高考物理一轮总复习检测：第五章 第4课时 功能关系 能量守恒定律 Word版含答案
高三一轮复习秘籍-第五章第4讲 功能关系 能量守恒定律
第五章机械能第3讲功能关系能量守恒定律过好双基关————回扣基础知识训练基础题目一、几种常见的功能关系及其表达式力做功能的变化定量关系合力的功动能变化W＝E k2－E k1＝ΔE k重力的功重力势能变化(1)重力做正功，重力势能减少(2)重力做负功，重力势能增加(3)W G＝－ΔE p＝E p1－E p2弹簧弹力的功弹性势能变化(1)弹力做正功，弹性势能减少(2)弹力做负功，弹性势能增加(3)W弹＝－ΔE p＝E p1－E p2只有重力、弹簧弹力做功机械能不变化机械能守恒，ΔE＝0除重力和弹簧弹力之外的其他力做的功机械能变化(1)其他力做多少正功，物体的机械能就增加多少(2)其他力做多少负功，物体的机械能就减少多少(3)W其他＝ΔE一对相互作用的滑动摩擦力的总功机械能减少内能增加(1)作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加(2)摩擦生热Q＝F f·x相对二、两种摩擦力做功特点的比较类型比较静摩擦力做功滑动摩擦力做功不同点能量的转化方面只有机械能从一个物体转移到另一个物体，而没有机械能转化为其他形式的能(1)将部分机械能从一个物体转移到另一个物体(2)一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的总功方面一对静摩擦力所做功的代数和总等于零一对滑动摩擦力做功的代数和总是负值相同点正功、负功、不做功方面两种摩擦力对物体可以做正功，也可以做负功，还可以不做功三、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．3．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．研透命题点————细研考纲和真题分析突破命题点1．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．只涉及机械能的变化，用除重力和弹簧的弹力之外的其他力做功与机械能变化的关系分析．【例1】(多选)某运动员参加百米赛跑，他采用蹲踞式起跑，在发令枪响后，左脚迅速蹬离起跑器，在向前加速的同时提升身体重心．如图所示，假设质量为m 的运动员，在起跑时前进的距离s 内，重心升高量为h ，获得的速度为v ，阻力做功为W f ，则在此过程中()A ．运动员的机械能增加了12mv 2B ．运动员的机械能增加了12mv 2＋mgh C ．运动员的重力做功为mghD ．运动员自身做功W ＝12mv 2＋mgh －W f 答案BD 解析运动员的重心升高h ，获得的速度为v ，其机械能的增量为ΔE ＝mgh ＋12mv 2，A 错误，B 正确；运动员的重心升高h ，重力做负功，W G ＝－mgh ，C错误；根据动能定理得，W＋W f－mgh＝1mv2－0，解得W＝21mv2＋mgh－W f，D正确．2【变式1】(多选)物体由地面以120J的初动能竖直向上抛出，当它从抛出至上升到某一点A的过程中，动能减少40J，机械能减少10J．设空气阻力大小不变，以地面为零势能面，则物体()A．落回到地面时机械能为70JB．到达最高点时机械能为90JC．从最高点落回地面的过程中重力做功为60JD．从抛出到落回地面的过程中克服阻力做功为60J答案BD解析物体以120J的初动能竖直向上抛出，向上运动的过程中重力和空气阻力都做负功，当上升到某一高度时，动能减少了40J，而机械能损失了10 J．根据功能关系可知：合力做功为－40J，空气阻力做功为－10J，对从抛出点到A点的过程，根据功能关系：mgh＋F f h＝40J，F f h＝10J，得F f＝1mg；3当上升到最高点时，动能为零，动能减小120J，设最大高度为H，则有：mgH＋F f H＝120J，解得mgH＝90J，F f H＝30J，即机械能减小30J，在最高点时机械能为120J－30J＝90J，即上升过程机械能共减少了30J；当下落过程中，由于阻力做功不变，所以机械能又损失了30J，故整个过程克服阻力做功为60J，则该物体落回到地面时的机械能为60J，从最高点落回地面的过程中重力做功为mgH＝90J，故A、C错误，B、D正确．【例2】(多选)(2020·全国Ⅰ卷)一物块在高3.0m、长5.0m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10m/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6.0m/s2D．当物块下滑2.0m时机械能损失了12J答案AB解析下滑5m的过程中，重力势能减少30J，动能增加10J，减小的重力势能并不等于增加的动能，所以物块下滑过程中机械能不守恒，A正确；斜面高3m、长5m，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＝30J，可得质量m＝1kg.下滑5m过程中，由功能关系，机械能的减少量等于克服摩擦力做的功，μmg·cosθ·s＝20J，求得μ＝0.5，B正确；由牛顿第二定律mg sinθ－μmg cosθ＝ma，求得a＝2m/s2，C错误；物块下滑2.0m时，重力势能减少12J，动能增加4J，所以机械能损失了8J，D选项错误．故选AB.【变式2】(多选)如图所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块相连．弹簧处于自然长度时物块位于O点(图中未标出)．物块的质量为m，AB＝a，物块与桌面间的动摩擦因数为μ.现用水平向右的力将物块从O点拉至A点，拉力做的功为W.撤去拉力后物块由静止向左运动，经O点到达B点时速度为零．重力加速度为g.则上述过程中()A．物块在A点时，弹簧的弹性势能等于W－12μmgaB．物块在B点时，弹簧的弹性势能小于W－32μmgaC．经O点时，物块的动能小于W－μmgaD．物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在B点时弹簧的弹性势能答案BC解析设O点到A点距离为x，则物块从O点运动到A点过程中，根据功能关系可得μmgx＋E p A＝W，从A点到B点过程中同理可得E p A＝μmga＋E p B，由于克服摩擦力做功，则E p B＜E p A，则B点到O点距离一定小于a2，且x＞a2，则E p A＝W－μmgx＜W－1μmga，A错误；在B点有E p B＝W－μmg(a＋x)＜W2－3μmga，B正确；物块经过O点，同理可得E k O＝W－2μmgx＜W－μmga，2C正确；物块动能最大时所受弹力kx＝μmg，而在B点弹力与摩擦力大小关系未知，故物块动能最大时弹簧伸长量与物块在B点时弹簧伸长量大小未知，故两位置弹性势能的大小关系不好判断，D错误．圆轨道与水平【例3】(多选)如图所示，竖直平面内有一半径为R的固定14轨道相切于最低点B.一质量为m的小物块P(可视为质点)从A处由静止滑下，经过最低点B后沿水平轨道运动到C处停下，B、C两点间的距离为R，物块P与圆轨道、水平轨道之间的动摩擦因数均为μ.现用力F将物块P沿下滑的路径从C处缓慢拉回圆弧轨道的顶端A，拉力F的方向始终与物块P的运动方向一致，物块P从B处经圆弧轨道到达A处过程中，克服摩擦力做的功为μmgR，下列说法正确的是()A．物块P在下滑过程中，运动到B处时速度最大B．物块P从A滑到C的过程中克服摩擦力做的功等于2μmgRC．拉力F做的功小于2mgRD．拉力F做的功为mgR(1＋2μ)答案CD解析当重力沿圆轨道切线方向的分力等于滑动摩擦力时，速度最大，此位置在AB之间，故A错误；将物块P缓慢地从B拉到A，克服摩擦力做的功为μmgR，而物块P从A滑到B的过程中，物块P做圆周运动，根据向心力知识可知物块P所受的支持力比缓慢运动时要大，则滑动摩擦力增大，所以克服摩擦力做的功W f大于μmgR，因此物块P从A滑到C的过程中克服摩擦力做的功大于2μmgR，故B错误；由动能定理得，从C到A的过程中有W F －mgR－μmgR－μmgR＝0－0，则拉力F做的功为W F＝mgR(1＋2μ)，故D 正确；从A到C的过程中，根据动能定理得mgR－W f－μmgR＝0，因为W f>μmgR，则mgR>μmgR＋μmgR，因此W F<2mgR，故C正确．【变式3】高速公路部分路段旁建有如图所示的避险车道，车辆可驶入避险．若质量为m的货车刹车后以初速度v0经A点冲上避险车道，前进距离l时到B点减速为0，货车所受阻力恒定，A、B两点高度差为h，C为A、B 中点，已知重力加速度为g，下列关于该货车从A运动到B的过程说法正确的是()A．克服阻力做的功为1mv202B．该过程产生的热量为1mv20－mgh2C．在AC段克服阻力做的功小于在CB段克服阻力做的功D．在AC段的运动时间等于在CB段的运动时间答案B解析根据动能定理有－mgh－F f l＝0－1mv20，克服阻力做的功为W f＝F f l＝21mv20－mgh，故A错误；克服阻力做的功等于系统产生的内能，则该过程产2生的热量为1mv20－mgh，故B正确；阻力做的功与路程成正比，在AC段克2服阻力做的功等于在CB段克服阻力做的功，故C错误；从A到B做匀减速运动，AC段的平均速度大于BC段的平均速度，故在AC段的运动时间小于在CB段的运动时间，故D错误．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：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＝F f x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总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4】如图所示，某工厂用传送带向高处运送物体，将一物体轻轻放在传送带底端，第一阶段物体被加速到与传送带具有相同的速度，第二阶段物体与传送带相对静止，匀速运动到传送带顶端．下列说法正确的是()A．第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体不做功B．第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加量C．第一阶段物体和传送带间因摩擦产生的热量等于第一阶段物体机械能的增加量D．物体从底端到顶端全过程机械能的增加量大于全过程摩擦力对物体所做的功答案C解析对物体受力分析知，其在两个阶段所受摩擦力方向都沿斜面向上，与其运动方向相同，摩擦力对物体都做正功，A错误；由动能定理知，合力做的总功等于物体动能的增加量，B错误；物体机械能的增加量等于摩擦力对物体所做的功，D错误；设第一阶段物体的运动时间为t，传送带速度为v，对物体有x1＝v2t，对传送带有x′1＝v·t，因摩擦产生的热量Q＝F f x相对＝F f(x′1－x1)＝F f·v2t，物体机械能增加量ΔE＝F f·x1＝F f·v2t，所以Q＝ΔE，C正确．【变式4】(多选)水平地面上固定有两个高度相同的粗糙斜面体甲和乙，斜面长分别为s、L1，如图所示．两个完全相同的小滑块A、B可视为质点，同时由静止开始从甲、乙两个斜面的顶端释放，小滑块A一直沿斜面甲滑到底端C点，而小滑块B沿斜面乙滑到底端P点后又沿水平面滑行距离L2到D点(小滑块B在P点从斜面滑到水平面时速度大小不变)，且s＝L1＋L2.小滑块A、B与两个斜面以及水平面间的动摩擦因数相同，则()A．滑块A到达底端C点时的动能一定比滑块B到达D点时的动能小B．两个滑块在斜面上加速下滑的过程中，到达同一高度时，动能可能相同C．A、B两个滑块从斜面顶端分别运动到C、D的过程中，滑块A重力做功的平均功率小于滑块B重力做功的平均功率D．A、B两个滑块从斜面顶端分别运动到C、D的过程中，由于克服摩擦而产生的热量一定相同答案AC解析设斜面体甲的倾角为α，斜面体乙的倾角为β，根据动能定理，滑块A 由甲斜面顶端到达底端C点的过程，mgh－μmg cosα·s＝12mv2C，滑块B由乙斜面顶端到达D点的过程，mgh－μmg cosβ·L1－μmgL2＝12mv2D，又s＝L1＋L2，根据几何关系得s cosα>L1cosβ＋L2，所以12mv2C<12mv2D，故A正确；两个滑块在斜面上加速下滑的过程中，到达同一高度时：mgh－μmg cosθ·hsinθ＝12mv2，重力做功相等，但克服摩擦力做功不等，所以动能不同，故B错误；整个过程中，两滑块所受重力做功相同，但由于滑块A运动时间长，故重力对滑块A做功的平均功率比滑块B的小，故C正确；滑块A、B分别到达C、D时的动能不相等，由能量守恒定律知滑块A、B运动过程中克服摩擦产生的热量不同，故D错误．【例5】如图所示，半径为R＝1.0m的光滑圆弧轨道固定在竖直平面内，轨道的一个端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角θ＝37°，另一端点C 为轨道的最低点．C点右侧的光滑水平面上紧挨C点静止放置一木板，木板质量M＝1kg，上表面与C点等高．质量为m＝1kg的物块(可视为质点)从空中A点以v0＝1.2m/s的速度水平抛出，恰好从轨道的B端沿切线方向进入轨道．已知物块与木板间的动摩擦因数μ＝0.2，g 取10m/s 2.求：(1)物块经过C 点时的速率v C ；(2)若木板足够长，物块在木板上相对滑动过程中产生的热量Q .答案(1)6m/s (2)9J 解析(1)设物块在B 点的速度为v B ，从A 到B 物块做平抛运动，有：v B sin θ＝v 0从B 到C ，根据动能定理有：mgR (1＋sin θ)＝12mv 2C －12mv 2B 解得：v C ＝6m/s.(2)物块在木板上相对滑动过程中由于摩擦力作用，最终将一起运动．设相对滑动时物块加速度大小为a 1，木板加速度大小为a 2，经过时间t 达到共同速度v ，则：μmg ＝ma 1，μmg ＝Ma 2，v ＝v C －a 1t ，v ＝a 2t根据能量守恒定律有：12(m ＋M )v 2＋Q ＝12mv 2C 联立解得：Q ＝9J.【变式5】(多选)如图所示，固定的光滑竖直杆上套一个滑块A ，与滑块A 连接的细绳绕过光滑的轻质定滑轮连接滑块B ，细绳不可伸长，滑块B 放在粗糙的固定斜面上，连接滑块B 的细绳和斜面平行，滑块A 从细绳水平位置由静止释放(不计轮轴处的摩擦)，到滑块A 下降到速度最大(A 未落地，B 未上升至滑轮处)的过程中()A．滑块A和滑块B的加速度大小一直相等B．滑块A减小的机械能等于滑块B增加的机械能C．滑块A的速度最大时，滑块A的速度大于B的速度D．细绳上的张力对滑块A做的功等于滑块A机械能的变化量答案CD解析两滑块与绳构成绳连接体，沿绳方向的加速度大小相等，则A沿绳的分加速度等于B的加速度，A错误；绳连接体上的一对拉力做功不损失机械能，但B受到的斜面摩擦力对B做负功，由能量守恒可知滑块A减小的机械能等于滑块B增加的机械能和摩擦生热之和，B错误；滑块A的速度最大时，将滑块A的速度分解，如图所示，绳连接体沿绳方向的速度大小相等，则A沿绳的分速度等于B的运动速度，显然滑块A的速度大于B的速度，C 正确；对A受力分析可知，除重力外，只有细绳的张力对滑块A做功，由功能关系可知，细绳上的张力对滑块A做的功等于滑块A机械能的变化量，D正确．。
高考物理一轮复习第五章第4讲功能关系能量守恒定律课件高三全册物理课件
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考向 2 传送带模型中摩擦力做功与能量守恒 (2019·江西新余四中检测)(多选)如图所示，水平传送带顺
时针匀速转动，一物块轻放在传送带左端，当物块运动到传送带右端 时恰与传送带速度相等．若传送带仍保持匀速运动，但速度加倍，仍 将物块轻放在传送带左端，则物块在传送带上的运动与传送带的速度
2021/12/13
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误；电动机多做的功转化成了物块的动能和摩擦产生的热量，速 度没变时：W 电＝Q＋m2v02＝mv20；速度加倍后：W 电′＝Q′＋m2v02 ＝2mv20，故 D 正确．所以 BD 正确，AC 错误．
2021/12/13
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2．如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角为 θ，传送带在 电动机的带动下，始终保持 v 的速率运行，现把一质量为 m 的工 件(可看做质点)轻轻放在传送带的底端，经过一段时间，工件与 传送带达到共同速度后继续传送到达 h 高处，工件与传送带间的 动摩擦因数为 μ，重力加速度为 g，则下列结论正确的是( B )
2021/12/13
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A．工件与传送带间摩擦生热为12mv2
B．传送带对工件做的功为12mv2＋mgh
C．传送带对工件做的功为
μmgh tanθ
D．电动机因传送工件多做的功为12mv2＋mgh
2021/12/13
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解析：工件与传送带的相对位移 s＝vt－v2t，对工件：v＝at ＝(μgcosθ－gsinθ)·t，代入可得 s＝2μgcosvθ－2 gsinθ，摩擦生热 Q ＝f·s＝2μμgcmogscθo－sθgvs2inθ，A 错误；传送带对工件做的功等于工件 增加的机械能，B 正确，C 错误；电动机因传送工件多做的功 W ＝12mv2＋mgh ＋Q，D 错误．
高考物理一轮复习第五章机械能4功能关系能量守恒定律课件
2021/4/17
高考物理一轮复习第五章机械能4功能关系能量
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守恒定律课件
结束语
同学们，你们要相信梦想是价值的源泉，相信成 功的信念比成功本身更重要，相信人生有挫折没 有失败，相信生命的质量来自决不妥协的信念，
考试加油。
2.功能关系的选用技巧: (1)若只涉及动能的变化,则首选动能定理分析。 (2)若只涉及重力势能的变化,则采用重力做功与重力势能的关系分析。 (3)若只涉及机械能变化,用除重力、系统内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,用电场力与电势能变化关系分析。
【典例·通法悟道】 【典例1】 (多选)如图所示,楔形木块abc固定在水平面上,粗糙斜面ab和光滑 斜面bc与水平面的夹角相同,顶角b处安装一定滑轮。质量分别为M、m(M>m)的 滑块通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接,轻绳与斜面平行。两滑块由静止释 放后,沿斜面做匀加速运动。若不计滑轮的质量和摩擦,在两滑块沿斜面运动的 过程中( ) A.两滑块组成的系统机械能守恒 B.重力对M做的功等于M动能的增加 C.轻绳对m做的功等于m机械能的增加 D.两滑块组成的系统机械能损失等于M克服摩擦力做的功
(1)0～1 s内,A、B的加速度大小aA、aB。 (2)B相对A滑行的最大距离x。 (3)0～4 s内,拉力做的功W。 (4)0～4 s内系统产生的摩擦热Q。
【解析】(1)在0～1 s内,A、B两物体分别做匀加速直线运动
根据牛顿第二定律得μmg=MaA F1-μmg=maB 代入数据得aA=2 m/s2,aB=4 m/s2。 (2)t1=1 s后,拉力F2=μmg,铁块B做匀速运动,速度大小为v1:木板A仍做匀 加速运动,又经过时间t2,速度与铁块B相等。 v1=aBt1 又v1=aA(t1+t2) 解得t2=1 s
高考物理一轮复习第五章第4单元功能关系能量守恒定律课件
2．力学中常用的四种功能对应关系 (1)合外力做功等于物体动能的改变： 即________________________．(动能定理) (2)重力做功等于物体重力势能的减少： 即________________________． (3)弹簧弹力做功等于弹性势能的减少： 即________________________． (4)除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功，等于物体机 械能的改变，即________________．(功能原理) (1)W合＝Ek2－Ek1＝ΔEk (3)W弹＝Ep1－Ep2＝－ΔEp (2)WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp (4)W其他力＝E2－E1＝ΔE
[解题探究] 1 ．物体沿斜面上升过程中，是否存在滑动摩擦力？若存在， 摩擦力大小为多少？
小思考 微总结
1．“功”不是“能”，功和能的单位虽然相同(都是焦耳)，但 属于两个完全不同的概念，既不能说功就是能，也不能说“功变成
了能”．
2 ．机械能守恒定律反映的是一个系统中只有重力和弹力做 功，系统内物体的重力势能、弹性势能和动能可以相互转化，但总 机械能不变． 3 ．能量守恒定律反映的是一个系统除了机械能以外还有其他 形式的能量参与转化，总能量不变． 4 ．机械能守恒定律的适用是有条件的，能量守恒定律的适用 无条件．
A．0.50 m
B．0.25 m
C．0.10
3 ．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
练练基础
┃题组一┃ 对功能关系的理解
1 ．从地面竖直上抛一个质量为 m 的小球，小球上升的最大高 度为h.设上升和下降过程中空气阻力大小恒定为f.下列说法正确的是 ( ) A．小球上升的过程中动能减少了mgh B．小球上升和下降的整个过程中机械能减少了fh
2019年高考物理大一轮复习第05章机械能第4讲功能关系
1．判断正误 (1)在物体的机械能减少的过程中，动能有可能是增大的．( ) (2)既然能量在转移或转化过程中是守恒的，故没有必要节约能源．( ) (3)节约可利用能源的目的是为了减少污染排放．( ) (4)滑动摩擦力做功时，一定会引起机械能的转化．( ) (5)一个物体的能量增加，必定有别的物体能量减少．( ) 答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√
3．如图，质量为M的长木板放在光滑的水平面上，现有一质量为m的小物块以 初速度v0从木板的一端滑向另一端，当小物块在木板上滑过距离d二者的速度相同 均为v，此过程中木板前进的位移为x1，设小物块与木板间的滑动摩擦力为f.
根据动能定理可列出以下方程： 对木板：fx1＝12Mv2， 对物块：－f(x1＋d)＝12mv2－12mv20
A．动能增加了1 900 J B．动能增加了2 000 J C．重力势能减少了1 900 J D．重力势能减少了2 000 J 答案：C
4．质量为 m 的物体，由静止开始下落，由于阻力作用，下落的加速度为45g，在 物体下落 h 的过程中，下列说法中错误的是( )
A．物体的动能增加了4m5gh B．物体的机械能减少了4m5gh C．物体克服阻力所做的功为m5gh D．物体的重力势能减少了 mgh 答案：B
B．陨石下落时，动能转化为重力势能 C．陨石坠入地球是机械能转化为内能的过程 D．“鸡蛋大的陨石砸在地上就是一个坑”，说明陨 石对地面做了功 答案：CD
3．(2016·四川卷)韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员．他在一 次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力对 他做功1 900 J，他克服阻力做功100 J．韩晓鹏在此过程中( )
由以上两式可得到以下各等式：
2021高中物理一轮复习学案--第五章 第4讲 功能关系 能量守恒定律
第4讲功能关系能量守恒定律ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU知识梳理·自测巩固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__，而且__能量的转化__必须通过做功来实现。
2．能量守恒定律(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__。
思考：飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落，而与空气发生剧烈摩擦，返回舱的表面温度达到1 000摄氏度。
(1)进入大气层很长一段时间，返回舱加速下落，返回舱表面温度逐渐升高。
该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？(2)返回舱表面温度越高，内能越大。
该过程中哪两种形式的能量之间发生转化？机械能和内能的总量变化吗？[答案](1)动能增加，势能减少，不守恒。
(2)机械能向内能转化，不变。
思维诊断：(1)力对物体做了多少功，物体就有多少能。
( ×)(2)物体在速度增大时，其机械能可能在减小。
( √)(3)重力和弹簧弹力之外的力做功的过程是机械能和其他形式能量转化的过程。
( √)(4)一对互为作用力与反作用力的摩擦力做的总功，等于系统增加的内能。
( √)自测巩固ZI CE GONG GU1．(2019·重庆一诊)如图所示，一物块在粗糙斜面上由静止释放，运动到水平面上后停止，则运动过程中，物块与地球组成系统的机械能( B )A．不变B．减少C．增大D．无法判断[解析]本题考查摩擦力做功问题。
物块在粗糙斜面上由静止释放后，重力与摩擦力对物块做功，其中摩擦力做功是将物块机械能的一部分转化为内能，所以物块与地球组成系统的机械能减少，故A、C、D错误，B正确。
2．(2019·江苏盐城月考)火箭发射回收是航天技术的一大进步。
高考物理总复习第五章 第4讲 功能关系、能量守恒定律
2013-11-27 有志者事竟成 9
高考复习· 物理
3．(2012· 安徽理综)如图5－4－1所示，在竖直平面内有 一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量 为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨 道到达最高点B时恰好对轨道没有压力．已知AP＝2R，重力 加速度为g，则小球从P到B的运动过程中( )
2013-11-27
有志者事竟成
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(4)电场力做功：电势能与其他能相互转化． (5)安培力做功：电能和机械能相互转化． 二、能量守恒定律 1．内容． 能量既不会消灭，也不会创生，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．
A．逐渐升高 B．逐渐降低 C．先降低后升高 D．始终不变
2013-11-27
有志者事竟成
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解析
由题意知外力对绳索做正功，机械能增加，重心
升高，故选A项．
答案
A
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题型归类•深度剖析
2013-11-27
有志者事竟成
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解析 功的计算公式W＝Fscosα中的s是指相对于地面 的位移，滑动摩擦力和静摩擦力仅起阻碍物体间的相对运动 (或相对运动趋势)的作用，它与物体对地“绝对位移”的方 向既可能相同也可能相反，说它们一定做负功是错误的．物 体间有静摩擦力作用时两物体相对静止，物体可以对地移 动，所以静摩擦力也可能做功．物体间有相对滑动时，伴随 机械能的损耗(转化为内能)，所以一对滑动摩擦力做功的总 和恒为负值．
答案 A
2019高三物理人教版一轮教师用书：第5章 第4节 功能关系 能量守恒定律 Word版含解析
第四节功能关系能量守恒定律(对应学生用书第89页)[教材知识速填]知识点1功能关系1．内容(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，而且能量的转化必须通过做功来实现．2．做功对应变化的能量形式(1)合外力的功等于物体的动能的变化．(2)重力做功引起物体重力势能的变化．(3)弹簧弹力做功引起弹性势能的变化．(4)除重力和系统内弹力以外的力做功等于物体机械能的变化．易错判断(1)做功的过程一定会有能量转化．(√)(2)力对物体做了多少功，物体就有多少能．(×)(3)力对物体做功，物体的总能量一定增加．(×)知识点2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另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．2．适用范围能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律．3．表达式ΔE减＝ΔE增，E初＝E末．易错判断(1)能量在转化或转移的过程中，其总量会不断减少．(×)(2)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．(√)(3)滑动摩擦力做功时，一定会引起能量的转化．(√)[教材习题回访]考查点：对功能关系理解1．(粤教版必修2P89T2)(多选)平直公路上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的物理过程是()A．物体克服阻力做功B．物体动能转化为其他形式的能量C．物体势能转化为其他形式的能量D．物体机械能转化为其他形式的能量[答案]AD考查点：能量的转化与守恒2．(沪科版必修2P77T5改编)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考查点：功能关系的计算3．(沪科版必修2P55T1)(多选)某人用手将质量为1 kg的物体由静止向上提起1 m，这时物体的速度为2 m/s，g取10 m/s2，下列说法中正确的是() A．手对物体做功12 JB．合外力做功2 JC．合外力做功12 JD．物体克服重力做功10 J[答案]ABD考查点：能量的转化与守恒4．(人教版必修2P82T2改编)三峡水力发电站是我国最大的水力发电站，平均水位落差约135 m，水的流量约1.35×104 m3/s.船只通航需要约3 500 m3/s的流量，其余流量全部用来发电．水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能．(1)按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率是多少？(2)设三口之家生活用电平均为0.5 kW，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它大约可以满足多少个百万人口城市的生活用电？[解析](1)用于发电的水流量Q＝(1.35×104－3.5×103) m3/s＝1.0×104 m3/s发电功率P＝mght×20%＝ρVght×20%＝ρQgh×20%＝2.7×109 W.(2)可供给用户数n＝2.7×1090.5×103＝5.4×106人口数为N＝3n＝16.2×106故可满足16个百万城市的生活用电[答案](1)2.7×109 W(2)16个(对应学生用书第90页)几种常见功能关系的对比[题组通关]1．(多选)悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动，需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术．跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设质量为m的运动员刚入水时的速度为v，水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降深度为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(F－mg)hB．他的重力势能减少了mgh－12m v2C．他的机械能减少了FhD．他的机械能减少了mghAC[合力做的功等于动能的变化，合力做的功为(mg－F)h，动能减少了(F－mg)h，A正确；重力做的功等于重力势能的变化，故重力势能减小了mgh，B错误；重力以外的力做的功等于机械能的变化，故机械能减少了Fh，C正确，D错误．]2．(2018·陕西西安联考)(多选)如图5-4-1所示，将质量为2m的重物悬挂在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质量为m的环，环套在竖直固定的光滑直杆上，光滑定滑轮与直杆的距离为d .杆上的A 点与定滑轮等高，杆上的B 点在A 点正下方距离为d 处．现将环从A 处由静止释放，不计一切摩擦阻力，下列说法正确的是( )【导学号：84370232】图5-4-1A ．环到达B 处时，重物上升的高度h ＝d 2B ．环到达B 处时，环与重物的速度大小相等C ．环从A 到B ，环减少的机械能等于重物增加的机械能D ．环能下降的最大高度为43d[题眼点拨] ①“轻绳”和“光滑直杆”说明质量为m 的环下滑过程中，与重物组成的系统机械能守恒；②“到达B 处”要利用环沿绳的速度分量等于重物上升的速度．CD [环到达B 处时，对环的速度进行分解，可得v 环cos θ＝v物，由题图中几何关系可知θ＝45°，则v 环＝2v 物，B 错；因环从A 到B ，环与重物组成的系统机械能守恒，则环减少的机械能等于重物增加的机械能，C 对；当环到达B 处时，由题图中几何关系可得重物上升的高度h ＝(2－1)d ，A 错；当环下落到最低点时，设环下落高度为H ，由机械能守恒有mgH ＝2mg (H 2＋d 2－d )，解得H ＝43d ，故D 正确．]1．对能量守恒定律的两点理解(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．2．能量转化问题的解题思路(1)当涉及滑动摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律．(2)解题时，首先确定初、末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和ΔE减和增加的能量总和ΔE增，最后由ΔE减＝ΔE增列式求解．[多维探究]考向1能量守恒定律的简单应用1. 蹦极是一项既惊险又刺激的运动，深受年轻人的喜爱．如图5-4-2所示，蹦极者从P处由静止跳下，到达A处时弹性绳刚好伸直，继续下降到最低点B处，B离水面还有数米距离．蹦极者(视为质点)在其下降的整个过程中，重力势能的减少量为ΔE1、绳的弹性势能的增加量为ΔE2、克服空气阻力做的功为W，则下列说法正确的是()图5-4-2A．蹦极者从P到A的运动过程中，机械能守恒B．蹦极者与绳组成的系统从A到B的过程中，机械能守恒C．ΔE1＝W＋ΔE2D．ΔE1＋ΔE2＝WC[下落过程中有空气阻力做功，所以机械能不守恒，A、B项错误；根据能量守恒，在下落的全过程，有ΔE1＝W＋ΔE2，故C项正确，D项错误．]如图所示，A 、B 、C 质量分别为m A ＝0.7 kg ，m B ＝0.2 kg ，m C ＝0.1 kg ，B 为套在细绳上的圆环，A 与水平桌面的动摩擦因数μ＝0.2，另一圆环D 固定在桌边外侧，离地面高h 2＝0.3 m ．当B 、C 从静止下降h 1＝0.3 m ，C 穿环而过，B 被D 挡住，不计绳子质量和滑轮的摩擦，取g ＝10 m/s 2，若开始时A 离桌边足够远．试求：(1)物体C 穿环瞬间的速度；(2)物体C 能否到达地面？如果能到达地面，其速度多大？[解析](1)由能量守恒定律得：(m B ＋m C )gh 1＝12(m A ＋m B ＋m C )v 21＋μm A gh 1可求得：v 1＝25 6 m/s.(2)设物体C 到达地面时的速度为v 2，由能量守恒定律得：m C gh 2＝12(m A ＋m C )v 22－12(m A ＋m C )v 21＋μm A gh 2可求得：v 2＝6610 m/s ，故物体C 能到达地面，到达地面时的速度为6610m/s.[答案](1)25 6 m/s (2)能 6610 m/s考向2 涉及弹簧(或橡皮绳)类的能量守恒问题2．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5-4-3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( )图5-4-3A．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A[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，选项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，选项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，选项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，选项D错误．]3．(2018·河南名校联考)如图5-4-4所示，在某竖直平面内，光滑曲面AB与水平面BC平滑连接于B点，BC右端连接内壁光滑、半径r＝0.2 m的四分之一细圆管CD，管口D端正下方直立一根劲度系数k＝100 N/m的轻弹簧，弹簧一端固定，另一端恰好与管口D端平齐．一个质量为1 kg的小球放在曲面AB 上，现从距BC的高度h＝0.6m处静止释放小球，它与BC间的动摩擦因数μ＝0.5，小球进入管口C端时，它对上管壁有F N＝2.5mg的作用力，通过CD 后，在压缩弹簧过程中小球速度最大时弹簧的弹性势能E p＝0.5 J．重力加速度g取10 m/s2.求：图5-4-4(1)小球在C处受到的向心力大小；(2)在压缩弹簧过程中小球的最大动能E km；(3)小球最终停止的位置.【导学号：84370233】[题眼点拨] ①“对上管壁有F N 的作用力”要想到在c 点时向心力的来源；②“速度最大时弹簧的弹性势能E p ＝0.5 J ”要利用速度最大时小球重力等于弹簧弹力的条件分析弹簧的形变量．[解析](1)小球进入管口C 端时，它与圆管上管壁有大小为F N ＝2.5mg 的相互作用力，故对小球由牛顿第二定律有F N ＋mg ＝F n解得F n ＝35 N.(2)在压缩弹簧过程中，速度最大时合力为零．设此时小球离D 端的距离为x 0，则有kx 0＝mg解得x 0＝mg k ＝0.1 m在C 点，有F n ＝m v 2C r解得v C ＝7 m/s由能量守恒定律有mg (r ＋x 0)＝E p ＋(E km －12m v 2C )解得E km ＝mg (r ＋x 0)＋12m v 2C －E p ＝6 J.(3)小球从A 点运动到C 点过程，由动能定理得mgh －μmgs ＝12m v 2C解得B 、C 间距离s ＝0.5 m小球与弹簧作用后返回C 处动能不变，小球的动能最终消耗在与BC 水平面相互作用的过程中．设小球与弹簧作用后在BC 上运动的总路程为s ′，由能量守恒定律有μmgs ′＝12m v 2C解得s ′＝0.7 m故最终小球在BC 上距离C 为0.5 m －(0.7 m －0.5 m)＝0.3 m(或距离B 端为0.7 m －0.5 m ＝0.2 m)处停下．[答案](1)35 N(2)6 J(3)停在BC上距离C端0.3 m处(或距离B端0.2 m 处)如图所示，固定斜面的倾角θ＝30°，物体A与斜面之间的动摩擦因数μ＝32，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>gL，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．[解析](1)A与斜面间的滑动摩擦力F f＝2μmg cos θ，物体A向下运动到C点的过程中，根据能量守恒定律可得：2mgL sin θ＋12·3m v2＝12·3m v2＋mgL＋F f L解得v＝v20－gL.(2)从物体A接触弹簧，将弹簧压缩到最短后又恰回到C点，对系统应用动能定理－F f·2x＝0－12×3m v2解得x＝v202g－L2.(3)弹簧从压缩到最短到恰好能弹到C点的过程中，对系统根据能量守恒定律可得：E p＋mgx＝2mgx sin θ＋F f x所以E p＝F f x＝3m v204－3mgL4.[答案](1)v20－gL(2)v202g－L2(3)3m v 204－3mgL 4考向3 能量守恒定律与图象的结合问题4．(多选)如图5-4-5所示，一质量为m 的小球以初动能E k0从地面竖直向上抛出，已知运动过程中受到恒定阻力f ＝kmg 作用(k 为常数且满足0<k <1)．图中两条图线分别表示小球在上升过程中动能和重力势能与其上升高度之间的关系(以地面为零势能面)，h 0表示上升的最大高度．则由图可知，下列结论正确的是( )图5-4-5A ．E 1是最大势能，且E 1＝E k0k ＋2B ．上升的最大高度h 0＝E k0(k ＋1)mgC ．落地时的动能E k ＝kE k0k ＋1D ．在h 1处，物体的动能和势能相等，且h 1＝E k0(k ＋2)mgBD [因小球上升的最大高度为h 0，由图可知其最大势能E 1＝E k0k ＋1，又E 1＝mgh 0，得h 0＝E k0(k ＋1)mg，A 项错误，B 项正确．由图可知，小球上升过程中克服阻力做功为E k0－E k0k ＋1，因小球所受阻力恒定，且上升和下落高度相等，则小球下落过程中克服阻力做功为E k0－E k0k ＋1，则小球落地时的动能E k ＝E k0k ＋1－⎝ ⎛⎭⎪⎫E k0－E k0k ＋1＝1－k k ＋1E k0，C 项错误．在h 1处，小球的动能和势能相等，则有E k0－(mg ＋f )h 1＝mgh 1，解得h 1＝E k0(k ＋2)mg，D 项正确．]1．对摩擦生热的理解(1)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．(2)从能量的角度看，是其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量．2．两种摩擦力做功情况比较[母题] 如图5-4-6所示，在竖直平面内，粗糙的斜面轨道AB 的下端与光滑的圆弧轨道BCD 相切于B ，C 是最低点，圆心角∠BOC ＝37°，D 与圆心O 等高，圆弧轨道半径R ＝1.0 m ，现有一个质量为m ＝0.2 kg 可视为质点的小物体，从D 点的正上方E 点处自由下落，D 、E 距离h ＝1.6 m ，小物体与斜面AB 之间的动摩擦因数μ＝0.5.sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g 取10 m/s 2.求：图5-4-6(1)小物体第一次通过C 点时对轨道的压力；(2)要使小物体不从斜面顶端飞出，斜面至少要多长；(3)若斜面已经满足(2)要求，请首先判断小物体是否可能停在斜面上．再研究小物体从E点开始下落后，整个过程中系统因摩擦所产生的热量Q.【导学号：84370234】[题眼点拨]①“粗糙斜面”要利用μ＝0.5分析物体是否会停在斜面上；②“光滑圆弧”要想到物体有可能最终在圆弧上往复性运动．[解析](1)小物体从E点到C点，由能量守恒定律得mg(h＋R)＝12m v2C①在C点，由牛顿第二定律得F N－mg＝m v2CR②联立①②式解得F N＝12.4 N.根据牛顿第三定律可知小物体对轨道的压力大小为12.4 N，方向竖直向下．(2)从E→D→C→B→A过程，由动能定理得W G＋W f＝0 ③W G＝mg[(h＋R cos 37°)－L AB sin 37°] ④W f＝－μmg cos 37°·L AB ⑤联立③④⑤式解得L AB＝2.4 m.(3)因为mg sin 37°>μmg cos 37°(或μ<tan 37°)，所以，小物体不会停在斜面上．小物体最后以C为中心，B为一侧最高点沿圆弧轨道做往返运动，从E点开始直至运动稳定，系统因摩擦所产生的热量Q＝ΔE p ⑥ΔE p＝mg(h＋R cos 37°) ⑦联立⑥⑦式解得Q＝4.8 J.[答案](1)12.4 N方向竖直向下(2)2.4 m(3)小物体不会停在斜面上 4.8 J[母题迁移]迁移1传送带问题中摩擦力做功分析1.如图5-4-7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，物体经过一段时间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()图5-4-7A．电动机做的功为12m v2B．摩擦力对物体做的功为m v2C．传送带克服摩擦力做的功为12m v2D．电动机增加的功率为μmg vD[由能量守恒可知，电动机做的功等于物体获得的动能和由于摩擦而产生的内能，选项A错误；对物体受力分析知，仅有摩擦力对物体做功，由动能定理知，其大小应为12m v2，选项B错误；传送带克服摩擦力做功等于摩擦力与传送带对地位移的乘积，可知这个位移是物体对地位移的两倍，即W＝m v2，选项C错误；由功率公式知电动机增加的功率为μmg v，选项D正确．]如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角θ＝30°，皮带在电动机的带动下，始终保持v0＝2 m/s的速率运行，现把一质量为m＝10 kg的工件(可看做质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间1.9 s，工件被传送到h＝1.5 m 的高处，g取10 m/s2，求：(1)工件与传送带间的动摩擦因数；(2)电动机由于传送工件多消耗的电能．[解析](1)由题图可知，皮带长x ＝h sin θ＝3 m ．工件速度达v 0前，做匀加速运动的位移x 1＝v t 1＝v 02t 1匀速运动的位移为x －x 1＝v 0(t －t 1)解得加速运动的时间t 1＝0.8 s加速运动的位移x 1＝0.8 m所以加速度a ＝v 0t 1＝2.5 m/s 2 由牛顿第二定律有：μmg cos θ－mg sin θ＝ma解得：μ＝32.(2)从能量守恒的观点，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服传送带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功产生的热量． 在时间t 1内，皮带运动的位移x 皮＝v 0t 1＝1.6 m在时间t 1内，工件相对皮带的位移x 相＝x 皮－x 1＝0.8 m在时间t 1内，摩擦生热Q ＝μmg cos θ·x 相＝60 J工件获得的动能E k ＝12m v 20＝20 J工件增加的势能E p ＝mgh ＝150 J电动机多消耗的电能W ＝Q ＋E k ＋E p ＝230 J.[答案](1)32 (2)230 J迁移2 “滑块—木板”问题中摩擦力做功分析2．(2018·衡水四调)如图5-4-8甲所示，质量M ＝1.0 kg 的长木板A 静止在光滑水平面上，在木板的左端放置一个质量m ＝1.0 kg 的小铁块B ，铁块与木板间的动摩擦因数μ＝0.2，对铁块施加水平向右的拉力F ，F 大小随时间变化如图乙所示，4 s时撤去拉力．可认为A、B间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取重力加速度g＝10 m/s2.求：甲乙图5-4-8(1)0～1 s内，A、B的加速度大小a A、a B；(2)B相对A滑行的最大距离x；(3)0～4 s内，拉力做的功W；(4)0～4 s内系统产生的摩擦热Q.[题眼点拨]①“木板A静止在光滑水平面上”说明若水平方向对木板A 施力，木板A会做加速运动；②“F大小随时间变化如图乙所示”，要根据数据分析A、B两物体是否发生相对滑动．[解析](1)在0～1 s内，A、B两物体分别做匀加速直线运动根据牛顿第二定律得μmg＝Ma AF1－μmg＝ma B代入数据得a A＝2 m/s2，a B＝4 m/s2.(2)t1＝1 s后，拉力F2＝μmg，铁块B做匀速运动，速度大小为v1：木板A仍做匀加速运动，又经过时间t2，速度与铁块B相等．v1＝a B t1又v1＝a A(t1＋t2)解得t2＝1 s设A、B速度相等后一起做匀加速运动，运动时间t3＝2 s，加速度为a F2＝(M＋m)aa＝1 m/s2木板A受到的静摩擦力f＝Ma<μmg，A、B一起运动x＝12a B t21＋v1t2－12a A(t1＋t2)2代入数据得x＝2 m.(3)时间t 1内拉力做的功W 1＝F 1x 1＝F 1·12a B t 21＝12 J时间t 2内拉力做的功W 2＝F 2x 2＝F 2v 1t 2＝8 J时间t 3内拉力做的功W 3＝F 2x 3＝F 2(v 1t 3＋12at 23)＝20 J4 s 内拉力做的功W ＝W 1＋W 2＋W 3＝40 J.(4)系统的摩擦热Q 只发生在t 1＋t 2时间内，铁块与木板相对滑动阶段，此过程中系统的摩擦热Q ＝μmg ·x ＝4 J.[答案](1)2 m/s 2 4 m/s 2 (2)2 m (3)40 J (4)4 J。
高考物理一轮通用课件：第五章 第4讲功能关系 能量守恒定律
2．运用功能关系分析求解问题的基本思路 在分析求解物理问题时，首先要增强自觉运用功能关系及能量 转化与守恒规律的意识．因为这不仅是分析解决问题的一种科学方 法，而且往往给我们求解问题带来极大的方便，其基本思路是： (1)明确研究对象及研究过程； (2)明确该过程中哪些力在做功，有哪些能量在相互转化； (3)明确参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少； (4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能 量相等的守恒式)，求解问题．
考点 1 功能关系的理解和应用 1．功能关系的理解及应用方法 (1)功能关系的各种类型可由下图表示：
(2)在应用功能关系解决具体问题的过程中，功能关系的选用原 则：
①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．
解析：AC 分析小物块沿斜面上滑，根据题述可知，物块所受 滑动摩擦力 Ff＝0.5mg，由动能定理，动能损失了siFnf3H0°＋mgH＝ 2mgH，选项 A 正确，B 错误．由功能关系，机械能损失siFnf3H0°＝mgH， 选项 C 正确，D 错误．
2.(2017·全国卷Ⅲ)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13l.重力加速度大小为 g.在此过程中，外力做 的功为( )
统内能 增加 (2)Q＝ Ff·L 相对
二、两种摩擦力做功特点的比较
类型 比较
静摩擦力
滑动摩擦力
只有机械能从一个 (1)将部分机械能从一个物
能量的 物体转移到另一个 体转移到另一个物体
转化方 物体，而没有机械能 (2)一部分机械能转化为内
2018届高三物理一轮复习练习：第5章 第4节 功能关系 能量守恒定律 含答案
第4节功能关系能量守恒定律考点一| 功能关系1．内容(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，而且能量的转化必须通过做功来实现．2．做功对应变化的能量形式(1)合外力的功影响物体的动能的变化．(2)重力的功影响物体重力势能的变化．(3)弹簧弹力的功影响弹性势能的变化．(4)除重力或系统内弹力以外的力做功影响物体机械能的变化．(5)滑动摩擦力的功影响系统内能的变化．1．物质、能量、信息是构成世界的基本要素，下面关于能量的认识中错误的是()A．能量是一个守恒量B．同一个物体可能同时具有多种形式的能量C．物体对外做了功，它的能量一定发生了变化D．地面上滚动的足球最终停下来，说明能量消失了D[能量的概念是在人类对能量守恒的认识过程中形成的，它的重要特性就是守恒，物体对外做功的过程即是能量释放的过程，功是能量转化的标志和量度．地面上滚动的足球最终停下来，其机械能转化为内能，能量并没有消失．故选项A、B、C正确，D错误．故选C.]2.自然现象中蕴藏着许多物理知识，如图5-4-1所示为一个盛水袋，某人从侧面缓慢推袋壁使它变形，则水的势能()图5-4-1A ．变大B ．变小C ．不变D ．不能确定A [人缓慢推水袋，对水袋做正功，由功能关系可知，水的重力势能一定增加，A 正确．]3.如图5-4-2所示，质量为m 的物体(可视为质点)以某一速度从A 点冲上倾角为30°的固定斜面，其运动的加速度大小为34g ，此物体在斜面上上升的最大高度为h ，则在这个过程中物体( ) 【导学号：81370213】图5-4-2A ．重力势能增加了34mghB ．克服摩擦力做功14mghC ．动能损失了mghD ．机械能损失了12mghD [重力势能增加量为mgh ，A 错；由mg sin 30°＋F f ＝m ×34g 知F f ＝14mg时，克服摩擦做功为12mgh ，由功能关系知B 错，D 对，动能损失等于合力做功，即ΔE k ＝34mg ×2 h ＝32mgh ，C 错．]4.如图5-4-3所示，一固定斜面倾角为30°，一质量为m 的小物块自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做匀减速运动，加速度大小等于重力加速度的大小g .物块上升的最大高度为H ，则此过程中，物块的( )图5-4-3A ．动能损失了12mgHB ．动能损失了mgHC ．机械能损失了mgHD ．机械能损失了12mgHC [分析小物块沿斜面上滑，根据题述可知，物块所受滑动摩擦力F f ＝0.5mg ，由动能定理，动能损失了F f H sin 30°＋mgH ＝2mgH ，选项A 、B 错误．由功能关系，机械能损失F f H sin 30°＝mgH ，选项C 正确，D 错误．]考点二| 能量守恒定律及应用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另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．2．适用范围能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适用的一条规律．3．表达式(1)E 初＝E 末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．(2)ΔE 增＝ΔE 减，增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量．(2015·浙江10月学考)画作《瀑布》如图5-4-4所示．有人对此画作了如下解读：水流从高处倾泻而下，推动水轮机发电，又顺着水渠流动，回到瀑布上方，然后再次倾泻而下，如此自动地周而复始．这一解读违背了( )图5-4-4A．库仑定律B．欧姆定律C．电荷守恒定律D．能量守恒定律D[这是第一类永动机模型，违背了能量守恒定律，选D.]1.如图5-4-5所示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()图5-4-5A．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B[本题考查能量转化和守恒定律．由于车厢相互撞击弹簧压缩的过程中存在克服摩擦力做功，所以缓冲器的机械能减少，选项A错误、B正确；弹簧压缩的过程中，垫板的动能转化为内能和弹簧的弹性势能，选项C、D错误．]2.蹦极是一项既惊险又刺激的运动，深受年轻人的喜爱．如图5-4-6所示，蹦极者从P点静止下落，到达A点时弹性绳刚好伸直，继续下降到最低点B点，B点离水面还有数米距离．蹦极者(可视为质点)从P点下降到B点的整个过程中，重力势能的减少量为ΔE1、绳的弹性势能增加量为ΔE2、克服空气阻力做功为W，绳子重力不计．则下列说法正确的是() 【导学号：81370214】图5-4-6A．蹦极者从P到A的运动过程中，机械能守恒B．蹦极者与绳组成的系统从A到B的运动过程中，机械能守恒C．ΔE1＝W＋ΔE2D．ΔE1＋ΔE2＝WC[蹦极者从P到A及蹦极者与绳组成的系统从A到B的运动过程中都受到空气阻力作用，所以机械能不守恒，A、B错误；根据能量守恒定律可知，在整个过程中重力势能的减少量等于弹性势能的增加量和内能的增加量之和，内能的增加量等于克服空气阻力做的功，C正确，D错误．]3.如图5-4-7所示，光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相切，半圆形导轨的半径为R.一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧，当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍，之后向上运动恰能到达最高点C，C、O、B 三点在同一竖直线上．(不计空气阻力)试求：图5-4-7(1)物体在A点时弹簧的弹性势能；(2)物体从B点运动至C点的过程中产生的内能．【解析】 (1)设物体在B 点的速度为v B ，受到的弹力为F N B ，则有F N B －mg ＝m v 2B R又F N B ＝8mg由能量守恒定律可知弹性势能E p ＝12m v 2B ＝72mgR . (2)设物体在C 点的速度为v C ，由题意可知mg ＝m v 2C R物体由B 点运动到C 点的过程中，由能量守恒定律得E 内＝12m v 2B －⎝ ⎛⎭⎪⎫12m v 2C ＋mg ·2R ＝mgR . 【答案】 (1)72mgR (2)mgR。
2018年物理新课标高考总复习第一轮复习教师用书：第五
第四节功能关系能量守恒定律一、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．几种常见的功能关系1.升降机底板上放一质量为100 kg的物体，物体随升降机由静止开始竖直向上移动5 m时速度达到4 m/s，则此过程中(g取10 m/s2)()A．升降机对物体做功5 800 JB．合外力对物体做功5 800 JC．物体的重力势能增加500 JD．物体的机械能增加800 J提示：A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，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．2．表达式(1)E1＝E2.(2)ΔE减＝ΔE增．2.(2017·广东惠州调研)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提示：B对功能关系的理解和应用【知识提炼】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是通过做功来实现的．(2)功是能量转化的量度，功和能的关系，一是体现在不同的力做功，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．几种常见的功能关系及其表达式(多选)(2015·高考江苏卷)如图，轻质弹簧一端固定，另一端与一质量为m 、套在粗糙竖直固定杆A 处的圆环相连，弹簧水平且处于原长．圆环从A 处由静止开始下滑，经过B 处的速度最大，到达C 处的速度为零，AC ＝h .圆环在C 处获得一竖直向上的速度v ，恰好能回到A .弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g .则圆环( )A ．下滑过程中，加速度一直减小B ．下滑过程中，克服摩擦力做的功为14m v 2C ．在C 处，弹簧的弹性势能为14m v 2－mghD ．上滑经过B 的速度大于下滑经过B 的速度[审题指导] 弹性势能的变化与弹力做多少功“一一对应”，弹力做正功，弹性势能减少，弹力做负功，弹性势能增加．[解析] 圆环下落时，先加速，在B 位置时速度最大，加速度减小至0，从B 到C 圆环减速，加速度增大，方向向上，选项A 错误．圆环下滑时，设克服摩擦力做功为W f ，弹簧的最大弹性势能为ΔE p ，由A 到C 的过程中，根据功能关系有mgh ＝ΔE p ＋W f ，由C 到A 的过程中，有12m v 2＋ΔE p ＝W f ＋mgh ，联立解得W f ＝14m v 2，ΔE p ＝mgh －14m v 2，选项B 正确，选项C 错误．设圆环在B 位置时，弹簧弹性势能为ΔE p ′，根据能量守恒，A 到B 的过程有12m v 2B ＋ΔE p ′＋W ′f ＝mgh ′，B 到A 的过程有12m v ′2B ＋ΔE p ′＝mgh ′＋W ′f ，比较两式得v ′B >v B ，选项D 正确．[答案] BD(2016·高考四川卷)韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员．他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力对他做功1 900 J ，他克服阻力做功100 J ．韩晓鹏在此过程中( )A ．动能增加了1 900 JB ．动能增加了2 000 JC ．重力势能减小了1 900 JD ．重力势能减小了2 000 J解析：选C.根据动能定理，物体动能的增量等于物体所受所有力做功的代数和，即增加的动能为ΔE k ＝W G ＋W f ＝1 900 J －100 J ＝1 800 J ，A 、B 项错误；重力做功与重力势能改变量的关系为W G ＝－ΔE p ，即重力势能减少了1 900 J ，C 项正确，D 项错误．弹簧中的能量问题的处理技巧(1)弹簧的弹力满足胡克定律F ＝kx ，是一个变力．(2)弹性势能E p ＝12kx 2(一般高考不作要求)，通常由功能关系或能量守恒计算；轻弹簧压缩或拉伸，均有弹性势能，同一弹簧压缩或拉伸相同长度，其弹性势能相等．(3)弹力做功与路径无关，取决于初、末状态弹簧形变量的大小，且W 弹＝－ΔE p .能量守恒定律的应用 【知识提炼】1．应用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． 2．能量转化问题的解题思路(1)当涉及滑动摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律． (2)解题时，首先确定初末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和ΔE 减和增加的能量总和ΔE 增，最后由ΔE 减＝ΔE 增列式求解．【典题例析】如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角θ＝30°，皮带在电动机的带动下，始终保持v 0＝2 m/s 的速率运行，现把一质量为m ＝10 kg 的工件(可看做质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间1.9 s ，工件被传送到h ＝1.5 m 的高处，取g ＝10 m/s 2，求：(1)工件与传送带间的动摩擦因数； (2)电动机由于传送工件多消耗的电能．[审题指导] (1)运动过程分析：1.9 s 内工件是否一直加速？若工件先匀加速后匀速运动，所受摩擦力是否相同？(2)能量转化分析：多消耗的电能转化成了哪几种能量？各如何表示？ [解析] (1)由题图可知，皮带长x ＝hsin θ＝3 m ．工件速度达v 0前，做匀加速运动的位移x 1＝v t 1＝v 02t 1匀速运动的位移为x －x 1＝v 0(t －t 1) 解得加速运动的时间t 1＝0.8 s 加速运动的位移x 1＝0.8 m 所以加速度a ＝v 0t 1＝2.5 m/s 2由牛顿第二定律有：μmg cos θ－mg sin θ＝ma 解得：μ＝32. (2)从能量守恒的观点，显然电动机多消耗的电能用于增加工件的动能、势能以及克服传送带与工件之间发生相对位移时摩擦力做功发出的热量．在时间t 1内，皮带运动的位移 x 皮＝v 0t 1＝1.6 m在时间t 1内，工件相对皮带的位移 x 相＝x 皮－x 1＝0.8 m在时间t 1内，摩擦生热Q ＝μmg cos θ·x 相＝60 J 工件获得的动能E k ＝12m v 20＝20 J工件增加的势能E p ＝mgh ＝150 J电动机多消耗的电能W ＝Q ＋E k ＋E p ＝230 J. [答案] (1)32(2)230 J1．两种摩擦力做功的比较(1)正确分析物体的运动过程，做好受力情况分析．(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)利用Q ＝F f x 相对计算热量Q 时，关键是对相对路程x 相对的理解．例如：如果两物体同向运动，x 相对为两物体对地位移大小之差；如果两物体反向运动，x 相对为两物体对地位移大小之和；如果一个物体相对另一个物体往复运动，则x 相对为两物体相对滑行路径的总长度．【跟进题组】考向1 滑块——滑板类模型中能量的转化问题分析1．如图所示，上表面光滑，长度为3 m 、质量M ＝10 kg 的木板，在F ＝50 N 的水平拉力作用下，以v 0＝5 m/s 的速度沿水平地面向右匀速运动．现将一个质量为m ＝3 kg 的小铁块(可视为质点)无初速度地放在木板最右端，当木板运动了L ＝1 m 时，又将第二个同样的小铁块无初速度地放在木板最右端，以后木板每运动1 m 就在其最右端无初速度地放上一个同样的小铁块．(g 取10 m/s 2)求：(1)木板与地面间的动摩擦因数； (2)刚放第三个铁块时木板的速度的大小；(3)从放第三个铁块开始(停止放后续铁块)到木板停下的过程，木板运动的距离． 解析：(1)木板做匀速直线运动时，受到地面的摩擦力为F f 由平衡条件得F ＝F f ① F f ＝μMg ②联立①②并代入数据得μ＝0.5.③(2)每放一个小铁块，木板所受的摩擦力增加μmg ，令刚放第三个铁块时木板速度为v 1，对木板从放第一个铁块到刚放第三个铁块的过程，由动能定理得－μmgL －2μmgL ＝12M v 21－12M v 20④ 联立③④并代入数据得v 1＝4 m/s.⑤(3)从放第三个铁块开始到木板停下之前，木板所受的摩擦力恒为μ(3m ＋M )g 从放第三个铁块开始到木板停下的过程，木板运动的距离为x ，对木板由动能定理得 －3μmgx ＝0－12M v 21⑥联立③⑥并代入数据得x ＝169 m ≈1.78 m.答案：(1)0.5 (2)4 m/s (3)1.78 m考向2 传送带模型中能量的转化问题分析2.(2017·福建八县联考)如图所示，足够长的传送带以恒定速率顺时针运行，将一个物体轻轻放在传送带底端，第一阶段物体被加速到与传送带具有相同的速度，第二阶段与传送带相对静止，匀速运动到达传送带顶端．下列说法正确的是( )A ．第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体不做功B ．第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加C ．第一阶段物体和传送带间的摩擦生热等于第一阶段物体机械能的增加D ．物体从底端到顶端全过程机械能的增加等于全过程物体与传送带间的摩擦生热 解析：选C.第一阶段物体受到沿斜面向上的滑动摩擦力；第二阶段物体受到沿斜面向上的静摩擦力做功，两个阶段摩擦力方向都跟物体运动方向相同，所以两个阶段摩擦力都做正功，故A 错误；根据动能定理得知，外力做的总功等于物体动能的增加，第一阶段，摩擦力和重力都做功，则第一阶段摩擦力对物体做的功不等于第一阶段物体动能的增加，故B 错误；由功能关系可知，第一阶段摩擦力对物体做的功(除重力之外的力所做的功)等于物体机械能的增加，即ΔE ＝W 阻＝F 阻s 物，摩擦生热为Q ＝F 阻s 相对，又由于s 传送带＝v t ，s 物＝v 2t ，所以s 物＝s 相对＝12s 传送带，即Q ＝ΔE ，故C 正确．第二阶段没有摩擦生热，但物体的机械能继续增加，故D 错误．考向3 能量转化问题的综合应用3.如图所示，一物体质量m ＝2 kg ，在倾角θ＝37°的斜面上的A点以初速度v 0＝3 m/s 下滑，A 点距弹簧上端B 的距离AB ＝4 m ．当物体到达B 点后将弹簧压缩到C 点，最大压缩量BC ＝0.2 m ，然后物体又被弹簧弹上去，弹到的最高位置为D 点，D 点距A 点的距离AD ＝3 m ．挡板及弹簧质量不计，g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，求：(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ；(2)弹簧的最大弹性势能E pm .解析：(1)物体从开始位置A 点到最后D 点的过程中，弹性势能没有发生变化，动能和重力势能减少，机械能的减少量为ΔE ＝ΔE k ＋ΔE p ＝12m v 20＋mgl AD sin 37°①物体克服摩擦力产生的热量为 Q ＝F f x ②其中x 为物体的路程，即x ＝5.4 m ③ F f ＝μmg cos 37°④由能量守恒定律可得ΔE ＝Q ⑤ 由①②③④⑤式解得μ≈0.52. (2)由A 到C 的过程中，动能减少 ΔE ′k ＝12m v 20⑥重力势能减少ΔE ′p ＝mgl AC sin 37°⑦ 摩擦生热Q ＝F f l AC ＝μmg cos 37°l AC ⑧ 由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为 E pm ＝ΔE ′k ＋ΔE ′p －Q ⑨ 联立⑥⑦⑧⑨解得E pm ≈24.5 J. 答案：(1)0.52 (2)24.5 J1．起跳摸高是学生经常进行的一项体育活动．一质量为m 的同学弯曲两腿向下蹲，然后用力蹬地起跳，从该同学用力蹬地到刚离开地面的起跳过程中，他的重心上升了h ，离地时他的速度大小为v .下列说法正确的是( )A ．该同学机械能增加了mghB ．起跳过程中该同学机械能增量为mgh ＋12m v 2C ．地面的支持力对该同学做功为mgh ＋12m v 2D ．该同学所受的合外力对其做功为12m v 2＋mgh解析：选B.该同学重心升高了h ，重力势能增加了mgh ，又知离地时获得动能为12m v 2，则机械能增加了mgh ＋12m v 2，A 错误、B 正确；该同学在与地面作用过程中，支持力对该同学做功为零，C 错误；该同学所受合外力做功等于动能增量，则W 合＝12m v 2，D 错误．2．(多选)如图所示，一固定斜面倾角为30°，一质量为m 的小物块自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做匀减速运动，加速度的大小等于重力加速度的大小g .若物块上升的最大高度为H ，则此过程中，物块的( )A ．动能损失了2mgHB ．动能损失了mgHC ．机械能损失了mgHD ．机械能损失了12mgH解析：选AC.由于上升过程中的加速度大小等于重力加速度，根据牛顿第二定律得mg sin 30°＋f ＝mg ，解得f ＝12mg .由动能定理可得ΔE k ＝－mgH －fL ＝－2mgH ，选项A 正确，B错误；机械能的减少量在数值上等于克服摩擦力做的功，则W f ＝fL ＝mgH ，选项C 正确，D 错误．3．(多选)(2016·高考全国卷甲)如图，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 <π2.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 两点的重力势能差解析：选BCD.小球在从M 点运动到N 点的过程中，弹簧的压缩量先增大，后减小，到某一位置时，弹簧处于原长，再继续向下运动到N 点的过程中，弹簧又伸长．弹簧的弹力方向与小球速度的方向的夹角先大于90°，再小于90°，最后又大于90°，因此弹力先做负功，再做正功，最后又做负功，A 项错误；弹簧与杆垂直时，小球的加速度等于重力加速度，当弹簧的弹力为零时，小球的加速度也等于重力加速度，B 项正确；弹簧长度最短时，弹力与小球的速度方向垂直，这时弹力对小球做功的功率为零，C 项正确；由于在M 、N 两点处，弹簧的弹力大小相等，即弹簧的形变量相等，根据动能定理可知，小球从M 点到N 点的过程中，弹簧的弹力做功为零，重力做功等于动能的增量，即小球到达N 点时的动能等于其在M 、N 两点的重力势能差，D 项正确．4.(多选)如图所示，长木板A 放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度v 0冲上A 后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A 上，则从B 冲到木板A 上到相对木板A 静止的过程中，下述说法中正确的是( )A ．物体B 动能的减少量等于系统损失的机械能 B ．物体B 克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量C ．物体B 损失的机械能等于木板A 获得的动能与系统损失的机械能之和D ．摩擦力对物体B 做的功和对木板A 做的功的总和等于系统内能的增加量解析：选CD.物体B 以水平速度冲上木板A 后，由于摩擦力作用，B 减速运动，木板A 加速运动，根据能量守恒定律，物体B 动能的减少量等于木板A 增加的动能和产生的热量之和，选项A 错误；根据动能定理，物体B 克服摩擦力做的功等于物体B 损失的动能，选项B 错误；由能量守恒定律可知，物体B 损失的机械能等于木板A 获得的动能与系统损失的机械能之和，选项C 正确；摩擦力对物体B 做的功等于物体B 动能的减少量，摩擦力对木板A 做的功等于木板A 动能的增加量，由能量守恒定律，摩擦力对物体B 做的功和对木板A 做的功的总和等于系统内能的增加量，选项D 正确．5．(多选)(2017·潍坊高三统考)如图所示，甲、乙传送带倾斜放置，并以相同的恒定速率v 逆时针运动，两传送带粗糙程度不同，但长度、倾角均相同．将一小物体分别从两传送带顶端的A 点无初速度释放，甲传送带上小物体到达底端B 点时恰好达到速度v ；乙传送带上小物体到达传送带中部的C 点时恰好达到速度v ，接着以速度v 运动到底端B 点．则小物体从A 运动到B 的过程()A ．小物体在甲传送带上的运动时间比在乙上的大B ．小物体与甲传送带之间的动摩擦因数比与乙之间的大C ．两传送带对小物体做功相等D ．两传送带因与小物体摩擦产生的热量相等解析：选AC.设传送带的长度为L ，小物体在甲传送带上做匀加速直线运动，运动时间t 甲＝L v 2＝2Lv ，小物体在乙传送带上先做匀加速运动后做匀速运动，运动时间t 乙＝t 加＋t 匀＝L2v2＋L2v ＝3L 2v ，所以t 甲＞t 乙，A 对．由v 2＝2a 甲L 得a 甲＝v 22L ，同理得a 乙＝v 2L ，则a 甲＜a 乙，由牛顿第二定律得a 甲＝g sin θ＋μ甲g cos θ，a 乙＝g sin θ＋μ乙g cos θ，所以μ甲＜μ乙，B 错．由动能定理得W 重＋W 传＝12m v 2，所以传送带对小物体做功相等，C 对．小物体与传送带之间的相对位移Δx 甲＝x 传－x 甲＝v t 甲－L ＝L ，Δx 乙＝x ′传－x 乙＝v t 加－L 2＝L2，摩擦产生的热量Q 甲＝μ甲mg cos θΔx 甲＝12m v 2－mgL sin θ，Q 乙＝μ乙mg cos θΔx 乙＝12m v 2－12mgL sinθ，所以Q 甲＜Q 乙，D 错．6.(2015·高考北京卷)如图所示，弹簧的一端固定，另一端连接一个物块，弹簧质量不计．物块(可视为质点)的质量为m ，在水平桌面上沿x 轴运动，与桌面间的动摩擦因数为μ.以弹簧原长时物块的位置为坐标原点O ，当弹簧的伸长量为x 时，物块所受弹簧弹力大小为F ＝kx ，k 为常量．(1)请画出F 随x 变化的示意图；并根据F －x 图象求物块沿x 轴从O 点运动到位置x 的过程中弹力所做的功．(2)物块由x 1向右运动到x 3，然后由x 3返回到x 2，在这个过程中， ①求弹力所做的功，并据此求弹性势能的变化量；②求滑动摩擦力所做的功；并与弹力做功比较，说明为什么不存在与摩擦力对应的“摩擦力势能”的概念．解析：(1)F －x 图象如图所示．物块沿x 轴从O 点运动到位置x 的过程中，弹力做负功；F －x 图线下的面积等于弹力做功大小．弹力做功W F ＝－12·kx ·x ＝－12kx 2.(2)①物块由x 1向右运动到x 3的过程中，弹力做功 W F 1＝－12·(kx 1＋kx 3)·(x 3－x 1)＝12kx 21－12kx 23 物块由x 3向左运动到x 2的过程中，弹力做功 W F 2＝12·(kx 2＋kx 3)·(x 3－x 2)＝12kx 23－12kx 22整个过程中，弹力做功 W F ＝W F 1＋W F 2＝12kx 21－12kx 22 弹性势能的变化量 ΔE p ＝－W F ＝12kx 22－12kx 21. ②整个过程中，摩擦力做功 W f ＝－μmg (2x 3－x 1－x 2)与弹力做功比较，弹力做功与x 3无关，即与实际路径无关，只与始末位置有关，所以，我们可以定义一个由物体之间的相互作用力(弹力)和相对位置决定的能量——弹性势能．而摩擦力做功与x 3有关，即与实际路径有关，所以，不可以定义与摩擦力对应的“摩擦力势能”．答案：见解析一、单项选择题1.(2017·安徽合肥模拟)一个质量为m 的小铁块沿半径为R 的固定半圆轨道上边缘由静止滑下，到半圆底部时，小铁块所受向心力为铁块重力的1.5倍，则此过程中铁块损失的机械能为( )A.18mgR B ．14mgR C.12mgR D ．34mgR 解析：选B.已知铁块滑到半圆底部时，小铁块所受向心力为铁块重力的1.5倍，由牛顿第二定律得：1.5mg ＝m v 2R ，由动能定理得mgR －W ＝12m v 2.则克服外力做功W ＝14mgR ，由功能关系知，机械能损失为14mgR ，故选项B 正确． 2.(2017·江西重点中学联考)如图所示，在粗糙的水平面上，质量相等的两个物体A 、B 间用一轻质弹簧相连组成系统，且该系统在水平拉力F 作用下以相同加速度保持间距不变一起做匀加速直线运动，当它们的总动能为2E k 时撤去水平力F ，最后系统停止运动．不计空气阻力，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，从撤去拉力F 到系统停止运动的过程中( )A ．外力对物体A 所做总功的绝对值等于2E kB ．物体A 克服摩擦阻力做的功等于E kC ．系统克服摩擦阻力做的功可能等于系统的总动能2E kD ．系统克服摩擦阻力做的功一定等于系统机械能的减少量解析：选D.当它们的总动能为2E k 时，物体A 动能为E k ，撤去水平力F ，最后系统停止运动，外力对物体A 所做总功的绝对值等于E k ，选项A 、B 错误；由于二者之间有弹簧，弹簧具有弹性势能，根据功能关系，系统克服摩擦阻力做的功一定等于系统机械能的减少量，选项D 正确，C 错误．3.如图所示，在竖直平面内有一半径为R 的圆弧轨道，半径OA水平、OB 竖直，一个质量为m 的小球自A 的正上方P 点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B 时恰好对轨道没有压力．已知AP ＝2R ，重力加速度为g ，则小球从P 到B 的运动过程中( )A ．重力做功2mgRB ．机械能减少mgRC ．合外力做功mgRD ．克服摩擦力做功12mgR 解析：选D.小球到达B 点时，恰好对轨道没有压力，只受重力作用，根据mg ＝m v 2R得，小球在B 点的速度v ＝gR .小球从P 到B 的运动过程中，重力做功W ＝mgR ，故选项A 错误；减少的机械能ΔE 减＝mgR －12m v 2＝12mgR ，故选项B 错误；合外力做功W 合＝12m v 2＝12mgR ，故选项C 错误；根据动能定理得，mgR －W f ＝12m v 2－0，所以W f ＝mgR －12m v 2＝12mgR ，故选项D 正确．4.(2017·江西十校模拟)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，并沿斜面下滑到底端，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解析：选A.设1、2、3木板与地面的夹角分别为θ1、θ2、θ3，木板长分别为l 1、l 2、l 3，当物块沿木板1下滑时，由动能定理有mgh 1－μmgl 1cos θ1＝12m v 21－0，当物块沿木板2下滑时，由动能定理有mgh 2－μmgl 2cos θ2＝12m v 22－0，又h 1＞h 2，l 1cos θ1＝l 2cos θ2，可得v 1＞v 2；当物块沿木板3下滑时，由动能定理有mgh 3－μmgl 3cos θ3＝12m v 23－0，又h 2＝h 3，l 2cos θ2＜l 3cos θ3，可得v 2＞v 3，故A 错、B 对；三个过程中产生的热量分别为Q 1＝μmgl 1cos θ1，Q 2＝μmgl 2cos θ2，Q 3＝μmgl 3cos θ3，则Q 1＝Q 2＜Q 3，故C 、D 对．5.如图所示，一张薄纸板放在光滑水平面上，其右端放有小木块，小木块与薄纸板的接触面粗糙，原来系统静止．现用水平恒力F 向右拉薄纸板，小木块在薄纸板上发生相对滑动，直到从薄纸板上掉下来．上述过程中有关功和能的说法正确的是( )A ．拉力F 做的功等于薄纸板和小木块动能的增加量B ．摩擦力对小木块做的功一定等于系统中由摩擦产生的热量C ．离开薄纸板前小木块可能先做加速运动，后做匀速运动D ．小木块动能的增加量可能小于系统中由摩擦产生的热量解析：选D.由功能关系，拉力F 做的功等于薄纸板和小木块动能的增加量与系统产生的内能之和，选项A 错误；摩擦力对小木块做的功等于小木块动能的增加量，选项B 错误；离开薄纸板前小木块一直在做匀加速运动，选项C 错误；对于系统，由摩擦产生的热量Q＝f ΔL ，其中ΔL 为小木块相对薄纸板运动的路程，若薄纸板的位移为L 1，小木块相对地面的位移为L 2，则ΔL ＝L 1－L 2，且ΔL 存在大于、等于或小于L 2三种可能，对小木块，fL 2＝ΔE k ，即Q 存在大于、等于或小于ΔE k 三种可能，选项D 正确．二、多项选择题6.(2017·嘉兴一中模拟)在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和弹性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 点运动到O 点，小孩重力势能的减少量大于动能的增加量B ．从O 点运动到B 点，小孩动能的减少量等于蹦床弹性势能的增加量C ．从A 点运动到B 点，小孩机械能的减少量小于蹦床弹性势能的增加量D ．从B 点返回到A 点，小孩机械能的增加量大于蹦床弹性势能的减少量解析：选AD.小孩从A 点运动到O 点，由动能定理可得mgh AO －W 弹1＝ΔE k1，选项A 正确；小孩从O 点运动到B 点，由动能定理可得mgh OB －W 弹2＝ΔE k2，选项B 错误；小孩从A 点运动到B 点，由功能关系可得－W 弹＝ΔE 机1，选项C 错误；小孩从B 点返回到A 点，弹性绳和蹦床的弹性势能转化为小孩的机械能，则知小孩机械能的增加量大于蹦床弹性势能的减少量，选项D 正确．7.将一质量为1 kg 的滑块轻轻放置于传送带的左端，已知传送带正以4 m/s 的速度顺时针运行，滑块与传送带间的动摩擦因数为0.2，传送带左右距离无限长，当滑块放上去2 s 时，突然断电，传送带以1 m/s 2的加速度做匀减速运动至停止，则滑块从放上去到最后停下的过程中，下列说法正确的是( )A ．前2 s 传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为8 JB ．前2 s 传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为16 JC ．2 s 后传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为8 JD ．2 s 后传送带与滑块之间因摩擦力所产生的热量为0解析：选AD.前2 s ，滑块的位移x 1＝12μgt 2＝4 m ，传送带的位移x 2＝v t ＝8 m ，相对位移Δx ＝x 2－x 1＝4 m ，2 s 后滑块随传送带一起做匀减速运动，无相对位移，整个过程中传送带与滑块之间因摩擦力而产生的热量为Q ＝μmg ·Δx ＝8 J ，选项A 、D 正确．8．三角形传送带以1 m/s 的速度逆时针匀速转动，两边的传送带长都是2 m 且与水平方向的夹角均为37°.现有两个小物块A 、B 从传送带顶端都以1 m/s 的初速度沿传送带下滑，物块与传送带间的动摩擦因数都是0.5，g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.下列判断正确的是( )。
高考物理一轮复习 第五章 第4讲 功能关系能量守恒定律跟踪检测
第4讲功能关系能量守恒定律(对应学生用书第83页)1.内容(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，而且能量的转化必须通过做功来实现．2续表【针对训练】1．(2012·海南高考改编)下列关于功和机械能的说法，正确的是( )A．在有阻力作用的情况下，物体重力势能的减少不等于重力对物体所做的功B．合力对物体所做的功等于物体动能的改变量C．物体的重力势能是物体与地球之间的相互作用能，其大小与势能零点的选取无关D．运动物体动能的减少量一定等于其重力势能的增加量【解析】物体重力做的功总等于重力势能的减少，因此A错；根据动能定理可知合力对物体所做的功等于物体动能的改变量，因此B正确；根据重力势能的定义和特点可知C 错误；当有除重力以外的力对物体做功时，运动物体动能的减少量不等于其重力势能的增加量，因此D错．【答案】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，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．2．表达式：ΔE减＝ΔE增．【针对训练】2．(2013届广州模拟)下列说法正确的是( )A．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生【解析】第一类永动机违背了能量守恒定律，所以不可能制成，A错误；根据能量守恒定律，太阳照射到宇宙空间的能量也不会凭空消失，B错误；要让马儿跑，必须要给马儿吃草，否则就违背能量守恒定律，C正确；所谓“全自动”手表内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，摆锤不停地摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的走动，D错．【答案】 C(对应学生用书第83页)1.(1)合外力做功等于物体动能的改变，即W合＝E k2－E k1＝ΔE k.(动能定理)(2)重力做功等于物体重力势能的减少量，即W G＝E p1－E p2＝－ΔE p.(3)弹簧弹力做功等于弹性势能的减少量，即W F＝E p1－E p2＝－ΔE p.(4)除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功，等于物体机械能的改变，即W其他力＝E2－E1＝ΔE.(功能原理)2．对功能关系的理解(1)不同的力对物体做功会引起不同能量的转化或转移，应根据题中已知和所求，选择合适的功能关系来分析问题．(2)重力势能、弹性势能、电势能的改变量与对应的力做的功数值相等，但符号相反．图5－4－1(2012·重庆高考)如图5－4－1所示为一种摆式摩擦因数测量仪，可测量轮胎与地面间动摩擦因数，其主要部件有：底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆．摆锤的质量为m，细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动，摆锤重心到O点距离为L.测量时，测量仪固定于水平地面，将摆锤从与O等高的位置处静止释放．摆锤到最低点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段距离s(s≪L)，之后继续摆至与竖直方向成θ角的最高位置．若摆锤对地面的压力可视为大小为F的恒力，重力加速度为g，求(1)摆锤在上述过程中损失的机械能；(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功；(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数．【审题视点】(1)注意摆锤的起始和最后位置，计算高度差．(2)摩擦存在于橡胶片压紧地面的一小段s，且摩擦力为恒力(因为正压力可视为恒力F)．【解析】 (1)选从右侧最高点到左侧最高点的过程研究．因为初、末状态动能为零，所以全程损失的机械能ΔE 等于减少的重力势能，即：ΔE ＝mgL cos θ.①(2)对全程应用动能定理：W G ＋W f ＝0② W G ＝mgL cos θ③由②、③得W f ＝－W G ＝－mgL cos θ.④ (3)由滑动摩擦力公式得f ＝μF ⑤ 摩擦力做的功W f ＝－fs ⑥④、⑤式代入⑥式得：μ＝mgL cos θFs.⑦【答案】 (1)损失的机械能ΔE ＝mgL cos θ (2)摩擦力做功W f ＝－mgL cos θ(3)动摩擦因数μ＝mgL cos θFs【即学即用】1．(2013届马鞍山模拟)已知货物的质量为m ，在某段时间内起重机将货物以a 的加速度加速升高h ，则在这段时间内，下列叙述正确的是(重力加速度为g )( )A ．货物的动能一定增加mah －mghB ．货物的机械能一定增加mahC ．货物的重力势能一定增加mahD ．货物的机械能一定增加mah ＋mgh【解析】 根据动能定理可知，货物动能的增加量等于货物合外力做的功mah ，A 项错误；根据功能关系，货物机械能的增量等于除重力以外的力做的功而不等于合外力做的功，B 项错误；由功能关系知，重力势能的增量对应货物重力做的负功的大小mgh ，C 项错误；由功能关系，货物机械能的增量为起重机拉力做的功m (g ＋a )h ，D 项正确．1.(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； (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； 这也是我们列能量守恒定律方程式的两条基本思路． 2．应用能量守恒定律解题的步骤(1)分清有几种形式的能在变化，如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等．(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．应用能量守恒定律解决有关问题，关键是准确分析有多少种形式的能量在变化，求出减少的总能量ΔE减和增加的总能量ΔE增，然后再依据能量守恒定律列式求解．图5－4－2(2013届长春一中检测)如图5－4－2所示，一物体的质量m ＝2 kg ，在倾角θ＝37°的斜面上的A 点以初速度v 0＝3 m/s 下滑，A 点距弹簧上端B 的距离AB ＝4 m ．当物体到达B 后将弹簧压缩到C 点，最大压缩量BC ＝0.2 m ，然后物体又被弹簧弹上去，弹到的最高位置为D 点，AD ＝3 m ．挡板及弹簧的质量不计，g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，求：(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ. (2)弹簧的最大弹性势能E pm .【审题视点】 (1)物体从开始位置A 点到最后D 点的过程中，弹性势能是否变化？利用公式Q ＝fx 计算摩擦生热时，x 表示位移还是路程？(2)物体在C 点时弹性势能最大，物体从开始位置A 到C 的过程中，分析动能变化、重力势能变化、弹性势能变化及摩擦生热，利用能量守恒定律方程求解．【解析】 (1)物体从开始位置A 点到最后D 点的过程中，弹性势能没有发生变化，动能和重力势能减少，机械能的减少量为：ΔE ＝12mv 20＋mgl AD sin 37°物体克服摩擦力产生的热量Q ＝Fx 其中x 为物体的路程，即x ＝5.4 m F ＝μmg cos 37°由能量守恒定律可得ΔE ＝Q解得：μ＝0.52.(2)由A 到C 的过程中，动能减少，即ΔE k ＝12mv 2重力势能的减少量ΔE p ＝mgl AC sin 37° 摩擦生热Q ′＝Fl AC ＝μmg cos 37°·l AC 由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为： ΔE pm ＝ΔE k ＋ΔE p －Q ′ 联立解得：ΔE pm ＝24.4 J.【答案】 (1)0.52 (2)24.4 J 【即学即用】 2.图5－4－3如图5－4－3所示，质量为m 的小车在水平恒力F 推动下，从山坡(粗糙)底部A 处由静止起运动至高为h 的坡顶B ，获得速度为v, AB 之间的水平距离为s ，重力加速度为g .下列说法不正确的是( )A ．小车克服重力所做的功是mghB ．合外力对小车做的功是12mv 2C ．推力对小车做的功是12mv 2＋mghD ．阻力对小车做的功是12mv 2＋mgh －Fs【解析】 小车克服重力做功W ＝Gh ＝mgh ，A 选项正确；由动能定理小车受到的合力做的功等于小车动能的增加，W 合＝ΔE k ＝12mv 2，B 选项正确；由动能定理，W 合＝W 推＋W 重＋W 阻＝12mv 2，所以推力做的功W 推＝12mv 2－W 阻－W 重＝12mv 2＋mgh －W 阻，C 选项错误；阻力对小车做的功W 阻＝12mv 2－W 推－W 重＝12mv 2＋mgh －Fs ，D 选项正确．【答案】 C(对应学生用书第85页)问题是此类问题的典型题型．解题策略：(1)要正确分析物体的运动过程，判断物体是一直匀加速运动还是先匀加速再匀速运动；(2)计算力所做的功时，位移是对地位移；计算因滑动摩擦产生的内能时，常用功能关系Q＝F f s，需注意的是s为物体之间的相对路程；只有存在滑动摩擦力时才有内能产生．图5－4－4(2013届山师大附中检测)如图5－4－4所示，传送带与水平面之间的夹角θ＝30°，其上A 、B 两点间的距离L ＝5 m ，传送带在电动机的带动下以v ＝1 m/s 的速度匀速运动．现将一质量m ＝10 kg 的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A 点，已知小物体与传送带之间的动摩擦因数μ＝32，在传送带将小物体从A 点传送到B 点的过程中，求：(取g ＝10 m/s 2)(1)传送带对小物体做的功． (2)电动机做的功．【潜点探究】 (1)物体是否一直做匀加速直线运动？传送带对物体做功时，哪些能发生转化？根据功能关系计算传送带对物体做的功．(2)传送带与物体之间发生了相对滑动，怎样计算因摩擦产生的热量？电动机做的功使哪些能量发生了转化？利用功能关系计算电动机做的功．【规范解答】 (1)小物块加速过程根据牛顿第二定律有： μmg cos θ－mg sin θ＝ma物块上升的加速度a ＝14g ＝2.5 m/s 2当物块的速度v ＝1 m/s 时，位移是：x ＝v 22a＝0.2 m即物块将以v ＝1 m/s 的速度完成4.8 m 的路程，由功能关系得：W ＝ΔE p ＋ΔE k ＝mgL sin θ＋12mv 2＝255 J.(2)电动机做功使小物体机械能增加，同时小物体与传送带间因摩擦产生热量Q ，由v ＝at 得t ＝v a＝0.4 s相对位移x ′＝vt －12vt ＝0.2 m摩擦生热Q ＝μmgx ′cos θ＝15 J 故电动机做的功W 电＝W ＋Q ＝270 J. 【答案】 (1)255 J (2)270 J 【即学即用】 3.图5－4－5(2013届湖北八校联考)如图5－4－5所示，在光滑的水平面上有一个质量为M 的木板B 处于静止状态，现有一个质量为m 的木块A 在B 的左端以初速度v 0开始向右滑动，已知M ＞m ，用①和②分别表示木块A 和木板B 的图象，在木块A 从B 的左端滑到右端的过程中，下面关于速度v 随时间t 、动能E k 随位移s 的变化图象，其中可能正确的是( )【解析】 设A 、B 间动摩擦因数为μ，二者加速度分别为a A 、a B ，则μmg ＝ma A ，μmg＝Ma B，可知a A＞a B，v－t图象中，①的斜率绝对值应大于②，故A、B均错误．μmgs B＝E k2，1mv20－μmgs A＝E k1，可知E k－s图象中，①、②的斜率绝对值应相同，故C错误，D正确．2【答案】 D(对应学生用书第85页)●考查功能关系1.图5－4－6(2012·安徽高考)如图5－4－6所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力．已知AP＝2R，重力加速度为g，则小球从P到B 的运动过程中( )A．重力做功2mgRB．机械能减少mgRC．合外力做功mgRD ．克服摩擦力做功12mgR【解析】 小球到达B 点时，恰好对轨道没有压力，只受重力作用，根据mg ＝mv 2R得，小球在B 点的速度v ＝gR .小球从P 到B 的过程中，重力做功W ＝mgR ，故选项A 错误；减少的机械能ΔE 减＝mgR －12mv 2＝12mgR ，故选项B 错误；合外力做功W 合＝12mv 2＝12mgR ，故选项C 错误；根据动能定理得，mgR －W f ＝12mv 2－0，所以W f ＝mgR －12mv 2＝12mgR ，故选项D 正确．【答案】 D●考查重力势能、功率、功能关系 2.图5－4－7(2012·福建高考)如图5－4－7所示，表面光滑的固定斜面顶端安装一定滑轮，小物块A 、B 用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)．初始时刻，A 、B 处于同一高度并恰好处于静止状态．剪断轻绳后A 下落、B 沿斜面下滑，则从剪断轻绳到物块着地，两物块( )A ．速率的变化量不同B ．机械能的变化量不同C ．重力势能的变化量相同D ．重力做功的平均功率相同【解析】 A 、B 开始时处于静止状态，对A ：m A g ＝T ① 对B ：T ＝m B g sin θ② 由①②得m A g ＝m B g sin θ 即m A ＝m B sin θ③剪断绳后，A 、B 均遵守机械能守恒定律，机械能没有变化，故B 项错误；由机械能守恒知，mgh ＝12mv 2，所以v ＝2gh ，落地速率相同，故速率的变化量相同，A 项错误；由ΔE p＝mgh ，因m 不同，故ΔE p 不同，C 项错误；重力做功的功率P A ＝m A g v ＝m A g v 2＝m A g 2gh2，P B ＝m B g v sin θ＝m B g2gh2sin θ，由③式m A ＝m B sin θ，故P A ＝P B ，D 项正确． 【答案】 D●涉及摩擦的功能关系的应用 3.图5－4－8(2010·山东高考改编)如图5－4－8所示，倾角θ＝30°的粗糙斜面固定在地面上，长为l 、质量为m 、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平．用细线将物块与软绳连接，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面(此时物块未到达地面)，在此过程中( )A ．物块的机械能逐渐增加B ．软绳重力势能共减少了12mglC ．物块重力势能的减少等于软绳克服摩擦力所做的功D ．软绳重力势能的减少小于其动能的增加与克服摩擦力所做功之和【解析】 取斜面最高点为参考平面，软绳重力势能减少量ΔE p 绳＝mg l 2－mg l2sin 30°＝14mgl ，选项B 错误；物块向下运动，对物块，除重力以外，绳拉力对物块做负功，物块机械能减少，选项A 错误；设W 克为软绳克服摩擦力做的功，对系统由功能关系得ΔE p 绳＋ΔE p物＝12mv 2＋12m 物v 2＋W 克，又因为ΔE p 物＞12m 物v 2，故选项C 错而D 对．【答案】 D●功能关系的综合应用 4.图5－4－9(2013届南昌一中检测)如图5－4－9所示，甲、乙两车用轻弹簧相连静止在光滑的水平面上，现在同时对甲、乙两车施加等大反向的水平恒力F 1、F 2，使甲、乙同时由静止开始运动，在整个过程中，对甲、乙两车及弹簧组成的系统(假定整个过程中弹簧均在弹性限度内)，说法正确的是( )A ．系统受到外力作用，动能不断增大B ．弹簧伸长到最长时，系统的机械能最大C ．恒力对系统一直做正功，系统的机械能不断增大D ．两车的速度减小到零时，弹簧的弹力大小大于外力F 1、F 2的大小【解析】 对甲、乙单独受力分析，两车都先加速后减速，故系统动能先增大后减少，A 错误；弹簧最长时，外力对系统做正功最多，系统的机械能最大，B 正确；弹簧达到最长后，甲、乙两车开始反向加速运动，F 1、F 2对系统做负功，系统机械能开始减少，C 错；当两车第一次速度减小到零时，弹簧弹力大小大于F 1、F 2的大小，当返回速度再次为零时，弹簧的弹力大小小于外力F 1、F 2的大小，D 错．【答案】 B●能量守恒定律在生活实际中的应用5．(2011·浙江高考)节能混合动力车是一种可以利用汽油及所储存电能作为动力来源的汽车．有一质量m ＝1 000 kg 的混合动力轿车，在平直公路上以v 1＝90 km/h 匀速行驶，发动机的输出功率为P ＝50 kW.当驾驶员看到前方有80 km/h 的限速标志时，保持发动机功率不变，立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电，使轿车做减速运动，运动L＝72 m 后，速度变为v 2＝72 km/h.此过程中发动机功率的15用于轿车的牵引，45用于供给发电机工作，发动机输送给发电机的能量最后有50%转化为电池的电能．假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变．求：(1)轿车以90 km/h 在平直公路上匀速行驶时，所受阻力F 阻的大小； (2)轿车从90 km/h 减速到72 km/h 过程中，获得的电能E 电；(3)轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能E 电维持72 km/h 匀速运动的距离L ′. 【解析】 (1)轿车牵引力与输出功率的关系P ＝F 牵v 将P ＝50 kW ，v 1＝90 km/h ＝25 m/s 代入得F 牵＝Pv 1＝2×103 N.轿车匀速行驶时，牵引力与阻力大小相等，有 F 阻＝2×103 N.(2)在减速过程中，发动机只有15P 用于汽车的牵引．根据动能定理有15Pt －F 阻L ＝12mv 22－12mv 21 代入数据得Pt ＝1.575×105J电源获得的电能为E 电＝50%×45Pt ＝6.3×104J.(3)根据题设，轿车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力仍为F 阻＝2×103N ．在此过程中，由能量守恒定律可知，仅有电能用于克服阻力做功，则E 电＝F 阻′L代入数据得L ′＝31.5 m.【答案】 (1)2×103 N (2)6.3×104J (3)31.5 m 课后作业(十七) (对应学生用书第249页)(时间45分钟，满分100分)一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分．只有一个选项正确．)1．(2012·上海高考)质量相等的均质柔软细绳A 、B 平放于水平地面，绳A 较长．分别捏住两绳中点缓慢提起，直至全部离开地面，两绳中点被提升的高度分别为h A 、h B ，上述过程中克服重力做功分别为W A 、W B .若( )A ．h A ＝hB ，则一定有W A ＝W B B ．h A ＞h B ，则可能有W A ＜W BC ．h A ＜h B ，则可能有W A ＝W BD ．h A ＞h B ，则一定有W A ＞W B【解析】 由题易知，离开地面后，细绳A 的重心距离细绳A 的最高点的距离较大，分析各选项易知B 正确．【答案】 B 2.图5－4－10(2013届东北师大附中检测)如图5－4－10所示，一轻弹簧的左端固定，右端与一小球相连，小球处于光滑水平面上．现对小球施加一个方向水平向右的恒力F ，使小球从静止开始运动，则小球在向右运动的整个过程中( )A ．小球和弹簧组成的系统机械能守恒B ．小球和弹簧组成的系统机械能逐渐增大C ．小球的动能逐渐增大D ．小球的动能逐渐减小【解析】 小球在向右运动的整个过程中，力F 做正功，由功能关系知小球和弹簧组成的系统机械能逐渐增大，A项错误，B项正确；弹力一直增大，当弹力等于F时，小球的速度最大，动能最大，当弹力大于F时，小球开始做减速运动，速度减小，动能减小，C、D 项错误．【答案】 B3.图5－4－11(2013届安庆模拟)如图5－4－11所示，一质量为m的滑块以初速度v0从固定在地面上的粗糙斜面的底端开始冲上斜面，到达某一高度后又自动返回至斜面底端，下图中分别给出了在整个运动过程中滑块的速度v、加速度大小a、动能E k及机械能E随时间t的变化关系图线，则其中可能正确的是(规定斜面底端所在水平面为零势能参考平面)( )【解析】由于斜面存在摩擦，所以向上滑时加速度大于下滑时的加速度，选项A错误，B正确；动能随时间的变化关系为二次函数，选项C错误；由于始终存在摩擦力做负功，所以其机械能一直减少，选项D错误．【答案】 B4.图5－4－12(2013届潍坊模拟)如图5－4－12所示，一个质量为m 的物体(可视为质点)，由斜面底端的A 点以某一初速度冲上倾角为30°的固定斜面做匀减速直线运动，减速的加速度大小为g ，物体沿斜面上升的最大高度为h ，在此过程中( )A ．重力势能增加了2mghB ．机械能损失了mghC ．动能损失了mghD ．系统生热12mgh【解析】 设阻力大小为F f ，由牛顿第二定律得：mg sin 30°＋F f ＝ma ，可得：F f ＝12mg ，故此过程阻力F f 做功为－F f ·hsin 30°＝－mgh ，系统生热mgh ，机械能损失了mgh ，B 正确，D 错误；合外力做负功mg ·hsin 30°＝2mgh ，故动能损失了2mgh ，C 错误；重力做负功mgh ，重力势能增加了mgh ，A 错误．【答案】 B 5.图5－4－13来自福建省体操队的运动员黄珊汕是第一位在奥运会上获得蹦床奖牌的中国选手．蹦床是一项好看又惊险的运动，如图5－4－13所示为运动员在蹦床运动中完成某个动作的示意图，图中虚线PQ 是弹性蹦床的原始位置，A 为运动员抵达的最高点，B 为运动员刚抵达蹦床时的位置，C 为运动员抵达的最低点．不考虑空气阻力和运动员与蹦床作用时的机械能损失，在A 、B 、C 三个位置上运动员的速度分别是v A 、v B 、v C ，机械能分别是E A 、E B 、E C ，则它们的大小关系是( )A ．v A ＞vB ，v B ＞vC B ．v A ＞v B ，v B ＜v C C ．E A ＝E B ，E B ＞E CD ．E A ＞E B ，E B ＝E C【解析】 运动员在最高点A 的速度为零，刚抵达B 位置时的速度不为零，v A ＜v B ，在最低点C 的速度也为零，v B ＞v C ，故A 、B 错；以运动员为研究对象，B →A 机械能守恒，E A ＝E B ，B →C 弹力对运动员做负功，机械能减小，E B ＞E C ，故C 对，D 错．【答案】 C6．(2013届石家庄一中检测)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5－4－14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，并沿斜面下滑到底端，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( )图5－4－14A ．沿着1和2下滑到底端时，物块的速度不同；沿着2和3下滑到底端时，物块的速度相同B ．沿着1下滑到底端时，物块的速度最大C ．沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量是最多的D ．沿着1和2下滑到底端的过程中，产生的热量是一样多的【解析】 由于速度是矢量，所以沿着1、2、3下滑到底端时，物块的速度都不同，A 错；令斜面底边长为l ，与水平地面的夹角为θ，根据动能定理和能量转化有mgl tan θ－μmg cos θ·l cos θ＝12mv 2，产生的热量Q ＝μmg cos θ·lcos θ＝μmgl ，所以，BCD 说法都正确．【答案】 A 7.图5－4－15(2013届扬州模拟)如图5－4－15所示，质量m＝10 kg和M＝20 kg的两物块，叠放在光滑水平面上，其中物块m通过处于水平方向的轻弹簧与竖直墙壁相连，初始时刻，弹簧处于原长状态，弹簧的劲度系数k＝250 N/m.现用水平力F作用在物块M上，使其缓慢地向墙壁移动，当移动40 cm时，两物块间开始相对滑动，在相对滑动前的过程中，下列说法中正确的是( )A．M受到的摩擦力保持不变B．物块m受到的摩擦力对物块m不做功C．推力做的功等于弹簧增加的弹性势能D．开始相对滑动时，推力F的大小等于200 N【解析】取m和M为一整体，由平衡条件可得：F＝kx，隔离m，由平衡条件可得：F f＝kx，可见M缓慢左移过程中，M受的摩擦力在增大，开始滑动时，F f＝kx m＝100 N，故此时推力F为100 N，A、D均错误，m受的摩擦力对m做正功，B错误；系统缓慢移动，动能不变，且又无内能产生，由能量守恒定律可知，推力F做的功全部转化为弹簧的弹性势能，C正确．【答案】 C8.图5－4－16(2013届安师大附中模拟)山东电视台“快乐向前冲”栏目最后一关，选手需要抓住固定在支架上的绳子向上攀登，才可冲上领奖台，如图5－4－16所示．如果某选手刚刚匀速攀爬到绳子顶端时，突然因抓不住绳子而加速滑下，对该过程进行分析(不考虑脚蹬墙壁的作用)，下述说法正确的是( )A．上行时，人受到绳子的拉力与重力和摩擦力平衡B．上行时，绳子拉力对人做的功等于人重力势能的增加C．下滑时，人受到的重力大于摩擦力，加速度小于gD．下滑时，重力势能的减少小于动能的增加，机械能的减少量等于克服摩擦力做的功【解析】人匀速上升时，绳子对人的摩擦力等于人的重力，A错误；人上升过程中，人拉绳子，对自身做功，绳子并不对人做功，B错误；人下滑时，由mg－F f＝ma，可知，F f<mg，a<g，C正确；人下滑时，重力势能的减小量有一部分用于克服摩擦力做功，故其动能的增量一定小于重力势能的减少量．D错误．【答案】 C9.图5－4－17(2013届宿州模拟)2012年伦敦奥运会跳水比赛，在女子单人3米板决赛中，中国选手包揽冠亚军，其中吴敏霞夺得金牌，成就个人大满贯伟业，同时中国队也实现了奥运会该项目的七连冠．如图5－4－17所示，跳水运动员最后踏板的过程可以简化为下述模型：运动员从高处落到处于自然状态的跳板(A位置)上，随跳板一同向下做变速运动到达最低点(B 位置)．对于运动员从开始与跳板接触到运动至最低点的过程，下列说法中正确的是( ) A．运动员到达最低点时，其所受外力的合力为零B．在这个过程中，运动员的动能一直在减小C．在这个过程中，跳板的弹性势能一直在增加D．在这个过程中，运动员所受重力对他做的功等于跳板的作用力对他做的功【解析】运动员到达最低点时，其所受外力方向向上，合力一定大于零，选项A错误；从开始与跳板接触到运动至最低点的过程，运动员的动能先增大后减小，跳板的弹性势能一直在增加，选项B错误，C正确；从开始与跳板接触到运动至最低点的过程，由动能定理可知运动员所受重力对他做的功与跳板的作用力对他做的功之和等于动能的变化，即运动员所受重力对他做的功小于跳板的作用力对他做的功，选项D错误．【答案】 C10.图5－4－18(2013届池州模拟)如图5－4－18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，现用一水平力F 作用在小物块上，小物块与小车之间的摩擦力为f ，经过一段时间小车运动的位移为x ，小物块刚好滑到小车的右端，则下列说法中正确的是( )A ．此时物块的动能为F (x ＋L )B ．此时小车的动能为fxC ．这一过程中，物块和小车增加的机械能为Fx －fLD ．这一过程中，因摩擦而产生的热量为f (L ＋x )【解析】 水平力对物块做功F (x ＋L )，此时物块的动能小于F (x ＋L )，选项A 错误；摩擦力f 对小车做功fx ，由动能定理可知，此时小车的动能为fx .选项B 正确．这一过程中，物块和小车增加的机械能为F (x ＋L )－fL ，选项C 错误．这一过程中，因摩擦而产生的热量为fL ，选项D 错误．【答案】 B二、非选择题(本题共2小题，共30分．计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位．)11．(15分)(2013届黄冈中学检测)如图5－4－19所示，小车A 、小物块B 由绕过轻质定滑轮的细线相连，小车A 放在足够长的水平桌面上，B 、C 两小物块在竖直方向上通过劲度系数为k 的轻质弹簧相连，C 放在水平地面上，现用手控制住A ，并使细线刚刚拉直但无拉力作用，并保证滑轮左侧细线竖直、右侧细线与桌面平行．已知A 、B 、C 的质量均为m ，A 与桌面间的动摩擦因数为0.2，重力加速度为g .弹簧的弹性势能表达式为E ＝12k Δx 2，式中k 是弹簧的劲度系数，Δx 是弹簧的伸长量或压缩量．细线与滑轮之间的摩擦不计．开始时，整个系统处于静止状态，对A 施加一个恒定的水平拉力F 后，A 向右运动至速度最大时，C 恰好离开地面，求：。
2021高三物理人教版一轮学案：第五章 第4讲 功能关系 能量守恒定律 Word版含答案
姓名，年级：时间：第4讲功能关系能量守恒定律ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU知识梳理·自测巩固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__,而且__能量的转化__必须通过做功来实现。
2．能量守恒定律（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__.思考：飞船返回舱进入地球大气层以后，由于它的高速下落,而与空气发生剧烈摩擦,返回舱的表面温度达到1 000摄氏度.(1）进入大气层很长一段时间，返回舱加速下落，返回舱表面温度逐渐升高.该过程动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？(2）返回舱表面温度越高，内能越大.该过程中哪两种形式的能量之间发生转化?机械能和内能的总量变化吗？[答案］(1）动能增加，势能减少，不守恒。
(2)机械能向内能转化，不变。
思维诊断：（1）力对物体做了多少功，物体就有多少能。
（×）(2）物体在速度增大时，其机械能可能在减小。
( √)（3）重力和弹簧弹力之外的力做功的过程是机械能和其他形式能量转化的过程。
（√）（4)一对互为作用力与反作用力的摩擦力做的总功,等于系统增加的内能。
（√）错误!1．（2019·重庆一诊)如图所示，一物块在粗糙斜面上由静止释放，运动到水平面上后停止,则运动过程中，物块与地球组成系统的机械能（ B )A．不变B．减少C．增大D．无法判断［解析] 本题考查摩擦力做功问题.物块在粗糙斜面上由静止释放后，重力与摩擦力对物块做功，其中摩擦力做功是将物块机械能的一部分转化为内能，所以物块与地球组成系统的机械能减少，故A、C、D错误，B正确。
2．(2019·江苏盐城月考)火箭发射回收是航天技术的一大进步.如图所示，火箭在返回地面前的某段运动,可看成先匀速后减速的直线运动，最后撞落在地面上，不计火箭质量的变化，则火箭( C )A．匀速下降过程中，机械能守恒B．减速下降过程中，机械能守恒C．匀速下降过程中，合外力做功为零D．减速下降过程中，合外力做功等于火箭机械能的变化[解析］火箭在下降过程中,空气阻力做负功，其机械能不守恒，A、B错误;匀速下降过程中，合外力为零，则合外力做功为零，C正确；减速下降过程中，合外力做功等于火箭动能的变化，而空气阻力做功等于火箭机械能的变化，D错误。
高考物理一轮总复习第五章第四讲功能关系能量守恒定律课件
C．h＜H3 答案：D
D．H3 ＜h＜23H
2－3. [静摩擦力的功能关系] 如图所示，某同学不慎将圆柱形木塞(木塞的中心有 一小孔)卡于圆柱形金属筒的靠近封闭端的位置，为了拿出木塞，该同学将金属筒 倒立过来(开口端向下)，使其由静止开始沿竖直方向向下做加速运动(加速度值大 于重力加速度值)，此过程中木塞始终相对金属筒静止，当金属筒的速度达到一定 值时，金属筒的开口端撞击到桌面，且其速度立即减为零．
B．W1＝W2，Q1＝Q2 D．W1＝W2，Q1＜Q2
解析：木块 A 从木板 B 左端滑到右端克服摩擦力所做的功 W＝Ffs，因为木板 B 不固定时木板 A 的位移要比木板 B 固定时大，所以 W1＜W2；摩擦产生的热量 Q ＝Ffl 相对，两次都从木块 B 左端滑到右端，相对位移相等，所以 Q1＝Q2，故选 A. 答案：A
2－2. [滑动摩擦力的功能关系] 如图所示，固定在地面上的半圆轨道直径 ab 水
平，质点 P 从 a 点正上方高 H 处自由下落，经过轨道后从 b 点冲出竖直上抛，上
升的最大高度为23H，空气阻力不计，当质点下落再经过轨道 a 点冲出时，能上升
的最大高度 h 为( ) A．h＝23H
B．h＝H3
[易错提醒] 根据功能关系可知，重力对物体做负功时重力势能增加．升降机由静止开始加速 上升高度 h 的过程中，学生会想当然地认为 B 也上升了 h，学生忽略了和 B 相连 的有一个弹簧，在这个过程中弹簧形变有可能发生变化．本题必须结合运动状态 对 B 进行受力分析，即物块 B 开始受重力、支持力、弹簧的弹力处于平衡状态， 当具有向上的加速度时，合力向上，弹簧弹力和支持力在竖直方向上的合力大于 重力，所以弹簧的弹力增大，物块 B 相对于斜面向下运动，物块 B 上升的高度小 于 h.本题学生如果没有对 B 进行受力分析的话，易错选 A.
高考物理一轮复习限时训练：5-4 功能关系《能量守恒定律》.pdf
[限时训练] [限时45分钟，满分100分]一、选择题(每小题6分，共60分)如图5－4－14所示，质量为m的跳高运动员先后用背越式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度，该高度比他起跳时的重心高出h，则 图5－4－14都必须大于mgh都不一定大于mgh用背越式不一定大于mgh，用跨越式必须大于mgh用背越式必须大于mgh，用跨越式不一定大于mgh解析 用背越式跳高时，其重心升高的高度可小于h，但用跨越式跳高时，其重心升高的高度一定大于h，故正确，A、B、D均错误．答案 2．滑板是现在非常流行的一种运动，如图5－4－15所示，一滑板运动员以7 的初速度从曲面的A点下滑，运动到B点时速度仍为7 ，若他以6 的初速度仍由A点下滑，则他运动到B点时的速度图5－4－15大于6 ．等于6 小于6 条件不足，无法计算解析 当初速度为7 时，由功能关摩擦力做的功等于减少的重力势能．当初速度变为6 时，运动员对轨道的压力变小，由F＝μF知运动员所受的摩擦力减小，故从A到B过程中克服摩擦力做的功减少，而重力势能变化量不变，故运动员在B点的动能大于他在A点的动能，正确．答案 3．如图5－4－16所示，一轻弹簧的左端固定，现对小球施加一个方向水平向右的恒力F，使小球从静止开始运动，则小球在向右运动的整个过程中图5－4－16小球和弹簧组成的系统机械能守恒小球和弹簧组成的系统机械能逐渐增大小球的动能逐渐增大小球的动能先增大然后减小解析 小球在向右运动的整个过程中，力F做正功，由功能关系知小球和弹簧组成的系统机械能逐渐增大，选项错误、正确；弹力一直增大，当弹力大小等于F时，小球的速度最大，动能最大，当弹力大于FC错误、正确．答案 4．如图5－4－17所示，足够长的传送带以恒定速率顺时针运行，将一个物体轻轻放在传送带底端，第一阶段物体被加速到与传送带具有相同的速度，第二阶段与传送带相对静止，匀速运动到达传送带顶端．下列说法正确的是第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶图5－4－17B．第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加第一阶段物体和传送带间的摩擦生热等于第一阶段物体机械能的增加物体从底端到顶端全过程机械能的增加等于全过程物体与传送带间的摩擦生热解析 第一阶段为滑动摩擦力做功，第二阶段为静摩擦力做功，两个阶段摩擦力方向都跟物体运动方向相同，所以摩擦力都做正功，选项错误；由功能关系可知，第一阶段摩擦力对物体做的功(除重力之外的力所做的功)等于物体机械能的增加，即＝W阻＝F阻Q＝F阻相时，又由于l传送带＝vt，l物＝，所以l物＝l相对＝传送带，即Q＝，选项正确、B错误；第二阶段没有摩擦生热，但物体的机械能继续增加，结合选项C可以判断选项D错误．答案 5．(2014·沈阳二中测试)如图5－4－18所示，轻质弹簧的一端与固定的竖直板P拴接，另一端与物体A相连，物体A静止于光滑水平桌面上，右端接一细线，细线绕过光滑的定滑轮与物体B相连．开始时用手托住B，让细线恰好伸直，然后由静止释放B，直至B获得最大速度．下列有关该过程的分析正确的是物体的机械能一直减小图5－4－18物体的动能的增加量等于它所受重力与拉力做的功之和物体机械能的减少量等于弹簧的弹性势能的增加量细线拉力对A做的功等于A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量解析 把A、B和弹簧看做一个系统，机械能守恒，在B下落直至B获得最大速度过程中，A的动能增大，弹簧弹性势能增大，所以B物体的机械能一直减小，选项正确；由动能定理，B物体的动能的增加量等于它所受重力与拉力做的功之和，选项正确；B物体机械能的减少量等于弹簧的弹性势能的增加量与A的动能的增加量之和，选项错误；对A和弹簧组成的系统，由功能关系，细线拉力对A做的功等于A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量，选项正确．答案 (2014·苏州模拟)如图5－4－19甲所示，在倾角为θ的光滑斜面上，有一个质量为m的物体在沿斜面方向的力F的作用下由静止开始运动，物体的机械能E随位移x的变化关系如图乙所示．其中0～x过程的图线是曲线，x～x过程的图线为平行于x轴的直线，则下列说法中正确的是 图5－4－19物体在沿斜面向下运动在0～x过程中，物体的加速度一直减小在0～x过程中，物体先减速再匀速在x～x过程中，物体的加速度为g解析 由图乙可知，在0～x过程中，物体机械能减少，故力F在此过程中做负功，因此，物体沿斜面向下运动．因在E－x图线中的0～x阶段，图线的斜率变小，故力F在此过程中逐渐减小，由mg－F＝ma可知，物体的加速度逐渐增大，正确，、C错误；x～x过程中，物体机械能保持不变，F＝0，故此过程中物体的加速度gsin θ，正确．答案 7．(2014·中山模拟)如图5－4－20所示，A、B两物体用一根跨过定滑轮的细绳相连，置于固定斜面体的两个斜面上的相同高度处，且都处于静止状态，两斜面的倾角分别为α和β，若不计摩擦，剪断细绳后，下列关于两物体说法中正确的是图5－4－20两物体着地时B．两物体着地时的动能相同两物体着地时的速率相同两物体着地时的机械能相同解析 由剪断细绳前两物体平衡可得：m＝mn β，由机械能守恒得：mgH＝，可知两物体着地时的速度v＝，故它们的速度大小相同，但因物体质量不同，故两物体着地时的动能和机械能均不同，、D错误，C正确；由P＝m，P＝m可知，两物体着地时，所受重力的功率相同，正确．答案 8．如图5－4－21所示，某段滑雪雪道倾角为30，总质量为m(包括雪具在内)的滑雪运动员从距底端高为h处的雪道上由静止开始匀加速下滑，加速度为在他从上向下滑到底端的过程中，下列说法正确的是运动员减少的重力势能全部转化为动能图5－4－21运动员获得的动能为运动员克服摩擦力做功为下滑过程中系统减少的机械能为解析 运动员的加速度为，沿斜面：mg－f＝m·，f＝，W＝＝，所以、C项错误，项正确；E＝mgh－＝，项错误．答案 (2014·衡水期末)足够长的粗糙斜面上，用力推着一物体沿斜面向上运动，t＝0时撤去推力，0～6 内速度随时间的变化情况如图5－4－22所示，由图象可知 图5－4－22～1 s内重力的平均功率大小与1～6 s内重力平均功率大小之比为5∶1～1 s内摩擦力的平均功率大小与1～6 s内摩擦力平均功率大小之比为1∶1～1 s内位移大小与1～6 s内位移大小之比为1∶5～1 s内机械能变化量大小与1～6 s内机械能变化量大小之比为1∶5解析 0～1 内物体沿斜面向上位移为5 m，平均速度为5 m/s；1～6 s内物体沿斜面向下位移为25 m，平均速度为5 m/s；0～1 s内位移大小与1～6 s内位移大小之比为1∶5，0～1 s内重力的平均功率大小与1～6 s内重力平均功率大小之比为1∶1，A错误、C正确；0～1 s内摩擦力大小与1～6 s内摩擦力大小相等，0～1 s内摩擦力的平均功率大小与1～内摩擦力平均功率大小之比为1∶1，选项B正确；0～1 s内机械能变化量大小与1～内机械能变化量大小之比为1∶5，选项D正确．答案 10．(2014·襄阳调研)如图5－4－23所示，质量为m的滑块从斜面底端以平v0冲上固定斜面，沿斜面上升的最大高度为h.已知斜面倾角为α，斜面与滑块间的动摩擦因数为μ，且μ<最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取斜面底端为零势能面，则能表示滑块在斜面上运动的图5－4－23机械能E、动能E、势能E与上升高度h之间关系的图象是 解析 势能先随高度增加而变大，后随高度减小而变小，上行与下行图线重合为一条第一象限内过原点的倾斜线段，选项错误；机械能变化参考摩擦力做功，上行和下行过程中摩擦力随B选项错误；动能变化参考合外力做功，上行过程的合外力大于下行过程的合外力，且合外力在运动过程中大小恒定，随高度变化均匀做功，D选项正确、C选项错误．答案 二、计算题(共40分)(20分)如图5－4－24所示，光滑半圆弧轨道半径为R，OA为水平半径，BC为竖直直径．一质量为m的小物块自A处以某C点相切的粗糙水平滑道CM上．在水平滑道上有一轻弹簧，其一端固定在竖直墙上，另一端恰位于滑道的末端C点(此时弹簧处图5－4－24于自然状态)．若物块运动过程中弹簧最大弹性势能为E，且物块被弹簧反弹后恰能通过B点．已知物块与水平滑道间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，求：(1)物块离开弹簧刚进入半圆轨道时对轨道的压力F的大小；(2)弹簧的最大压缩量d；(3)物块从A处开始下滑时初速度v的大小．解析 (1)由题意可知，物块在B点满足：mg＝m，物块由C点到B点机械能守恒：mv＝mg·2R＋mv. 在C点：F－mg＝m，由以上三式联立可得F＝6 mg，由牛顿第三定律可知，物块对轨道最低点的压力F＝F＝6mg.(2)由能量守恒定律可得：E＝μmgd＋，解得：＝－(3)对物块由A点下滑到弹簧达最大压缩量的过程应用能量守恒定律可得：＋mgR＝E＋μmgd解得：v＝ 答案 (1)6 mg (2)－ (3) 12．(20分)2014·四川省名校模拟)长度为L＝8 的水平传送带以速度v＝5 顺时针匀速转动，将质量为m＝1 的小物块轻放在距传送带左端O点2 处的P点，小物块随传送带运动到传送带的右端A点后，冲上光滑斜面，斜面倾角为30，到达B点速度减为零，已知小物块与传送带间的动摩擦因数为0.5，重力加速度g＝10 ，不计小物块经过A点时的机械能损失．求：图5－4－25(1)B点距斜面底端的竖直高度h；(2)从开始至小物块滑到B点的时间；(3)若小C点，C点距斜面底端的竖直高度h＝0.5 ，求这些位置距O点的距离范围．解析 (1)设物块在传送带上运动x距离后与传送带共速，由动能定理得：μmgx＝mv解得：x＝2.5 (8－2)故物块滑上斜面前已与传送带共速，由功能关系：μmgx＝mgh解得：h＝1.25 (2)物块在传送带上加速运动时μmg＝ma，v＝a，解得：t＝1 此后物块匀速运动L－x－2 ＝v，解得：t＝0.7 沿斜面上滑过程＝，解得：t＝1 故物块滑到B点的时间为t＝t＋t＋t＝2.7 (3)设物块通过C点需在传送带上加速x的距离，则解得：x故小物块释放点距O点的距离d＝L－x答案 (1)1.25 (2)2.7 s (3)d<7。
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一、功能关系
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．
1．力对物体做了多少功，物体就有多少能量．(×)
2．功就是能，能就是功．(×)
3．滑动摩擦力做功时，一定会引起能量的转化．(√)
4．能量在转化或转移的过程中，其总量有可能增加，也可能减小．(×)
5．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．(×)
1．(2017·鞍山模拟)如图所示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()
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。