2019版高考物理创新大一轮复习浙江专版课件:第五章 机械能守恒定律 第4课时

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第4课时 能量守恒定律与能源
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.能源
3.能量耗散 (1)定义:在能量的转化过程中,一部分能量转化为内能流散到 周围环境中,我们无法把这些内能收集起来重新利用,这种现 象叫做能量的耗散。 (2)能量耗散带来的问题:一是可利用的能源越来越少,造成能 源危机;二是使环境吸收的耗散能量越来越多,造成环境污染, 温度升高。
为机械能,所以B正确。
答案 B
3.质量为 m 的物体由静止开始下落,由于空气阻力影响,物体下 落的加速度为45g,在物体下落高度为 h 的过程中,下列说法正 确的是( ) A.物体的动能增加了45mgh B.物体的机械能减少了45mgh C.物体克服阻力所做的功为45mgh D.物体的重力势能减少了45mgh
4.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=___Δ_E_增___。
【思考判断】 1.物体在速度增大时,其机械能可能在减小( √ ) 2.摩擦力在做功时,机械能一定会发生转化( × ) 3.力对物体做了多少功,物体就具有多少能( × ) 4.能量在转移或转化过程中,其总量会不断减少( × ) 5.在物体的机械能减少的过程中,动能有可能是增大的( √ ) 6.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
B.6 m2
C.8 m2
) D.12 m2
解析 以太阳为球心,以太阳到地球的距离为半径的球的表面积
S = 4 π d2 , 太 阳 辐 射 到 该 单 位 面 积 上 的 功 率 为 P′ =
P太×(1S-40%)。设电池板的面积为 S′,由能量守恒得15P 机=
P′×15%×S′。解以上各式得
S′
关键, 具体分析如下:
选项
内容指向、联系分析
结论
动能定理,货物动能的增加量等于货物所受合外力
A
错误
做的功mah
功能关系,货物机械能的增量等于除重力以外的力
B
错误
做的功而不等于合外力做的功
功能关系,重力势能的增量等于货物克服重力做的
C
错误
功mgh
功能关系,货物机械能的增量等于起重机拉力做的
D
正确
功m(g+a)h
2.出行是人们工作生活中必不可少的环节,出行的工具五花八门,
使用的能源也各不相同。自行车、电动自行车、普通汽车消耗
能量的类型分别是( )
①生物能 ②核能 ③电能 ④太阳能 ⑤化学能
A.①④⑤
B.①③⑤
C.①②③
D.①③④
解析 人骑自行车是将生物能转化为机械能;电动自行车是将
蓄电池的电能转化为机械能;普通汽车是将汽油的化学能转化
[典例剖析] 【例1】 (2017·温州模拟)蹦极是一项既惊险又刺激的运动,深受
年轻人的喜爱。如图所示,蹦极者从P点由静止跳下,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( )
用电冰箱来降低房间的温度。他的办法是:关
好房间的门窗,然后打开冰箱的所有门让冰箱运转,且不考虑 房间内外热量的传递。则开机后,室内的温度将( ) A.升高 B.保持不变 C.开机时降低,停机时升高 D.开机时升高,停机时降低 解析 电冰箱的压缩机运行时,一部分电能转化为内能,室 内的温度将升高。 答案 A
【例2】 如图所示,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。(不计空气 阻力)试求:
答案 A
考点二 能量守恒定律(c/d)
[要点突破] 1.对能量守恒定律的理解
(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。这也是我们列能量守恒定律方程 式的两条基本思路。
2.能量守恒定律解题思路
端,使物体获得动能,关于人体消耗的化学能,下面说法正确 的是( )
A.人体消耗的化学能等于物体动能 B.人体消耗的化学能等于物体增加的重力势能 C.人体消耗的化学能等于物体增加的机械能 D.人体消耗的化学能大于物体增加的机械能
解析 物体上升过程中,动能和重力势能增加,同时由于摩擦生 热,人体消耗的化学能等于物体机械能的增量与系统增加的内能 之和,故选项D正确。 答案 D
Q=12mv2B- 12mv2C-mg·2R
解得 Q=mgR。
答案
7 (1)2mgR
(2)mgR
【例3】 如图所示,一水平方向的传送带以恒定的速度v=2 m/s 沿顺时针方向匀速转动,传送带右端固定着一光滑的四分之一 圆弧面轨道,并与弧面下端相切。一质量m=1 kg的物体自圆 弧面轨道的最高点静止滑下,圆弧轨道的半径R=0.45 m,物 体与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.2,不计物体滑过曲面与 传送带交接处时的能量损失,传送带足够长,g=10 m/s2,求:
A.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+ΔE2 D.ΔE1+ΔE2=W 解析 蹦极者从P到A及从A到B的运动过程中,由于有空气阻力 做功,所以机械能减少,选项A、B错误;整个过程中重力势能 的减少量等于绳的弹性势能增加量和克服空气阻力做功之和,即 ΔE1=W+ΔE2,选项C正确,选项D错误。 答案 C
ΔE 内=FfΔx=μmg(x′-x)cos 30°=60 J 电动机多消耗的电能为ΔE=ΔEk+ΔEp+ΔE 内=280 J。 答案 280 J
1.(如图)蹦床是青少年喜欢的一种体育活动,蹦床边框用弹簧固 定有弹性网角,运动员从最高点落下直至最低点的过程中,空 气阻力大小恒定,则运动员( )
A.刚接触网面时,动能最大 B.机械能一直减少 C.重力势能的减少量等于弹性势能的增加量 D.重力做功等于克服空气阻力做功
解析 下落阶段,物体受重力和空气阻力,由动能定理 W=
ΔEk,即 mgh-Ff h=ΔEk,Ff=mg-45mg=15mg,可求ΔEk =45mgh,选项 A 正确;机械能减少量等于克服阻力所做的功 W=Ff h=15mgh,选项 B、C 错误;重力势能的减少量等于重 力做的功ΔEp=mgh,选项 D 错误。
答案 (1)3.125 s (2)-2.5 J 12.5 J
【方法总结】 用能量观点分析传送带问题 传送带模型因初始条件,滑块的运动规律各不相同,但总体而言 可以从力和运动及能量转化观点分析。主要可分为两类: (1)在水平传送带模型中,摩擦力对滑块所做的功与滑块动能增量 相等;系统的摩擦热产生在滑块与传送带相对滑行阶段。 (2)在倾斜传送带模型中,摩擦力和重力对滑块做功的代数和等 于滑块动能的增量。
解析 当运动员受到的弹力、阻力、重力三力的合力为零时加速 度为零,动能最大,A错误;在此过程中除重力外,运动员受到 的弹力和阻力一起做负功,所以运动员的机械能减小,B正确; 全过程由功能关系知mgh=W阻+Ep弹,所以C、D错误。 答案 B
解析 设工件向上运动距离 x 时,速度达到传送带的速度 v, 由动能定理可知-mgxsin 30°+μmgxcos 30°=12mv2 代入数据,解得 x=0.8 m,说明工件未到达平台时,速度已达到 v,所以工件动能的增量为ΔEk=12mv2=20 J 到达平台时,工件重力势能增量为ΔEp=mgh=200 J 在工件加速运动过程中,工件的平均速度为v-=v2 因此工件的位移是传送带运动距离 x′的12,即 x′=2x=1.6 m。 由于滑动摩擦力做功而增加的内能为
(1)物体从第一次滑上传送带到离开传送带经历的时间; (2)物体从第一次滑上传送带到离开传送带的过程中,传送带对 物体做的功及由于摩擦产生的热量。
解析 (1)沿圆弧轨道下滑过程中机械能守恒,设物体滑上传送带
时的速度为 v1,则 mgR=12mv21,得 v1=3 m/s
物体在传送带上运动的加速度 a=μmmg=μg=2 m/s2
(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 vB,所受弹力为 FNB,则有 FNB -mg=mvR2B
又 FNB=8mg
由能量转化与守恒可知:弹性势能 Ep=12mv2B=72mgR。 (2)设物体在 C 点的速度为 vC,由题意可知 mg=mvR2C 物体由 B 点运动到 C 点的过程中,由能量守恒得
约有 40%的能量损耗,某太阳能汽车所用太阳能电池板接收到
的太阳能转化为机械能的转化效率约为 15%。若驱动该太阳能
汽车正常行驶所需的机械功率为 5 kW,且其中的15来自于太阳 能电池板,则所需的太阳能电池板的面积至少约为(已知半径为
r 的球体积为 V=43πr3,球表面积为 S=4πr2)(
A.2 m2

15×P机×4πd2 P太×(1-40%)×15%

8 m2。
答案 C
3.如图所示,一传送皮带与水平面夹角为 30°,以 2 m/s 的恒定 速度顺时针运行。现将一质量为 10 kg 的工件轻放于底端,经
一段时间送到高 2 m 的平台上,工件与皮带间的动摩擦因数μ
= 23,求带动皮带的电动机由于传送工件多消耗的电能。(取 g =10 m/s2)
一部分转化为电能,水的机械能减少,水又顺着水渠流动,回到
瀑布上方,机械能又变为原来的值,这违背了能量守恒定律,选
项D正确。
答案 D
2.太阳能汽车是利用太阳能电池板将太阳能转化为电能工作的一
种新型汽车。已知太阳辐射的总功率约为 4×1026 W,太阳到
地球的距离为 1.5×1011 m,假设太阳光传播到达地面的过程中
【例2】 已知货物的质量为m,在某段时间内起重机将货物以加 速度a加速提升h,则在这段时间内叙述正确的是(重力加速度 为g)( ) A.货物的动能一定增加mah-mgh B.货物的机械能一定增加mah C.货物的重力势能一定增加mah D.货物的机械能一定增加mah+mgh
解析 准确把握功和对应能量变化之间的关系是解答此类问题的
物体在传送带上向左运动的时间 t1=va1=1.5 s 向左滑动的最大距离 x=2va21=2.25 m
物体向右运动速度达到 v 时,已向右移动的距离 x1=2va2=1 m 所用时间 t2=va=1 s,匀速运动的时间 t3=x-vx1=0.625 s 所以 t=t1+t2+t3=3.125 s。 (2)根据动能定理,传送带对物体做的功 W=12mv2-12mv21=-2.5 J, 物体相对传送带滑过的位移Δx=v-2-2va21+v(t1+t2)=6.25 m, 由于摩擦产生的热量 Q=μmg·Δx=12.5 J
(×) 7.节约可利用能源的目的是为了减少污染排放( × ) 8.滑动摩擦力做功时,一定会引起机械能的转化( √ ) 9.一个物体的能量增加,必定有别的物体能量减少( √ )
考点一 功能关系 能源(c/d) [要点突破]
功和能的关系如下:
[典例剖析] 【例1】 如图所示,人用平行于粗糙斜面的力将物体拉至斜面顶
[针对训练] 1.(2015·浙江10月学考)画作《瀑布》如图所示。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( )
A.库仑定律
B.欧姆定律
C.电荷守恒定律 D.能量守恒定律
解析 水从高处倾泻而下,推动水轮机发电,水减少的重力势能
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