1、第4讲 功能关系,能量转化与守恒定律,一、功和能的关系1内容(1)功是 _ 的量度 ， 即做了多少功就有多 少,_发生了转化,能量转化,能量,(2) 做 功 的 过 程 一 定 伴 随 着 _ ， 而 且_必须通过做功来实现,能量的转化,能量的转化,2做功对应变化的能量形式,动能,(1)合外力的功影响物体的_的变化,(2)重力的功影响物体_的变化(3)弹簧弹力的功影响_的变化,重力势能弹性势能,(4)除重力或系统内弹力以外的力做功影响物体_,的变化,机械能,系统内能,电势能,(5)滑动摩擦力的功影响_的变化(6)电场力的功影响_的变化,(7)分子力的功影响_的变化,分子势能,【基础检测】1自然
2、现象中蕴藏着许多物理知识，如图 5-4-1 所示为一,),个盛水袋，某人从侧面缓慢推袋壁使它变形，则水的势能(图 5-4-1,A增大,B变小,C不变,D不能确定,答案：A,二、能量转化与守恒定律1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_到另 一个物体，而在转化或转移的过程中，能量的总量保持,_,转移,不变,2能量转化与守恒的两种表述(1)某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减 少量等于增加量(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，,且减少量等于增加量,相互转化,3对能量转化与守恒的理解：每一种运动形式都对应一种 能量
3、形式，通过力做功，不同形式的能可以_,【基础检测】2足够长的传送带以速度 v 匀速传动，一质量为 m 的小物体 A 由静止轻放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为，如图 5-4-2 所示，当物体与传送带相对静止时，转,化为内能的能量为(,),图 5-4-2,考点1,功能关系的理解及应用,重点归纳几种常见的功能关系及其表达式,（续表）,【考题题组】1如图 5-4-3 所示，木板质量为 M，长度为 L，小木块质量为 m，水平地面光滑，一根不计质量的轻绳通过定滑轮分别与 M 和 m 连接，小木块与木板间的动摩擦因数为.开始时木块静止在木板左端，现用水平向右的拉力 F 将 m 拉至右端，则拉
4、,),力 F 做功至少为(,图 5-4-3,答案：B,2(多选)如图 5-4-4 所示，在倾角为的固定光滑斜面上有两个用轻弹簧相连接的物块 A、B，它们的质量分别为 m1、m2，弹簧劲度系数为 k，C 为一固定挡板，系统处于静止状态现用一平行于斜面向上的恒力 F 拉物块 A 使之向上运动，当物块 B,),刚要离开挡板 C 时，物块 A 运动的距离为 d，速度为 v，则(图 5-4-4,考点2 摩擦力做功与能量的关系 重点归纳,1两种摩擦力做功的比较,2.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，做好受力分析,(2)利用运动学公式，结合牛顿第二定律分析物体的速度关,系及位移
5、关系,(3)公式WFfl 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,【考题题组】3如图 5-4-5 所示，质量为 M、长度为 L 的小车静止在光滑的水平面上，质量为 m 的小物块放在小车的最左端，现用一水平力 F 作用在小物块上，小物块与小车之间的摩擦力为 Ff，经过一段时间小车运动的位移为 x，小物块刚好滑到小车的右,端，则下列说法正确的是(,)图 5-4-5,A此时小物块的动能为 F(xL)B此时小车的动能为 Ff x,C这一过程中，小物块和小车增加的机械能为 FxFf LD这一过程中，因摩擦而产生的热量为 Ff (Lx)答案：B,
6、4(2016 年新课标卷)轻质弹簧原长为 2l，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为 5m 的物体由静止释放，当弹簧被压缩到最短时，弹簧长度为 l.现将该弹簧水平放置，一端固定在 A 点，另一端与物块 P 接触但不连接AB 是长度为5l 的水平轨道，B 端与半径为 l 的光滑半圆轨道 BCD 相切，半圆的直径 BD 竖直，如图 5-4-6 所示物块 P 与 AB 间的动摩擦因数0.5.用外力推动物块 P，将弹簧压缩至长度 l，然后放开P 开始沿轨道运动，重力加速度大小为 g.,(1)若 P 的质量为 m，求 P 到达 B 点时速度的大小，以及它离开圆轨道后落回到 AB 上的位置与 B 点
7、之间的距离(2)若 P 能滑上圆轨道，且仍能沿圆轨道滑下，求 P 的质量,的取值范围,图 5-4-6,解：(1)依题意，当弹簧竖直放置，长度被压缩至 l 时，质量为 5m 的物体的动能为零，其重力势能转化为弹簧的弹性势能由机械能守恒定律知，弹簧长度为 l 时的弹性势能为,考点3,能量守恒定律的理解及应用,重点归纳1对能量守恒定律的两点理解(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等,2能量转化问题的解题思路,(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
8、)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减与增加的能量总和E增，最后由E减E增列式求解,3涉及弹簧的能量问题,两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的过,程，具有以下特点：,(1)能量转化方面，如果只有重力和系统内弹簧弹力做功，,系统机械能守恒,(2)如果系统内每个物体除弹簧弹力外所受合力为零，则当,弹簧伸长或压缩到最大程度时两物体速度相同,【考题题组】5(多选)如图 5-4-7 所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块相连，弹簧处于自然长度时物块位于 O 点(图中未标出)物块的质量为 m，ABa，物块与桌面
9、间的动摩擦因数为，现用水平向右的力将物块从 O 点拉至 A 点，拉力做的功为 W.撤去拉力后物块由静止向左运动，经 O 点到达 B,),点时速度为零，重力加速度为 g.则上述过程中(图 5-4-7,6如图 5-4-8 甲所示，在倾角为 37足够长的粗糙斜面底端，一质量 m1 kg 的滑块压缩着一轻弹簧且锁定，但它们并不相连，滑块可视为质点t0 时解除锁定，计算机通过传感器描绘出滑块的 v-t 图象如图乙所示，其中 Oab 段为曲线，bc段为直线，在 t10.1 s 时滑块已上滑 s0.2 m 的距离(g 取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：,(1)滑块离开弹簧后在图中
10、 bc 段对应的加速度 a 及动摩擦因数的大小(2)t20.3 s 和 t30.4 s 时滑块的速度 v1、v2 的大小(3)弹簧锁定时具有的弹性势能 Ep.,甲,乙,图 5-4-8,模型,用功能关系分析传送带模型,传送带模型是高中物理中比较典型的模型，有水平和倾斜两种情况一般设问的角度有两个：一是动力学角度，求物体在传送带上运动的时间、物体在传送带上能达到的速度、物体相对传送带滑过的位移等，运用牛顿第二定律结合运动学规律求解；二是能量的角度，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,解决传送带系统能量转化问题的方法是：明确传送带和物体的
11、运动情况求出物体在传送带上的相对位移，进而求出摩擦力对系统所做的总功明确能量分配关系，由能量守恒定律建立方程求解,1物体与传送带相对滑动时摩擦力的总功,(1)摩擦力对系统做的总功等于摩擦力对物体和传送带做,结论：滑动摩擦力对系统总是做负功，这个功的数值等于,摩擦力与相对位移的积,(2)摩擦力对系统做的总功的物理意义是：物体与传送带相,对运动过程中系统产生的热量，即 Qfx.,2传送带系统能量的分配,传送带克服外力做的功 W 等于外界注入到传送带系统的能量 E，通常情况下，这部分能量一部分转化为被传送物体的机械能 E机，一部分由于相互摩擦转化为内能由能的转化和守恒定律得：EE机Q 或 WEkEpQ.,(1)物体从 A 运动到 B 共需多少时间？,(2)电动机因传送该物体多消耗的电能,图 5-4-9,备考策略：传送带模型问题的分析流程：,【触类旁通】(多选)如图 5-4-10 所示，水平传送带由电动机带动，并始终保持以速度 v 匀速运动现将质量为 m 的某物块无初速地放在传送带的左端，经过时间 t 物块保持与传送带相对静止设物块与传送带间的动摩擦因数为，对于这一过程，下列说法正,确的是(,),图 5-4-10,
