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文档介绍
【物理】2018届一轮复习沪教版能量守恒学案
能量守恒 __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 1.理解能量守恒的条件 2.学会机械能守恒能量守恒解决问题。 一、功与能 功是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量转化，而且能的转化必通过做功来实现。 功能关系有： 1. 重力做的功等于重力势能的减少量，即 2. 合外力做的功等于物体动能的增加量，即 3. 重力、弹簧弹力之外的力对物体所做的功等于物体机械能的增加量，即 4. 系统内一对动摩擦力做的功等于系统损失的机械能，等于系统所增加的内能， 即 二、能的转化和守恒定律 1. 内容：能量既不能凭空产生，也不会凭空消失。它只能从一个物体转移到另一个物体或从一种形式转化为另一种形式，而能的总量不变。 2. 定律可以从以下两方面来理解： （1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量相等。 （2）某个物体的能量减少，一定存在另一物体的能量增加，且减少量和增加量相等。 这也是我们应用能量守恒定律列方程式的两条基本思路。 三、能量守恒定律解题思路 1. 分清有多少种形式的能（如动能、势能、内能、电能等）在变化。 2. 分别列出减少的能量和增加的能量的表达式。 3. 列恒等式= 类型一：机械能守恒定律计算 例1：如图所示，质量为的小铁块A以水平速度冲上质量为、长为、置于光滑水平面C上的木板B。正好不从木板上掉下。已知A、B间的动摩擦因数为，此时长木板对地位移为。求这一过程中： （1）木板增加的动能； （2）小铁块减少的动能； （3）系统机械能的减少量； （4）系统产生的热量 解析：在此过程中摩擦力做功的情况：A和B所受摩擦力分别为、，且=，A在的作用下减速，B在的作用下加速，当A滑动到B的右端时，A、B达到一样的速度A就正好不掉下 （1）根据动能定理有： （2）滑动摩擦力对小铁块A做负功，根据功能关系可知 （3）系统机械能的减少量 （4）、相对位移为，根据能量守恒 例1.2：某海湾共占面积，涨潮时平均水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持在20 m不变。退潮时，坝外水位降至18 m（如图所示）。利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10 ％，每天有两次涨潮，该发电站每天能发出多少电能？（=） 解析：打开闸门后，坝内的水流出，但和外面相比，水量太小，可以认为外面的水位不升高，所以水位下降（20－18）=2m 减少的重力势能（要用重心下降的高度） 转化为电能 每天有两次涨潮，故 类型二：动能定理应用 例2：物块质量为，从高为倾角为的斜面上端由静止开始沿斜面下滑。滑至水平面C点处停止，测得水平位移为，若物块与接触面间动摩擦因数相同，求动摩擦因数。 解析：以滑块为研究对象，其受力分析如图所示，根据动能定理有 即 类型三：图像选择题应用 例3．物体沿直线运动的v－t关系如图1所示，已知在第1秒内合外力对物体做的功为W ，则 A．从第1秒末到第3秒末合外力做功为4W B．从第3秒末到第5秒末合外力做功为－2W C．从第5秒末到第7秒末合外力做功为W D．从第3秒末到第4秒末合外力做功为－0.75W 解析：由图知第1秒末、第3秒末、第7秒末速度大小关系：＝＝，由题知W＝－0，则由动能定理得第1秒末到第3秒末合外力做功＝－＝0，故A错；第3秒末到第5秒末合外力做功＝－＝0－＝－W，故B错；第5秒末到第7秒末合外力做功＝－0＝＝W，故C对；第3秒末到第4秒末合外力做功＝－＝－＝－0.75 W．故D对． 答案：CD 类型四：综合应用类试题 例4.1：如图所示，水平长传送带始终以=3 m/s的速度匀速运动。现将一质量为=1 kg的物块放于左端（无初速度）。最终物体与传送带一起以3 m/s的速度运动，在物块由速度为零增加至=3 m/s的过程中，求： （1）由于摩擦而产生的热量 （2）由于放了物块，带动传送带的电动机消耗多少电能？ 解析：（1） 相对滑动时间 物体对地的位移 摩擦力对物体做的功 物体对传送带的相对路程 产生的热量 （2）由功能关系得，电动机消耗的电能 例4.2：如图所示，质量为m 的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速度v匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对静止这一过程中，下列说法正确的是( ) 【答案】D A.电动机做的功为 B.摩擦力对物体做的功为mv2 C.传送带克服摩擦力做的功为 D.电动机增加的功率为μmgv 【总结提升】摩擦力做功的误区分析 常见误区分析：(1)误区之一：计算摩擦力做功时，误把物体的长度当成物体对地位移。 解决办法：规范作出物体运动过程的分析示意图，标出物体的受力情况以及运动位移;同时切记力对物体做的功等于该力与物体对地位移的乘积。 (2)误区之二：误把外力做的功当作系统机械能的增量。 解决办法:认真分析系统内各种能量的变化，不能遗漏对任何一种能量改变的分析；同时对能量守恒定律和功能关系要深刻理解，如果系统内除机械能改变之外，无其他能量变化，如内能的增加，则外力(除重力之外)做的功就等于系统机械能的增量。如果有系统的内力做功情况且之和不为零，系统内有其他形式的能的转化,用能量守恒定律求解。 例4.3：如图所示为一皮带运输机，现在令皮带上只允许有一袋水泥，人将一袋水泥无初速度的放到皮带底端，水泥袋在运行过程中与皮带达到共速，最后上升到最高点，已知一袋水泥质量为，皮带运行速度为，皮带斜面的倾角为，水泥袋与皮带间动摩擦因数为，水泥袋从底端上升到最高点总高度为，总时间为，带动皮带转动的电动机功率为，取重力加速度为。 我们认为①在这一物理过程中电动机要消耗的电能为；②一袋水泥机械能的增加量为；③摩擦生热为；④用于其他消耗的能量为。 要求你根据能的转化和守恒定律写出与、及的定量关系，用题中所给的物理量来表示。 解析：消耗的电能=P 增加的动能为，增加的势能为， 故=+ 摩擦生热=（为相对皮带滑行的距离） 滑动摩擦力为 水泥加速度为 水泥速度达到，用时 此时水泥的位移 此时皮带的位移 相对位移= 产生的热量== 由能量守恒定律得： =－－=P－－－ 类型五：机械能守恒实验 例5：用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中： (1)运用公式＝mgh对实验条件的要求是________； (2)若实验中所用重物的质量m＝1 kg.打点纸带如图所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重物速度vB＝________，重物动能Ek＝________，从开始下落起至B点时重物的重力势能减少量是__________，由此可得出的结论是__________；(g取9.8 ) (3)根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落距离h，则以为纵轴、以h为横轴画出的图象应是图 中的 ( ) 解析：(1)重物自由下落时，对实验条件的要求是打第一个点时重物的初速度为零． (2)＝＝ m/s＝0.59 m/s 此时重物的动能为 ＝＝×1×(0.59)2 J≈0.17 J 重物的重力势能减小量为 ＝mgh＝1×9.8×17.6×10－3J≈0.17 J 故机械能守恒． 由机械能守恒定律可知，mgh＝，即验证机械能守恒定律成立，只需 验证＝gh即可．如果纵坐标为，横坐标为h，则图象应为过原点且斜率为g的直线， 故C正确． 答案：(1)打第一个点时重物的初速度为零 (2)0.59 m/s 0.17 J 0.17 J 机械能守恒 (3)C 六、小结 我们在解决能量的相关问题时，要特别注意功是能量转化的量度的关系，它是解决能量问题的基本方式；注意应用能量守恒定律的两条基本思路：（1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量相等：，（2）某个物体的能量减少，一定存在另一物体的能量增加，且减少量和增加量相等：。 基础演练 1．关于伽利略的斜面实验，下列描述正确的是( ) A．伽利略的斜面实验对于任意斜面都适用，都可以使小球在另一个斜面上升到同样的 高度 B．只有斜面光滑时，才有可能重复伽利略实验 C．在伽利略斜面实验中，只有B斜面“坡度”较缓才有可能使小球上升到同样高度 D．设想在伽利略斜面实验中，若斜面光滑，并且使B斜面变成水平，则可以使小球沿 平面运动到无穷远处 【答案】：BD 2．在室内滑雪场，游客们足不出户即可享受滑雪的乐趣，游客先乘自动扶梯至雪坡顶端， 然后顺坡滑下，滑到平地上后很快便停下来，从雪坡顶端到最后停下来的整个过程中， 下列说法中正确的是( ) A．人的动能先增加后减小，动能与势能之和不变 B．人的动能先增加后减小，动能与势能之和一直减小 C．人的动能先增加后减小，动能与势能之和先变大后不变 D．人的动能先增加后减小，动能与势能之和先变大后减小 【答案】：B 3．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法中正确的是( ) A．动能与势能之和守恒 B．能量正在消失 C．只有动能和重力势能的相互转化 D．动能与势能之和一直减少 【答案】：D 4.伽利略曾设计了如图5-1所示的一个实验，将摆球拉至M点放开，摆球会达到同一水平高度上的N点，如果在E或F处钉上钉子，摆球将沿不同的圆弧达到同一高度的对应点；反过来，如果让摆球从这些点下落，它同样会达到原水平高度上的M点．这个实验可以说明，物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面(或弧线)下滑时，其末速度的大小( ) A．只与斜面的倾角有关 B．只与斜面的长度有关 C．只与下滑的高度有关 图5-1 D．只与物体的质量有关 【答案】：C 5．关于能量转化的说法中正确的是( ) A．举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能 B．电流通过电阻丝使电能转化为内能 C．内燃机的做功冲程是内能转化为动能 D．煤炭燃烧的过程中能量不守恒 【答案】 ABC 6．有一根轻绳拴了一个物体，如图5-2所示，若整体以加速度a向下做减速运动时，作用在物体上的各力做功的情况是 ( ) 图5-2 A．重力做正功，拉力做负功，合外力做负功 B．重力做正功，拉力做负功，合外力做正功 C．重力做正功，拉力做正功，合外力做正功 D．重力做负功，拉力做负功，合外力做正功 【答案】A 7．下面列举的情况中所做的功不为零的是 ( )． A．举重运动员，举着杠铃在头上方停留3 s，运动员对杠铃做的功 B．木块在粗糙的水平面上滑动，支持力对木块做的功 C．一个人用力推一个笨重的物体，但没推动，人的推力对物体做的功 D．自由落体运动中，重力对物体做的功 【答案】D 8．一个物体在两个力F1、F2的共同作用下发生了一段位移，做功分别为W1＝6 J、W2＝－6 J，下列说法正确的是 ( )． A．这两个力一定大小相等、方向相反 B．F1是动力，F2是阻力 C．这两个力做的总功为0 D．F1比F2做的功多 【答案】BC 9．如图所示，力F大小相等，物体沿水平面运动的位移l也相同，下列哪种情况F做功最少 图5-3 图7-1-7 图5-4 答案：D 10．如图5-4所示，平行于斜面向上的拉力F使质量为m的物体匀速地沿着长为L，倾角为α的斜面的一端向上滑到另一端，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，分别求作用在物体上各力对物体所做的功． 【答案】拉力做功mgL(sin α＋μcos α)，重力做功－mgLsin α，摩擦力做功－μmgLcos α，斜面弹力对物体不做功 11．在用图 所示的实验装置来验证机械能守恒定律时，某同学的以下说法中正确的是 （ ） A．必须用秒表测出重物下落的时间 B．实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近打点计时器，先接通打点计时器电源，然后松开纸带 C．如果打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化 D．验证时，可以不测量重物的质量或重力 解析：因为实验中使用打点计时器，不需要测时间，A错误；打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，造成重力势能的减少量大于动能的增加量，C错误；实验时，为节约纸带，便于测量，应使重物靠近打点计时器，应先通电后放手，B正确；因为动能和势能表达式中都含有质量，可以消去，故不需测质量，D正确． 答案：BD 12．(2014·广州模拟)“验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图 所示的甲或乙方案来进行．甲方案为用自由落体实验验证机械能守恒定律，乙方案为用斜面小车实验验证机械能守恒定律． (1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案好一些，理由是 ________________________________________________________________________． (2)图丙所示是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图所示，已知每 两个计数点之间的时间间隔T＝0.1 s．物体运动的加速度a＝________；该纸带是采用 __________(填 “甲”或“乙”)实验方案得到的．简要写出判断依据 ______________________________． 解析：(1)机械能守恒的前提是只有重力做功，实际操作的方案中应该使摩擦力越小越 好．故甲方案好一些． (2) 因a远小于g，故为斜面上小车下滑的加速度．所以该纸带采用图乙所示的实验方案． 答案：(1)甲 因为这个方案摩擦阻力小，误差小，操作方便，所用实验器材少 (2)4.8 m/s2(4.7 m/s2～4.9 m/s2) 乙 因为物体运动的加速度比重力加速度小得多 巩固提高 1、行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同物理过程是( ) A.重力对物体做功 B.物体的动能转化为其他形式的能量 C.物体的势能转化为其他形式的能量 D.物体的机械能转化为其他形式的能量 【答案】D 2、下面关于摩擦力做功的叙述，正确的是( ) A.静摩擦力对物体一定不做功 B.滑动摩擦力对物体不一定做负功 C.一对静摩擦力中，一个静摩擦力做正功，则另一个静摩擦力一定做负功 D.一对滑动摩擦力中，一个滑动摩擦力做负功，则另一个滑动摩擦力一定做正功 【答案】BC 3、如图所示，某人用竖直向上的力缓慢提起长为L、质量为m的置于地面上的铁链，则在将铁链提起到刚要脱离地面的过程中，提力所做的功为( ) A.mgL B.mgL C.mgL D.mgL 【答案】B 4、物体在竖直方向上分别做匀速上升、加速上升和减速上升三种运动。在这三种情况下物体机械能的变化情况是 ( ) A.匀速上升机械能不变，加速上升机械能增加，减速上升机械能减少 B.匀速上升和加速上升机械能增加，减速上升机械能减少 C.匀速上升和加速上升机械能增加，减速上升机械能可能增加，可能减少，也可能不变 D.三种情况中，物体的机械能均增加 【答案】C 15..如图所示，光滑固定的竖直杆上套有小物块a，不可伸长的轻质细绳通过大小可忽略的定滑轮连接物块a和小物块b，虚线cd水平。现由静止释放两物块，物块a从图示位置上升，并恰能到达c点。在此过程中，若不计摩擦和空气阻力，下列说法正确的是（ ） A.绳拉力对物块a做的功等于物块a重力势能的增加量 B.物块a到达c点时加速度为零 C.绳拉力对物块b做的功在数值上等于物块b机械能的减少量 D.绳拉力对物块b先做负功后做正功 【答案】AC 16.一质点在0～15 s内竖直向上运动，其加速度一时间图像如图所示，若取竖直向下为正，g取10，则下列说法正确的是 ( ) A.质点的机械能不断增加 B．在0～5 s内质点的动能增加 C．在10～15 s内质点的机械能一直增加 D．在t-15 s时质点的机械能大于t=5 s时质点的机械能 【答案】D 17.如下图所示，一质量为m（可视为质点）的物块以一定的初速度v0从斜面底端沿斜面向上运动，恰能滑行到斜面顶端．设物块与斜面间的动摩擦因数一定，斜面的高度h和底边长度x可独立调节（斜面长度随之改变），下列说法正确的是 ( ) h x v0 A．若只增大m，物块不能滑到斜面顶端 B．若只增大h，物块不能滑到斜面顶端，但上滑最大高度一定增大 C．若只增大x，物块不能滑到斜面顶端，但滑行水平距离一定增大 D．若再施加一个水平向右的恒力，物块一定从斜面顶端滑出 【答案】BC 18.如图所示,倾角θ=30°的固定斜面上固定着挡板，轻弹簧下端与挡板相连，弹簧处于原长时上端位于D点。用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑定滑轮连接物体A和B，使滑轮左侧绳子始终与斜面平行，初始时A位于斜面的C点，C、D两点间的距离为L。现由静止同时释放A、B，物体A沿斜面向下运动，将弹簧压缩到最短的位置为E点，D、E两点间距离为。若A、B的质量分别为4m和m，A与斜面之间的动摩擦因数，不计空气阻力，重力加速度为g，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态，则（ ） A．A在从C至E的过程中，先做匀加速运动，后做匀减速运动 B．A在从C至D的过程中，加速度大小 C．弹簧的最大弹性势能为 D．弹簧的最大弹性势能为 【答案】BD 19.如图所示，一质量m＝0.4 kg的滑块(可视为质点)静止于动摩擦因数μ＝0.1的水平轨道上的A点．现对滑块施加一水平外力，使其向右运动，外力的功率恒为P＝10.0 W．经过一段时间后撤去外力，滑块继续滑行至B点后水平飞出，恰好在C点沿切线方向进入固定在竖直平面内的光滑圆弧形轨道，轨道的最低点D处装有压力传感器，当滑块到达传感器上方时，传感器的示数为25.6 N．已知轨道AB的长度L＝2.0 m，半径OC和竖直方向的夹角α＝37°，圆形轨道的半径R＝0.5 m．(空气阻力可忽略，重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)，求： (1)滑块运动到C点时速度VC的大小； (2)B、C两点的高度差h及水平距离x； (3)水平外力作用在滑块上的时间t. 【答案】（1）；（2）、；（3） 1. 诺贝尔物理学奖获得者费恩曼曾说过：有一个事实，如果你愿意，也可说一条定律，支配着至今所知的一切现象……这条定律就是 （ D ） A.牛顿第一定律 B.牛顿第二定律 C.牛顿第三定律 D.能量守恒定律 2.下列说法正确的是 （ B ） ①“力”这个最抽象的概念，是物理学中最重要、意义最深远的概念 ②“能量”这个最抽象的概念，是物理学中最重要、意义最深远的概念 ③“力”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一 ④“能量”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一 A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ 3.在伽利略的斜面实验中，小球从斜面A上离斜面底端h高处滚下斜面，通过最低点后继续滚上另一个斜面B，小球最终会在斜面B上某点停下来而后又下滑，这点距底端的竖直高度仍为h，在小球运动的过程中，下列说法正确的是 （ C ） ①小球在A斜面上运动时，离斜面底端的竖直高度越来越小，小球的运动速度越来越大 ②小球在A斜面上运动时，动能越来越小，势能越来越大 ③小球在B斜面上运动时，速度越来越大，离斜面底端的高度越来越小 ④小球在B斜面上运动时，动能越来越小，势能越来越大 A.①② B.②③ C.①④ D.③④ 图5-7 4.如图5-7所示，物体A、B叠放着，A用绳系在固定的墙上，用力F拉着B右移．用F1、FAB、FBA分别表示绳中拉力、A对B的摩擦力和B对A的摩擦力，则下面叙述中正确的是( C) A．F做正功，FAB做负功，FBA做正功，F1不做功 B．F、FBA做正功，FAB、F1不做功 C．F做正功，FAB做负功，FBA和F1不做功 D．F做正功，FAB做负功，FBA做正功，F1做负功 图5-8 5.如图5-8所示，质量为m的滑块放在光滑斜面上，斜面与水平面间的摩擦力不计，当滑块从斜面顶端滑到斜面底端的过程中( ACD ) A．重力对滑块做功 B．滑块受到斜面的支持力与斜面垂直，所以支持力对滑块不做功 C．斜面对滑块的支持力对滑块做负功 D．滑块对斜面的压力对斜面做正功 图5-9 6．新中国成立前后，机械化生产水平较低，人们经常通过“驴拉磨”的方式把粮食颗粒加工成粗面来食用，原理图如图5-9所示，假设驴拉磨的平均用力大小为500 N，运动的半径为1 m，则驴拉磨转动一周所做的功为( D ) A．0 B．500 J C．500π J D．1 000π J 图5-10 7．如图5-10所示，同一物体分别沿斜面AD和BD自顶点由静止开始下滑，该物体与斜面间的动摩擦因数相同．在滑行过程中克服摩擦力做的功分别为WA和WB，则 ( B )． A．WA>WB B．WA＝WB C．WA查看更多