2021高考人教版物理一輪復(fù)習(xí)講義：第5章第4講功能關(guān)系能量守恒定律(含解析)

1、第 4 講功能關(guān)系能量守恒定律主干梳理對(duì)點(diǎn)激活知識(shí)點(diǎn)11I功能關(guān)系n1.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0能量轉(zhuǎn)化的量度，即做了多少功就有02|多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。（2）做功的過程一定伴隨著03能量的轉(zhuǎn)化，而且04能量轉(zhuǎn)化必通過做功來實(shí) 現(xiàn)。知識(shí)點(diǎn)2能量守恒定律n1.內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空_01產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式02轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體03轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在04轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的 過程中，能量的總量_05保持不變。2適用范圍：能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律， 是各種自然現(xiàn)象中06普遍適用的一條規(guī)律。3.表達(dá)式E初=E末，初狀態(tài)各種

2、能量的|7總和等于末狀態(tài)各種能量的| 08|總和。（2）丘增=4E減，增加的能量總和等于減少的能量總和。|雙基夯實(shí)一堵點(diǎn)疏通1.物體下落h，重力做功mgh，物體具有了能量mgh。（）2.能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中是守恒的，故沒有必要節(jié)約能源。（）3.在物體的機(jī)械能減少的過程中，動(dòng)能有可能是增大的。（）4.一個(gè)物體的能量增加， 必定有別的物體能量減少。（）5.滑動(dòng)摩擦力做功時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生熱量。（）6.重力和彈簧彈力之外的力做功的過程是機(jī)械能和其他形式能量轉(zhuǎn)化的過程。（）答案1.X2.X3.V4.V5.V6.V二對(duì)點(diǎn)激活1.有關(guān)功和能，下列說法正確的是（）A.力對(duì)物體做了多少功，物體就具有多少能B.物

3、體具有多少能，就一定能做多少功C.物體做了多少功，就有多少能量消失D.能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式時(shí)，可以用功來量度能量轉(zhuǎn)化的多少 答案D解析 功是能量轉(zhuǎn)化的量度，物體做了多少功，就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化； 并非力對(duì)物體做了多少功，物體就具有多少能；也并非物體具有多少能，就一定 能做多少功，所以A、B錯(cuò)誤。做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，能量在轉(zhuǎn)化過程中 總量守恒，并不消失，所以C錯(cuò)誤，D正確。2.質(zhì)量為m的物體以初速度vo沿水平面向左開始運(yùn)動(dòng)，起始點(diǎn)A與一輕彈簧0端相距s，如圖所示。已知 陰心一|物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 仏物體與彈簧相碰后，,J 1彈簧的最大壓縮量為X,則從開始碰撞到彈簧被

4、壓縮至最短，物體克服彈簧彈力所 做的功為（）1212A.qmvo 卩m（s+x）B.qmvo 卩mgxC.卩mgsD.卩m（s+x）答案A解析 物體克服彈簧彈力做功，彈性勢(shì)能增加，克服彈力做多少功就轉(zhuǎn)化成1i多少?gòu)椥詣?shì)能，由能量守恒得EP+卩mg+x）=2mv2，所以Ep=qmv2卩m+x）， 故A正確?？键c(diǎn)細(xì)研悟法培優(yōu)考點(diǎn)1功能關(guān)系的理解和應(yīng)用ITm1.對(duì)功能關(guān)系的進(jìn)一步理解(1)做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程。不同形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化是通過做 功來實(shí)現(xiàn)的。(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，功和能的關(guān)系，一是體現(xiàn)在不同的力做功，對(duì)應(yīng)不 同形式的能轉(zhuǎn)化，具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，二是做功的多少與能量轉(zhuǎn)化的多少

5、在數(shù)值 上相等。2.幾種常見的功能關(guān)系及其表達(dá)式力做功能的變化定量天糸合外力做功動(dòng)能變化(1)合外力做正功，動(dòng)能增加(2)合外力做負(fù)功，動(dòng)能減少W= Ek2Eki=AEk重力做功重力勢(shì)能變化(1)重力做正功，重力勢(shì)能減少(2)重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加W3=一AEp=Ep1Ep2彈簧彈力做功彈性勢(shì)能變化(1)彈力做正功，彈性勢(shì)能減少(2)彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加W3=一AEp=Ep1Ep2電場(chǎng)力做功電勢(shì)能變化(1)電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少(2)電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加W電=一圧p安培力做功電能變化(1)安培力做正功，電能減少(2)安培力做負(fù)功，電能增加安二一6E電除重力和彈 簧彈力之外 的其他力

6、做功機(jī)械能變化(1)其他力做正功，機(jī)械能增加(2)其他力做負(fù)功，機(jī)械能減少W=AE一對(duì)相互作內(nèi)能變化(1)作用于系統(tǒng)的一對(duì)滑動(dòng)摩擦力的總功一定為負(fù)值，系統(tǒng)內(nèi)能增加(2)Q=FfL相對(duì)例1(多選)在奧運(yùn)比賽項(xiàng)目中，10 m跳臺(tái)跳水是我國(guó)運(yùn)動(dòng)員的強(qiáng)項(xiàng)。某次訓(xùn)練中，質(zhì)量為60 kg的跳水運(yùn)動(dòng)員從跳臺(tái)自由下落10 m后入水，在水中豎直向 下減速運(yùn)動(dòng)。設(shè)他在空中下落時(shí)所受空氣阻力不計(jì)，水對(duì)他的阻力大小恒為2400N。那么在他入水后下降2.5 m的過程中，下列說法正確的是(取g=10 m/s2)()A.他的加速度大小為30 m/s2B.他的動(dòng)量減少了300 kg m/sC.他的動(dòng)能減少了4500 JD.他

7、的機(jī)械能減少了4500 J討丨(1)運(yùn)動(dòng)員入水后受幾個(gè)力？分別做什么功？提示：受重力和阻力共兩個(gè)力。重力做正功，阻力做負(fù)功。(2)運(yùn)動(dòng)員機(jī)械能如何變化？提示：阻力做負(fù)功，機(jī)械能減少。嘗試解答選AC。跳水運(yùn)動(dòng)員入水后，受到豎直向下的重力mg=600 N,水對(duì)他的阻力f=2400N，由牛頓第二定律有，fmg=ma，解得a=30 m/s2，A正確；運(yùn)動(dòng)員從10 m高 跳臺(tái)自由下落h=10 m時(shí)的速度v1=2gh=10 2 m/s，由v1v2=2aH，解得入 水后下降H=2.5 m時(shí)速度V2=5;2 m/s，他的動(dòng)量減少了mv1mv2=300：2 kg m/s，B錯(cuò)誤；在入水后下降H=2.5 m的過程

8、中，合外力做的功W=mgHfH=4500 J,根據(jù)動(dòng)能定理可知，他的動(dòng)能減少了4500 J, C正確；在入水后下降H=2.5 m的過程中，他克服水的阻力做的功為fH=6000 J,根據(jù)功能關(guān)系，他的機(jī)械能減少了6000 J, D錯(cuò)誤功能關(guān)系的選用原則用的滑動(dòng)摩擦力的總功(1)總的原則是根據(jù)做功與能量轉(zhuǎn)化的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定所選用的定理或規(guī)律，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。只涉及機(jī)械能的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。上，桿上有A、B兩點(diǎn)，0A=L

9、，0B=4L。當(dāng)細(xì)桿與水平面成30角時(shí)，小球由A點(diǎn)無初速度釋放，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度為零?，F(xiàn)讓細(xì)桿繞0點(diǎn)轉(zhuǎn)到豎直位置，小球再 由A點(diǎn)無初速度釋放，重力加速度大小為g，則小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中，下列 說法正確的是()A小球重力勢(shì)能減少罟B彈簧的彈性勢(shì)能增加3m嚴(yán)c.小球動(dòng)能增加3m4gLD.小球機(jī)械能減少3m8gL答案D3解析 當(dāng)細(xì)桿與水平面成30時(shí)，從A到B，根據(jù)動(dòng)能定理有mgLsin30W3彈二0-0,故彈簧彈力做功W彈二一gmgLo細(xì)桿繞0點(diǎn)轉(zhuǎn)到豎直位置，A、B的高變式1 (2019福建省龍巖市高三5月月考)如圖，一輕彈簧原長(zhǎng)為L(zhǎng), 一端固定在光滑細(xì)桿的0點(diǎn)，度差為3L，重力做功|mgL，小球重

10、力勢(shì)能減少彳；,A錯(cuò)誤；彈簧形變相同，所3333以彈力做功仍為W彈=gmgL，彈性勢(shì)能增加gmgL,合力做功mg 4L+W彈=g3mgL,小球的動(dòng)能增加gmgL,B、C錯(cuò)誤；根據(jù)能量守恒定律可知彈簧增加的彈性勢(shì)能是小球減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化而來，所以小球機(jī)械能減少3mggL,D正確兩種摩擦力的做功情況比較類別比較、靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力不 同占能量 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(1)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體通過滑動(dòng)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(2)部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，

11、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)和總等于零一對(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) 物體相對(duì)路程的乘積且為負(fù)功，即WFf=-Ffx相對(duì)，表示物體克服摩擦 力做功，系統(tǒng)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi) 能相 同占正功、 負(fù)功、 不做功 方面兩種摩擦力對(duì)物體都可以做正功、負(fù)功，還可以不做功考點(diǎn)2摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系例2電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速度v勻速傳動(dòng),量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上，如圖所示。若小木塊與傳送帶之間的動(dòng) 摩擦因數(shù)為仏當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，求：(1)小木塊的位移；(2)傳送帶轉(zhuǎn)過的路程；(3)小木塊獲得的

12、動(dòng)能；(4)摩擦過程產(chǎn)生的摩擦熱；(5)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶勻速傳動(dòng)輸出的總能量。clI (1)小木塊剛放上傳送帶時(shí)加速度的方向怎樣？運(yùn)動(dòng)性質(zhì)如何？提示：加速度方向水平向右。小木塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。(2)摩擦生成的熱量的計(jì)算公式是什么？電動(dòng)機(jī)輸出的能量轉(zhuǎn)化成了什么能量？2嘗試解答丸木塊剛放上時(shí)速度為零，必然受到傳送帶的滑動(dòng)摩擦力作用，做勻加速直線 運(yùn)動(dòng)，達(dá)到與傳送帶共速后不再相對(duì)滑動(dòng)，整個(gè)過程中木塊獲得一定的能量，系統(tǒng)要產(chǎn)生摩擦熱。對(duì)小木塊，相對(duì)滑動(dòng)時(shí)由卩mg ma得加速度a=卩g由v=at得，達(dá)到相對(duì)靜止所用時(shí)間+g2 &2(1)小木塊的位移li=Zt=2 022Ug2一V(2)傳送帶始

13、終勻速運(yùn)動(dòng)，路程l2=vt=g2 &12小木塊獲得的動(dòng)能Ek=2mv1也可用動(dòng)能定理 卩m防Ek，故Ek=qmv2。12產(chǎn)生的摩擦熱：Q=卩m(j2-11)=?mv2。(注意：Q=Ek是一種巧合，不是所提示：Q=Ff|相對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出的能量轉(zhuǎn)化成了小木塊的動(dòng)能與摩擦熱。2mv2有的問題都這樣)(5)由能量守恒定律得，電機(jī)輸出的總能量轉(zhuǎn)化為小木塊的動(dòng)能與摩擦熱，所 以E總=Ek+Q=mv2o:. .求解物體相對(duì)滑動(dòng)的能量問題的方法(1)正確分析物體的運(yùn)動(dòng)過程，做好受力情況分析。(2)利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，結(jié)合牛頓第二定律分析物體的速度關(guān)系及位移關(guān)系。注 意：無論是計(jì)算滑動(dòng)摩擦力做功，還是計(jì)算靜摩擦力做功，都應(yīng)代入物體相對(duì)地 面的位移。公式Q=Ff l相對(duì)中I相對(duì)為兩接觸物體間的相對(duì)位移，若物體在接觸面上做 往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則I相對(duì)為總的相對(duì)路程。變式2(2019安徽師大附中高考最后一卷)如圖所示，一 | 衛(wèi)一足夠長(zhǎng)的木板在光滑的水平面上以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)將質(zhì) 量為m的物體豎直向下輕輕地放置在木板