2023版高考物理一轮总复习专题5机械能第4讲功能关系能量守恒课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习专题5机械能第4讲功能关系能量守恒课件，共52页。PPT课件主要包含了能量转化，凭空产生，保持不变，ΔE增，答案ABD，答案A，常见的功能关系等内容，欢迎下载使用。

必 备 知 识·深 悟 固 基
一、功能关系1．功是__________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__________，而且__________必通过做功来实现．
二、能量守恒定律1．内容：能量既不会__________，也不会凭空消失，它只能从一种形式________为另一种形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化和转移的过程中，能量的总量____________．2．表达式：(1)E1＝E2；(2)ΔE减＝________．
1．[能量守恒]上端固定的一根细线下面悬挂一摆球，摆球在空气中摆动，摆动的幅度越来越小．对此现象下列说法正确的是(　　)A．摆球机械能守恒B．总能量守恒，摆球的机械能正在减少，减少的机械能转化为内能C．能量正在消失D．只有动能和重力势能的相互转化【答案】B
2．[功能关系](多选)如图所示，质量为m的小车在水平恒力F推动下，从山坡底部A处由静止运动至高为h的B处，获得的速度为v，AB的水平距离为s，重力加速度为g．下列说法正确的是(　　)
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1　功能关系的理解和应用　[基础考点]
2．应用能量守恒定律解题的基本步骤
例1　(2021年全国卷Ⅰ)如图，一倾角为θ的光滑斜面上有50个减速带(图中未完全画出)，相邻减速带间的距离均为d，减速带的宽度远小于d；一质量为m的无动力小车(可视为质点)从距第一个减速带L处由静止释放．已知小车通过减速带损失的机械能与到达减速带时的速度有关．观察发现，小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同．小车通过第50个减速带后立刻进入与斜面光滑连接的水平地面，继续滑行距离s后停下．已知小车与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g．
(1)求小车通过第30个减速带后，经过每一个减速带时损失的机械能；(2)求小车通过前30个减速带的过程中在每一个减速带上平均损失的机械能；(3)若小车在前30个减速带上平均每一个损失的机械能大于之后每一个减速带上损失的机械能，则L应满足什么条件？
解：(1)解法1　根据题述，小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同，可知小车通过每个减速带后的速度都相等，所以经过每一个减速带时损失的机械能ΔE＝mgdsin θ．解法2　小车在光滑斜面上滑行，由牛顿第二定律有mgsin θ＝ma，
[解题方略]　功能关系的理解和应用(1)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表现不同．(2)根据功能之间的对应关系，判定能的转化情况．(3)可以根据能量转化角度，确定是什么力做功，尤其可以方便计算变力做的功．
1．(多选)如图所示，建筑工地上载人升降机用不计质量的细钢绳跨过定滑轮与一电动机相连，通电后电动机带动升降机沿竖直方向先匀加速上升后匀速上升．摩擦及空气阻力均不计．则(　　)
A．升降机匀加速上升过程中，升降机底板对人做的功等于人增加的动能B．升降机匀加速上升过程中，升降机底板对人做的功等于人增加的机械能C．升降机匀速上升过程中，升降机底板对人做的功等于人增加的机械能D．升降机上升的全过程中，升降机拉力做的功大于升降机和人增加的机械能【答案】BC
2．(多选)如图所示，足够长的传送带与水平方向的夹角为θ，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，现让传送带顺时针匀速转动，在b下降h高度(未与地面相碰)过程中，下列说法正确的是(　　)
 A．物块a重力势能增加mghB．摩擦力对a做的功小于a增加的机械能C．摩擦力对a做的功等于a、b动能增加之和D．任意时刻，重力对a、b做功的瞬时功率大小不相等【答案】ABC　
考点2　摩擦力做功的特点及应用　[能力考点]
1．两种摩擦力做功的比较
 2．三步求解相对滑动物体的能量问题
例2　(2020年全国卷Ⅰ)(多选)一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10 m/s2．则(　　)A．物块下滑过程中机械能不守恒B．物块与斜面间的动摩擦因数为0.5C．物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2D．当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J【答案】AB　
【解析】下滑5 m的过程中，重力势能减少30 J，动能增加10 J，减小的重力势能并不等于增加的动能，所以机械能不守恒，A正确；斜面高3 m、长5 m，则斜面倾角为θ＝37°．令斜面底端为零势面，则物块在斜面顶端时的重力势能mgh＝30 J，可得质量m＝1 kg，下滑5 m过程中，由功能原理，机械能的减少量等于克服摩擦力做的功，μmgcs θ·s＝20 J，得μ＝0.5，B正确；由牛顿第二定律mgsin θ－μmgcs θ＝ma，得a＝2 m/s2，C错误；物块下滑2.0 m时，重力势能减少12 J，动能增加4 J，所以机械能损失了8 J，D错误．
1．如图甲所示，长木板A放在光滑的水平面上，质量为m＝2 kg的另一物体B(可看成质点)以水平速度v0＝2 m/s滑上原来静止的长木板A的上表面．由于A、B间存在摩擦，之后A、B速度随时间变化情况如图乙所示．
下列说法正确的是(g取10 m/s2)(　　)A．木板A获得的动能为2 JB．系统损失的机械能为4 JC．木板A的最小长度为2 mD．A、B间的动摩擦因数为0.1【答案】D
2．(多选)如图所示，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．现用一水平恒力F作用在小物块上，使它从静止开始运动，小物块与小车之间的摩擦力为f，当小车运动的位移为x时，小物块刚好滑到小车的右端，若小物块可视为质点，则(　　)
A．物块受到的摩擦力做功与小车受到的摩擦力做功的代数和为零B．整个过程物块和小车间摩擦产生的热量为flC．小车的末动能为fxD．整个过程物块和小车增加的机械能为F(x＋l)【答案】BC　
【解析】摩擦力对物块做的功为W1＝－f(l＋x)，摩擦力对小车做功为W2＝fx，不等于零，A错误；滑动摩擦力对系统做功为－fl，则整个过程物块和小车间摩擦生热为Q＝fl，B正确；对小车，由动能定理得Ek－0＝fx，得小车的末动能为Ek＝fx，C正确；根据功能关系可知，整个过程物块和小车增加的机械能为F(x＋l)－fl，D错误．
3．将三个木板1,2,3固定在墙角，木板与墙壁和地面构成了三个不同的三角形，如图所示，其中1与2底边相同，2和3高度相同．现将一个可以视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放，并沿木板下滑到底端，物块与木板之间的动摩擦因数μ均相同．在这三个过程中，下列说法不正确的是(　　)
A．沿着1和2下滑到底端时，物块的速率不同，沿着2和3下滑到底端时，物块的速率相同B．沿着1下滑到底端时，物块的速度最大C．物块沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量是最多的D．物块沿着1和2下滑到底端的过程中，产生的热量是一样多的【答案】A　
“STS问题”巧迁移——与生产、生活相关的能量守恒问题
类型一　列车车厢间的摩擦缓冲装置例3　如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图．图中①和②为楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦．在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中(　　)
深 度 研 练·素 养 提 升
A．缓冲器的机械能守恒B．摩擦力做功消耗机械能C．垫板的动能全部转化为内能D．弹簧的弹性势能全部转化为动能【答案】B　
【解析】在车厢相互撞击使弹簧压缩过程中，由于要克服摩擦力做功，且缓冲器所受合外力做功不为零，因此机械能不守恒，A错误；克服摩擦力做功消耗机械能，B正确；撞击以后垫板和车厢有相同的速度，因此动能并不为零，C错误；压缩弹簧过程弹簧的弹性势能增加，并没有减小，D错误．
类型二　儿童乐园中的蹦床运动例4　在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和蹦床的协助下实现上下弹跳．如图所示，某次蹦床活动中小孩静止时处于O点，当其弹跳到最高点A后下落可将蹦床压到最低点B．小孩可看成质点，不计空气阻力．
下列说法正确的是(　　)A．从A运动到O，小孩重力势能减少量大于动能增加量B．从O运动到B，小孩动能减少量等于蹦床弹性势能增加量C．从A运动到B，小孩机械能减少量小于蹦床弹性势能增加量D．若从B返回到A，小孩机械能增加量等于蹦床弹性势能减少量【答案】A　
【解析】从A运动到O，小孩重力势能减少量等于动能增加量与弹性绳的弹性势能的增加量之和，A正确；从O运动到B，小孩动能和重力势能的减少量等于弹性绳和蹦床的弹性势能的增加量，B错误；从A运动到B，小孩机械能减少量大于蹦床弹性势能增加量，C错误；若从B返回到A，小孩机械能增加量等于蹦床和弹性绳弹性势能减少量之和，D错误．
类型三　带有储能装置的汽车例5　(多选)某汽车研发机构在汽车的车轮上安装了小型发电机，将减速时的部分动能转化并储存在蓄电池中，以达到节能的目的．某次测试中，汽车以额定功率行驶一段距离后关闭发动机，测出了汽车动能Ek与位移x的关系图像如图所示，其中①是关闭储能装置时的关系图线，②是开启储能装置时的关系图线．
已知汽车的质量为1 000 kg，设汽车运动过程中所受地面阻力恒定，空气阻力不计．根据图像所给的信息可求出(　　)A．汽车行驶过程中所受地面的阻力为1 000 NB．汽车的额定功率为80 kWC．汽车加速运动的时间为22.5 sD．汽车开启储能装置后向蓄电池提供的电能为5×105 J【答案】BD　
类型四　工地上运送建筑材料的传送带传送带本身是一个力与运动的关系问题，也往往同时涉及功能关系分析，这主要表现为两方面：一是求电动机因传送带传送物体而多做的功W，可用W＝ΔEk＋ΔEp＋Q，其中ΔEk表示被传送物体动能的增量、ΔEp表示被传送物体重力势能的增量(如果受电场力要考虑物体电势能的变化)、Q表示因摩擦而产生的热量；二是求物体与传送带之间发生的相对位移(或相对路程)s．
另外，要理解和记住关于传送带能量问题的一个重要推论：如果将物体无初速度放在水平传送带上，则在整个加速过程中物体获得的动能Ek与此足够长的水平传送带始终以速度v匀速运动．
例6　(多选)如图所示，倾角为θ的传送带顺时针匀速转动，把一大小不计的物块 m 静止放置到传送带底端，物块从底端运动到顶端的过程中，先做匀加速直线运动后做匀速直线运动，物块做匀加速直线运动与做匀速直线运动时间相等，则下列说法正确的是(　　)A．两过程中传送带克服物块摩擦力做功之比为1∶1B．两过程中物块运动的位移之比为1∶2C．传送带对物块所做的功大于物块机械能的增量D．物块动能增加量大于物块与传送带摩擦产生的热量【答案】BD