【物理】2019届一轮复习人教版 功能关系 能量守恒定律 学案

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第五章 功和能 ‎1.从近几年高考来看，关于功和功率的考查，多以选择题的形式出现，有时与电流及电磁感应相结合命题．‎ ‎2．功和能的关系一直是高考的“重中之重”，是高考的热点和重点，涉及这部分内容的考题不但题型全、分量重，而且还经常有压轴题，考查最多的是动能定理和机械能守恒定律，且多数题目是与牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动以及电磁学等知识相结合的综合性试题．‎ ‎3．动能定理及能量守恒定律仍将是高考考查的重点．高考题注重与生产、生活、科技相结合，将对相关知识的考查放在一些与实际问题相结合的情境中去，能力要求不会降低.‎ 第21讲 功能关系能量守恒定律 ‎1.掌握功和能的对应关系，特别是合力功、重力功、弹力功分别对应的能量转化关系.‎ ‎2.理解能量守恒定律，并能分析解决有关问题．‎ 一、功能关系 功 能量的变化 合外力做正功 动能增加 重力做正功 重力势能减少 弹簧弹力做正功 弹性势能减少 电场力做正功 电势能减少 其他力(除重力、弹力外)做正功 机械能增加 二、能量守恒定律 ‎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．表达式：ΔE减＝ΔE增．‎ 考点一 功能关系的应用 ‎1．在应用功能关系解决具体问题的过程中，若只涉及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．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1、功能关系问题的解答技巧 对各种功能关系熟记于心，力学范围内，应牢固掌握以下三条功能关系：‎ ‎(1)重力的功等于重力势能的变化，弹力的功等于弹性势能的变化；‎ ‎(2)合外力的功等于动能的变化；‎ ‎(3)除重力、弹力外，其他力的功等于机械能的变化．‎ 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．‎ 考点二 摩擦力做功摩擦力做功的特点及传送带中的能量问题 ‎1．静摩擦力做功的特点 ‎(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：‎ ‎①机械能全部转化为内能；‎ ‎②有一部分机械能在相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：Q＝Ffs相对．其中s相对为相互摩擦的两个物体间的相对路程．‎ 深化拓展　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．‎ ‎3．传送带模型的能量问题 ‎（1）模型条件 ‎①传送带匀速或加速运动．‎ ‎②物体以初速度v0滑上传送带或轻轻放于传送带上，物体与传送带间有摩擦力．‎ ‎③物体与传送带之间有相对滑动．‎ ‎（2）模型特点 ‎①若物体轻轻放在匀速运动的传送带上，物体一定要和传送带之间产生相对滑动，物体一定受到沿传送带前进方向的摩擦力 ‎②若物体静止在传送带上，与传送带一起由静止开始加速，如果动摩擦因数较大，则物体随传送带一起加速；如果动摩擦因数较小，则物体将跟不上传送带的运动，相对传送带向后滑动．‎ ‎③若物体与水平传送带一起匀速运动，则物体与传送带之间没有摩擦力；若传送带是倾斜的，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力作用．‎ ‎（3）功能关系 ‎①功能关系分析：WF＝ΔEk＋ΔEp＋Q ‎②对传送带的功WF和产生的内能Q的理解：‎ 传送带的功：WF＝Fx传 产生的内能Q＝Ff x相对 ‎★重点归纳★‎ ‎1、摩擦力做功的特点 静摩擦力 滑动摩擦力 不同点 能量的转化方面 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(静摩擦力起着传递机械能的作用)而没有机械能转化为其他形式的能量 ‎1.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 ‎2.部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量 不同点 一对摩擦力做功方面 一对静摩擦力所做功的代数总和等于零 一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功总为负值，系统损失的机械能转变成内能 考点三 能量守恒定律及应用 ‎1．内容：‎ 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。‎ ‎2．表达式：ΔE减＝ΔE增。‎ ‎3.列能量守恒定律方程的两条基本思路：‎ ‎(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．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎3、应用能量守恒定律解题的步骤 ‎（1）分清有多少形式的能[如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势 能)、内能等]在变化；‎ ‎（2）明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，并且列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式；‎ ‎（3）列出能量守恒关系式：ΔE减 ＝ΔE增．‎ 过关检测 一、选择题(本大题共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中. 1~8题只有一项符合题目要求； 9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)‎ ‎1．以下关于能量和能源的认识，正确的是（  ）‎ A． “永动机”违反了能量的转化和守恒定律 B． 因为能量不会消失，所以我们没必要节约能源 C． 石油、天燃气都是自然界自主生成的可再生能源 D． 我国煤炭和石油的资源丰富，不需要大力开发新能源 ‎【答案】 A ‎2．质量为m的人造地球卫星与地心的距离为r时，引力势能可表示为，其中G为引力常量，M为地球质量.该卫星原来在半径为R1的轨道上绕地球做匀速圆周运动，由于受到极稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R2，此过程中因摩擦而产生的热量为 A． GMm B． GMm C． D． ‎ ‎【答案】 C ‎3．风力发电是一种环保的电能获取方式.图为某风力发电站外观图。假设当地水平风速约为10m/s，该风力发电站利用风的动能转化为电能的效率约为20％，风力发电机的叶片长度为10m，空气的密度是1.29kg/m³，某一工厂用电的功率为320kW，则大约需要多少台这样风力发电机同时为该工厂供电 A． 6 B． 8 C． 10 D． 12‎ ‎【答案】 B ‎4．一小球从某一高度H下落到水平地面上，与水平地面碰撞后弹起，假设小球与地面的碰撞过程中没有能量损失，但由于受到大小不变的空气阻力的影响，使每次碰撞后弹起上升的高度是碰撞前下落高度的3/4．为使小球弹起后能上升到原来的高度H，在小球开始下落时，在极短的时间内给小球补充能量，应补充 A． B． C． D． ‎ ‎【答案】 C ‎5．如图所示，物块以60J的初动能从斜面底端沿斜面向上滑动，当它的动能减少为零时，重力势能增加了45J，则物块回到斜面底端时的动能为（ ）‎ A． 15J B． 20J C． 30J D． 45J ‎【答案】 C ‎6．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（g为当地的重力加速度)(       )‎ A． 他的动能减少了Fh B． 他的重力势能减少了mgh C． 他的机械能减少了(F一mg)h D． 他的机械能增加了Fh ‎【答案】 B ‎7．如图所示，带电小球a由绝缘细线OC和OE悬挂而处于静止状态，其中OC水平，地面上固定一绝缘且内壁光滑的圆弧细管道AB，圆心O与a球位置重合，管道底端B与水平地面相切。一质量为m的带电小球b从A端口由静止释放，当小球b运动到B端时对管道内壁恰好无压力，在此过程下列说法错误的是（）‎ A． 小球b的机械能守 B． 悬线OE的拉力先增大后减小 C． 悬线OC的拉力先增大后减 D． b球受到的库仑力大小始终为3mg ‎【答案】 B ‎8．质量为m、长度为l的均匀软绳放置在水平地面上．现将软绳一端提升至离地面高度为h 处，软绳完全离开地面，则至少需要对软绳做的功为 A． B． . C． D． ‎ ‎【答案】 D ‎9．如图所示，劲度系数为的水平轻质弹簧左端固定，右端连接质量为的小物块，静止于点，物块与水平面之间的动摩擦因数为.现对木块施加一个水平向右的恒力，物块开始运动，且此后运动中能到达点右侧的最大距离是，已知重力加速度为，物块最大静摩擦力等于滑动摩擦力.则（ ）‎ A． 拉力的大小一定大于 B． 物块开始运动时加速度的大小满足: ‎ C． 物块运动至点右侧距离是点时弹簧弹性势能增量为 D． 此后运动过程中物块可能再次经过点 ‎【答案】 BC ‎10．如图所示，倾角为37°的斜面长10m，一块质量为m＝2kg的小物块静止放置于斜面底端。小物块在平行于斜面的48N的推力作用下，沿斜面向上运动，小物块和斜面间的动摩擦因数μ＝0.5。当物块向上运动了9m而到达B时才撤去外推力，则关于小物块的运动下列说法正确的是 A． 小物块先做匀加速直线运动，后做匀减速直线运动，运动到斜面的顶端速度刚好为零。‎ B． 在外推力F作用在物块上的过程中，推力F做的功要大于物体克服重力和摩擦力所做的功 C． 从小物块开始运动到最后飞出斜面到最终落回地面的整个过程中，小物块所受外推力做的功和滑动摩擦力做的功的代数和等于物块机械能的变化量 D． 物块落地的动能为352J ‎【答案】 BCD ‎11．质量为1 kg的物体静止在水平粗糙的地面上，在一水平外力F的作用下运动，如图甲所示，外力F和物体克服摩擦力Ff做的功W与物体位移x的关系如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2.下列分析正确的是( )‎ A． 物体与地面之间的动摩擦因数为0.2 B． 物体运动的位移为13 m C． 物体在前3 m运动过程中的加速度为3 m/s2 D． x=9m时，物体的速度为 ‎【答案】 ACD ‎【解析】‎ ‎12．物体静止在水平地面上，在竖直向上的拉力F作用下向上运动．不计空气阻力，物体的机械能E 与上升高度h的大小关系如图所示，其中曲线上点A处的切线斜率最大，h2~h3的图线为平行于横轴的直线．则下列判断正确的是（ ）‎ A． 在h１处物体所受的拉力最大 B． 在h2处物体的速度最大 C． h2~h3过程中拉力的功率为零 D． 0~h2过程中物体的加速度先增大后减小 ‎【答案】 AC 二、非选择题（本大题共4小题，第13、14题每题10分；第15、16题每题15分；共50分）‎ ‎13．冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目，比赛场地示意图如图所示．比赛时，运动员从起滑架处推着冰壶出发，在栏线AB处放手让冰壶以一定的速度滑出．要让己方球队获胜，需要让自己推出的冰壶的停止位置尽量靠近圆垒的圆心0，并把对手的冰壶击出圆垒或尽量远离圆心0.已知冰壶的质量均为m=19. 96 kg，冰壶与冰面之间的摩擦因数为。冰壶碰撞时系统有18％的机械能损失．在某次比赛中，对方有一只冰壶恰好停在前卫线的中点上，己方队员想通过自己推出的冰壶与对方的冰壶碰撞的方式击离对方而让自己的冰壶恰好停在圆心0处而获胜，则该队员在栏线处的A点应以多大速度沿虚线推出自己的冰壶？ (g取10 rn/s2)‎ ‎【答案】 8.9m/s ‎14．如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的半圆形轨道在B点衔接，导轨半径为R，一个质量为m的静止物块在A处压缩弹簧，在弹力的作用下获某一向右速度，当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的压力为其重力的7倍，之后向上运动恰能完成半圆周运动到达C点，求 ‎（1）开始时弹簧储存的弹性势能；‎ ‎（2）物块从B到C克服阻力做的功；‎ ‎（3）物块离开C点后落回水平面时的水平距离及动能的大小。‎ ‎【答案】 （1）（2）（3）；‎ ‎15．如图所示，固定斜面的倾角 ，物体 A 与斜面之间的动摩擦因数 μ＝ ，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 A和 B，滑轮右侧绳子与斜面平行，A 的质量为2m，B 的质量为m，初始时物体 A 到 C 点的距离为 L，现给 A、B 一初速度 v0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。已知重力加速度为 g，不计空气阻力，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态，求 ‎(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)弹簧的最大弹性势能。‎ ‎【答案】 (1)；(2)；(3)‎ ‎16．如图为同轴的轻质圆盘，可以绕水平轴O转动，大轮与小轮半径之比为3：2．小轮边缘所绕的细线悬挂质量为3kg的物块A．大轮边缘所绕的细线与放在水平面上质量为2kg的物体B相连．将物体B从距离圆盘足够远处静止释放，运动中B受到的阻力f与位移s满足方程：f=2s．重力加速度取10m/s2 ． 求：‎ ‎（1）运动过程中两物体A、B速度之比；‎ ‎（2）物体A下降的最大高度；‎ ‎（3）物体B运动的最大速度．‎ ‎【答案】 （1） （2）13.33m（3）‎