2019版高考物理大一轮复习《第17讲:功能关系能量守恒定律》讲义(含答案解析)
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1、第 17 讲 功能关系 能量守恒定律考纲要求 考情分析 命题趋势1.功能关系2摩擦力做功与能量转化3能量转化规律的应用2017全国卷 ,242017全国卷 ,16功能关系和能量守恒定律是从总体上把握力和运动的本质高考中以选择题和计算题形式考查1功能关系(1)功是_能量转化_的量度,即做了多少功就有_多少能量 _发生了转化(2)做功的过程一定伴随着_能量的转化_,_能量的转化 _可以通过做功来实现2能量守恒定律(1)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_.(2
2、)能量守恒定律的表达式:E 减 _E 增 _.(3)对定律的理解某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等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这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本思路1请判断下列表述是否正确,对不正确的表述,请说明原因(1)力对物体做了多少功,物体就有多少能( )解析 功是能量“转化”的量度,力对物体做了多少功,物体就改变了多少能(2)能量在转化或转移的过程中,其总量有可能增加( )解析 根据能量守恒定律知,能量在转化或转移的过程中,其总量保持不变(3)能量在转化或转移的过程中,其总量会不断减少( )解析 同(2
3、)(4)能量在转化或转移的过程中总量保持不变,故没有必要节约能源( )解析 能量虽然守恒,但能量的转化具有方向性,在能源的利用过程中,即在能量转化的过程中,能量从便于利用的变成不便于利用的,故应节约能源(5)能量的转化和转移具有方向性,且现在可利用的能源有限,故必须节约能源( )(6)滑动摩擦力做功时,一定会引起能量的转化( )一 对功能关系的理解1对功能关系的理解(1)做功的过程就是能量转化的过程不同形式的能量发生相互转化可以通过做功来实现(2)功是能量转化的量度功和能的关系,一是体现在不同性质的力做功,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值上相等2几种
4、常见的功能关系及其表达式各种力做功 对应能的变化 定量的关系合力的功 动能变化合力对物体做功等于物体动能的增量 W 合E k2 Ek1重力的功重力势能变化重力做正功,重力势能减少,重力做负功,重力势能增加,且 WGE pE p1E p2弹簧弹力的功弹性势能变化弹力做正功,弹性势能减少,弹力做负功,弹性势能增加,且 W 弹 EpE p1E p2只有重力、弹簧弹力的功不引起机械能变化机械能守恒 E0非重力和弹力的功机械能变化除重力和弹力之外的其他力做正功,物体的机械能增加,做负功,机械能减少,且 W 其他 E电场力的功电势能变化电场力做正功,电势能减少,电场力做负功,电势能增加,且 W 电 E p
5、滑动摩擦力的功内能变化滑动摩擦力做功引起系统内能增加 E 内F fl 相对例 1(2017全国卷)如图,一质量为 m、长度为 l 的均匀柔软细绳 PQ 竖直悬挂用外力将绳的下端 Q 缓慢地竖直向上拉起至 M 点,M 点与绳的上端 P 相距 l.重力加速度大13小为 g.在此过程中,外力做的功为( A )A mgl B mgl19 16C mgl D mgl13 12解析 将绳的下端 Q 缓慢向上拉至 M 点,相当于使下部分 的绳的重心升高 l,故重13 13力势能增加 mg mgl,由功能关系可知选项 A 正确13 l3 19功能关系的选用原则(1)在应用功能关系解决具体问题的过程中,若只涉及
6、动能的变化用动能定理分析(2)只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析(3)只涉及机械能的变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析(4)只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析二 摩擦力做功与能量转化1静摩擦力做功(1)静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功(2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零(3)静摩擦力做功时,只有机械能的相互转移,不会转化为内能2滑动摩擦力做功的特点(1)滑动摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功(2)相互间存在滑动摩擦力的系统内,一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果:机械能全部转化为内能;有一部分机械能在相
7、互摩擦的物体间转移,另外一部分转化为内能(3)摩擦生热的计算:QF fx 相对 其中 x 相对 为相互摩擦的两个物体间的相对路程从功的角度看,一对滑动摩擦力对系统做的功等于系统内能的增加量;从能量的角度看,其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量例 2(2018河北保定调研)( 多选 )如图所示,足够长的传送带与水平方向的夹角为 ,物块 a 通过平行于传送带的轻绳跨过光滑定滑轮与物块 b 相连,b 的质量为 m,开始时,a、b 及传送带均静止且 a 不受传送带摩擦力作用,现让传送带逆时针匀速转动,则在 b 上升 h 高度(未与滑轮相碰)过程中( BC )A物块 a 的重力势能减少了 mghsi
8、n B摩擦力对 a 做的功大于 a 的机械能的增加量C摩擦力对 a 做的功等于物块 a、b 动能增加量之和D任意时刻,重力对 a、b 做功的瞬时功率大小不相等解析 开始时,a、b 及传送带均静止且 a 不受传送带摩擦力作用,有 magsin m bg,则 ma ,b 上升 h,则 a 下降 hsin ,则 a 重力势能的减少量为 Epam aghsin mbsin msin mgh ,故选项 A 错误;根据能量守恒得系统机械能增加,摩擦力对 a 做的功等于 a、b机械能的增加量,所以摩擦力对 a 做的功大于 a 机械能的增加量;由 A 分析可知系统重力势能不变,所以摩擦力做的功等于系统动能的增
9、加量,故选项 B、C 正确;任意时刻,a、b 的速率相等,对 b,重力的瞬时功率大小 Pbmg v,对 a 有 Pam agvsin mg v,所以重力对 a、b 做功的瞬时功率大小相等,故选项 D 错误求解相对滑动过程中能量转化问题的思路(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关系(3)公式 QF fx 相对 中 x 相对 为两接触物体间的相对位移,若物体在传送带上做往返运动时,则 x 相对 为总的相对路程三 能量转化规律的应用1应用能量守恒定律的基本思路(1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等
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