（新课标）2018届高考物理二轮复习 专题整合高频突破： 专题二 功和能 动量 6 能量转化与守恒定律课件.ppt

第 6 讲　能量转化与守恒定律 - 2 - 知识脉络梳理 规律方法导引 1 . 知识规律 (1) 机械能守恒定律的表达式。 ① , 即 E p +E k = E p '+E k ' , 即物体初状态的机械能等于末状态的机械能。 ② Δ E p + Δ E k = 0, 即系统势能的变化量与系统动能的变化量的代数和等于 0 。 ③ Δ E 1 + Δ E 2 = 0, 即组成系统的两个物体中 , 物体 1 的机械能的变化量与物体 2 的机械能的变化量的代数和等于 0 。 ④ Δ E 1 增 = Δ E 2 减 , 即物体 1 的机械能的增加量等于物体 2 的机械能的减少量。 (2) 不同的力做功对应不同形式的能的改变。 ① 重力的功等于重力势能的变化 , 即 W G =- Δ E p 。 ② 弹力的功等于弹性势能的变化 , 即 W 弹 =- Δ E p 。 ③ 合力的功等于动能的变化 , 即 W= Δ E k 。 ④ 重力 ( 或弹簧弹力 ) 之外的其他力的功等于机械能的变化 , 即 W 其他 = Δ E 。 ⑤ 滑动摩擦力做的功等于系统中内能的变化 , 即 Q= F f · l 相对 。 - 3 - 知识脉络梳理 规律方法导引 2 . 思想方法 (1) 物理思想 : 守恒思想、转化思想。 (2) 物理方法 : 守恒法、转化法、转移法。 - 4 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 机械能守恒定律的应用 机械能守恒的判断方法及多个物体的机械能守恒是高考考查的重点 , 常以选择题和计算题形式考查。 例 1 如图所示 , 固定的竖直光滑长杆上套有质量为 m 的小圆环 , 圆环与处于水平状态的轻质弹簧一端连接 , 弹簧的另一端连接在墙上 , 且处于原长状态。现让圆环由静止开始下滑 , 已知弹簧原长为 l , 圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为 2 l ( 未超过弹性限度 ), 则在圆环下滑到最大距离的过程中 ( 　　 ) A. 圆环的机械能守恒 B. 弹簧弹性势能变化了 C. 圆环下滑到最大距离时 , 所受合力为零 D. 圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变 B - 5 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 6 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 2 如图所示 , 左侧为一个半径为 R 的半球形的碗固定在水平桌面上 , 碗口水平 , O 点为球心 , 碗的内表面及碗口光滑。右侧是一个固定光滑斜面 , 斜面足够长 , 倾角 θ = 30 ° 。一根不可伸长的不计质量的细绳跨在碗口及光滑斜面顶端的光滑定滑轮两端上 , 绳的两端系有质量分别为 m 1 、 m 2 的小球 A 、 B ( 可视为质点 ), 且 m 1 >m 2 。开始时球 A 恰在右端碗口水平直径 M 处 , 球 B 在斜面上且距离斜面顶端足够远 , 此时连接两球的细绳与斜面平行且恰好伸直。当球 A 由静止释放运动到球心 O 的正下方 N 点时细绳突然断开 , 不计细绳断开瞬间的能量损失。 (1) 求小球 B 沿斜面上升的最大距离 x 。 - 7 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 8 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 9 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法利用机械能守恒定律解题三点注意事项 1 . 研究对象的选取 : 研究对象的选取是解题的首要环节 , 有的问题选单个物体 ( 实为一个物体与地球组成的系统 ) 为研究对象 ; 有的选几个物体组成的系统为研究对象。如图所示单选物体 A 机械能不守恒 , 但选物体 A 、 B 二者组成的系统机械能守恒。 - 10 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 2 . 研究过程的选取 : 研究对象的运动过程分几个阶段 , 有的阶段机械能守恒 , 而有的阶段机械能不守恒 , 因此在应用机械能守恒定律解题时要注意过程的选取。 3 . 机械能是否守恒的判断 : (1) 用做功来判断 , 看重力 ( 或弹簧弹力 ) 以外的其他力做功代数和是否为 0 。 (2) 用能量转化来判断 , 看是否有机械能转化为其他形式的能。 (3) 对一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等问题 , 机械能一般不守恒 , 除非题目中有特别说明或暗示。 - 11 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 1 ( 多选 ) 如图所示 , 滑块 a 、 b 的质量均为 m , a 套在固定竖直杆上 , 与光滑水平地面相距 h , b 放在地面上。 a 、 b 通过铰链用刚性轻杆连接 , 由静止开始运动。不计摩擦 , a 、 b 可视为质点 , 重力加速度大小为 g 。则 ( 　　 )   A. a 落地前 , 轻杆对 b 一直做正功 B. a 落地时速度大小为 C. a 下落过程中 , 其加速度大小始终不大于 g D. a 落地前 , 当 a 的机械能最小时 , b 对地面的压力大小为 mg BD - 12 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 功能关系及其应用 常以选择题和计算题的形式考查做功和能量转换的关系。 - 13 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 3 ( 多选 ) 一质量为 m 的小球套在倾斜放置的固定光滑杆上 , 一根轻质弹簧的一端悬挂于 O 点 , 另一端与小球相连 , 弹簧与杆在同一竖直平面内 , 将小球沿杆拉到与弹簧水平的位置由静止释放 , 小球沿杆下滑 , 当弹簧位于竖直位置时 , 小球速度恰好为零 , 此时小球下降的竖直高度为 h , 如图所示。若全过程中弹簧处于伸长状态且处于弹性限度内 , 重力加速度为 g , 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 当弹簧与杆垂直时 , 小球动能最大 B. 当小球沿杆方向的合力为零时 , 小球动能最大 C. 在小球自开始下滑至滑到最低点的过程中 , 弹簧所做的负功小于 mgh D. 在小球自开始下滑至滑到最低点的过程中 , 弹簧弹性势能的增加量等于 mgh BD - 14 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 解析 当弹簧与杆垂直时 , 小球所受重力的沿杆方向的分力产生斜向下的加速度 , 因此小球仍然加速 , 速度继续增加 ,A 错误 ; 当弹簧沿杆向上的分力等于重力沿杆向下的分力时 , 小球的加速度才减小到 0, 速度达到最大值 ,B 正确 ; 在小球下滑的过程中 , 根据动能定理可知 - W+mgh = 0, 可知弹簧所做的负功等于 mgh , 即弹性势能的增加量等于 mgh ,C 错误 ,D 正确。 - 15 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法利用功能关系解题的基本思路 - 16 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 2 (2017· 吉林长春模拟 ) 如图所示 , 重 10 N 的滑块在倾角为 30 ° 的斜面上 , 从 a 点由静止开始下滑 , 到 b 点开始压缩轻弹簧 , 到 c 点时达到最大速度 , 到 d 点 ( 图中未画出 ) 开始弹回 , 返回 b 点离开弹簧 , 恰能再回到 a 点。若 bc = 0 . 1 m, 弹簧弹性势能的最大值为 8 J, 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 轻弹簧的劲度系数是 50 N/m B. 从 d 到 b 滑块克服重力做功 8 J C. 滑块的动能最大值为 8 J D. 从 d 点到 c 点弹簧的弹力对滑块做功 8 J A - 17 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 能量观点和动力学的综合应用 常以选择题和计算题形式考查物体的运动过程及在这个过程中各个力的做功及能量转化情况。 - 18 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 例 4 如图所示 , 质量 m 0 = 3 kg 的足够长的小车静止在光滑的水平面上 , 半径 R= 0 . 8 m 的 光滑圆轨道的下端与小车的右端平滑对接 , 质量 m= 1 kg 的物块 ( 可视为质点 ) 由轨道顶端静止释放 , 接着物块离开圆轨道滑上小车。从物块滑上小车开始计时 , t= 2 s 时小车被地面装置锁定。已知物块与小车之间的动摩擦因数 μ = 0 . 3, 重力加速度 g 取 10 m/s 2 , 求 :   (1) 物块运动至圆轨道的下端时受到的支持力 F N ; (2) 小车被锁定时 , 其右端距圆轨道的下端的距离 x ; (3) 物块静止时 , 系统增加的内能 Q ( 不含小车被锁定而产生的内能 ) 。 - 19 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 答案 (1)30 N, 方向竖直向上 (2)1 . 5 m 　 (3)6 . 5 J - 20 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 - 21 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 规律方法 功能关系反映了做功和能量转化之间的对应关系 , 功是能量转化的量度和原因 , 在不同问题中的具体对应关系如下 : - 22 - 命题热点一 命题热点二 命题热点三 拓展训练 3 ( 多选 )(2017· 辽宁铁岭联考 ) 如图所示 , 一质量为 m 的物体静置在倾角为 θ = 30 ° 的光滑斜面底端。现用沿斜面向上的恒力 F 拉物体 , 使其做匀加速直线运动 , 经时间 t , 力 F 做功为 W , 此后撤去恒力 F , 物体又经时间 t 回到出发点 , 若以斜面底端为重力势能零势能面 , 则下列说法正确的是 ( 　　 ) AB - 23 - 1 2 3 4 1 . (2017· 全国 Ⅱ 卷 ) 如图所示 , 半圆形光滑轨道固定在水平地面上 , 半圆的直径与地面垂直。一小物块以速度 v 从轨道下端滑入轨道 , 并从轨道上端水平飞出 , 小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半径有关 , 此距离最大时对应的轨道半径为 ( 重力加速度大小为 g )( 　　 ) B - 24 - 1 2 3 4 2 . ( 多选 ) 如图所示 , 一质量为 m 0 的斜面体静止在水平地面上 , 质量为 m 的木块沿粗糙斜面加速下滑 h 高度 , 速度大小由 v 1 增大到 v 2 , 所用时间为 t , 木块与斜面体之间的动摩擦因数为 μ 。在此过程中 ( 　　 ) BD - 25 - 1 2 3 4 3 . ( 多选 )(2016· 全国 Ⅱ 卷 ) 如图所示 , 小球套在光滑的竖直杆上 , 轻弹簧一端固定于 O 点 , 另一端与小球相连。现将小球从 M 点由静止释放 , 它在下降的过程中经过了 N 点。已知在 M 、 N 两点处 , 弹簧对小球的弹力大小相等 , 且 ∠ ONM< ∠ OMN< 。在小球从 M 点运动到 N 点的过程中 ,( 　　 ) A. 弹力对小球先做正功后做负功 B. 有两个时刻小球的加速度等于重力加速度 C. 弹簧长度最短时 , 弹力对小球做功的功率为零 D. 小球到达 N 点时的动能等于其在 M 、 N 两点的重力势能差 BCD - 26 - 1 2 3 4 4 . 如图所示 , 固定在竖直平面内的绝缘细半圆管在 C 点与绝缘的水平地面平滑连接 , 半圆管的半径 R= 1 . 6 m, 管内壁光滑 , 两端口 C 、 D 连线沿竖直方向 , CD 右侧存在电场强度大小为 E= 1 . 5 × 10 3 N/C 、方向水平向左的匀强电场 , 水平面 AB 段表面光滑 , 长 l 1 = 6 . 75 m, BC 段表面粗糙 , 长 l 2 = 5 . 5 m 。质量 m= 2 . 0 kg 、电荷量 q= 0 . 01 C 的带正电小球在水平恒力 F= 10 . 0 N 的作用下从 A 点由静止开始运动 , 经过一段时间后撤去恒力 F , 小球进入半圆管后通过端口 D 时对圆管竖直向下的压力为 F N D = 15 N 。小球与水平面 BC 段之间的动摩擦因数 μ = 0 . 2, g 取 10 m/s 2 。小球可视为质点 , 求 : - 27 - 1 2 3 4 (1) 小球通过端口 D 时的速度大小 v D ; (2) 撤去恒力 F 时小球的速度大小 v 0 。 答案 (1)2 m/s 　 (2)9 m/s - 28 - 1 2 3 4 - 29 - 传送带上的能量转换与守恒问题 【典例示范】 如图所示 , 轮半径 r= 10 cm 的传送带 , 水平部分 AB 的长度 l= 1 . 5 m, 与一圆心在 O 点、半径 R= 1 m 的竖直光滑圆弧形轨道的末端相切于 A 点 , AB 高出水平地面 H= 1 . 25 m, 一质量 m= 0 . 1 kg 的小滑块 ( 可视为质点 ), 由圆轨道上的 P 点从静止释放 , OP 与竖直线的夹角 θ = 37 ° 。已知滑块与传送带间的动摩擦因数 μ = 0 . 1,sin 37 ° = 0 . 6, cos 37 ° = 0 . 8, g 取 10 m/s 2 , 不计空气阻力。 - 30 - (1) 求滑块对圆弧形轨道末端的压力。 (2) 若传送带一直保持静止 , 求 滑块的落地点与 B 间的 水平距离。 (3) 若传送带以 v 0 = 0 . 5 m/s 的速度沿逆时针方向运行 ( 传送带上部分由 B 到 A 运动 ), 求 滑块在传送带上滑行过 程中产生的内能。 - 31 - 分析推理 : 3 .h=R (1 - cos 37 ° ) 。 4 . (1) 从 P 到 A 应用动能定理可求出滑块在 A 点的速度。 (2) 受支持力 F N 和自身重力 mg , 如图所示。 (3) F 向 =F N -mg 。 5 . 从 A 到 B ( 或从 P 到 B ) 应用动能定理可求出滑块在 B 点的速度 ; 滑块离开 B 点做平抛运动。 6 . 滑块的受力情况无变化。 7 .Q= F f Δ x , F f 表示物体间滑动摩擦力的大小 , Δ x 表示物体间的相对位移。 - 32 - 思维流程 - 33 - - 34 - 以题说法 能量问题的解题工具一般有动能定理、能量守恒定律、机械能守恒定律。 (1) 动能定理使用方法简单 , 只要选定物体和过程 , 直接列出方程即可 , 动能定理适用于所有过程。 (2) 能量守恒定律同样适用于所有过程 , 分析时只要分析出哪些能量减少 , 哪些能量增加 , 根据减少的能量等于增加的能量列方程即可。 (3) 机械能守恒定律只是能量守恒定律的一种特殊形式 , 但在力学中也非常重要。很多题目都可以用两种甚至三种方法求解 , 可根据题目情况灵活选取。 - 35 - 针对训练 ( 多选 )(2017· 安徽合肥模拟 ) 如图所示 , 甲、乙两传送带与水平面的夹角相同 , 都以恒定速率 v 向上运动。现将一质量为 m 的小物体 ( 视为质点 ) 轻轻放在 A 处 , 小物体在甲传送带到达 B 处时恰好达到传送带的速率 v 。再将相同的小物体轻轻放在 M 处 , 小物体在乙传送带上到达离 N 处竖直高度为 h 的 C 处时达到传送带的速率 v 。已知 B 处、 N 处离地面的高度均为 h 0 , 则在小物块从 A 到 B 和从 M 到 N 的过程中 ( 　　 )   A. 小物体与甲传送带间的动摩擦因数较小 B. 两传送带对小物体做功相等 C. 甲传送带消耗的电能比较大 D. 两种情况下因摩擦产生的热量相等 ABC - 36 -