mv20122mv22 J,选项 B 正确;由 vt 图象可求出二者相对位移为 1 m,所以 C 正确;分析 B 的受力,根据牛顿第二定律,可求出 0.1,选项 D 正确第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 32.足够长的水平传送带以恒定速度 v 匀速运动某时刻一个质量为 m 的小物块以大小也是 v、方向与传送带的运动方向相反的初速度冲上传送带,最后小物块的速度与传送带的速度相同在小物块与传送带间有相对运动的过程中,滑动摩擦力
26、对小物块做的功为 W,小物块与传送带因摩擦产生的热量为 Q,则下列选项中正确的是()AW0,Qmv2 BW0,Q2mv2CWmv22,Qmv2 DWmv2,Q2mv2第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 解析:对小物块,由动能定理有 W12mv212mv20,设小物决与传送带间的动摩擦因数为,则小物块与传送带间的相对位移 x相对满足 2(g)x 相对0(2v)2,解得 x 相对2v2g,这段时间内因摩擦产生的热量 Qmgx 相对2mv2,选项 B 正确第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 突出特色 传送带模型中的功能关系第五章 机械能及其守恒定律 突破核
27、心 理清教材 突出特色 名师点睛1模型概述传送带模型是高中物理中比较成熟的模型,典型的有水平和倾斜两种情况一般设问的角度有两个:(1)动力学角度:首先要正确分析物体的运动过程,做好受力情况分析,然后利用运动学公式结合牛顿第二定律,求物体及传送带在相应时间内的位移,找出物体和传送带之间的位移关系(2)能量角度:求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等,常依据功能关系或能量守恒定律求解第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 2传送带模型问题中的功能关系分析(1)功能关系分析:WFEkEpQ.(2)对WF和Q的理解:传送带的功
28、:WFFx传;产生的内能QFfx相对经典范例 如图所示,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(可看做质点)轻轻放在皮带的底端,经过时间1.9 s,工件被传送到h1.5 m的高处,取g10 m/s2,求:(1)工件与传送带间的动摩擦因数;(2)电动机由于传送工件多消耗的电能第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 解析(1)由图可知,皮带长 x hsin 3 m.工件速度达到 v0 前,做匀加速运动的位移 x1 vt1v02 t1匀速运动的位移为 xx1v0(tt1)解得加速运动的时间 t10.8 s
29、加速运动的位移 x10.8 m所以加速度 av0t12.5 m/s2由牛顿第二定律有:mgcos mgsin ma,解得 32.第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色(2)在时间 t1 内,皮带运动的位移 x 皮v0t11.6 m在时间 t1 内,工件相对皮带的位移 x 相x 皮x10.8 m在时间 t1 内,摩擦生热 Qmgcos x 相60 J工件获得的动能 Ek12mv2020 J工件增加的势能 Epmgh150 J电动机多消耗的电能 WQEkEp230 J.答案(1)32 (2)230 J第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色(1)水平传送带:共速后
30、不受摩擦力,不再有能量转化倾斜传送带:共速后仍有静摩擦力,仍有能量转移(2)滑动摩擦力做功,其他形式的能量转化为内能;静摩擦力做功,不产生内能多维思考技法提炼 第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 针对训练 工厂流水线上采用弹射装置把物品转运,现简化其模型分析:如图所示,质量为m的滑块,放在光滑的水平平台上,平台右端B与水平传送带相接,传送带的运行速度为v0,长为L;现将滑块向左压缩固定在平台上的轻弹簧,到达某处时(仍处于弹簧弹性限度内)由静止释放,若滑块离开弹簧时的速度小于传送带的速度,当滑块滑到传送带右端C时,恰好与传送带速度相同,滑块与传送带间的动摩擦因数为.求:(1
31、)释放滑块时,弹簧具有的弹性势能;(2)滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色 答案:(1)12mv20mgL(2)mv20 mv0 v202gLmgL解析:(1)由题意知滑块在传送带上一直做匀加速运动,设滑块离开弹簧时的速度为 v,由动能定理可得:mgL12mv2012mv2对弹簧和滑块构成的系统,由机械能守恒定律得Ep12mv2联立解得:Ep12mv20mgL.第五章 机械能及其守恒定律 突破核心 理清教材 突出特色(2)对滑块在传送带上的运动,由牛顿第二定律和运动学公式可得mgmav20v22aLv0vat联立解得 tv0 v202gLgx 相对v0tL所以 QFfx 相对mv20mv0 v202gLmgL.谢谢大家