2017届高考物理一轮复习专题六机械能及其守恒定律考点四功能关系能量守恒定律教学案含解析1226282

考点四功能关系能量守恒定律

基础点

知识点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。

3．几种常见力的功与能量转化的关系

(1)重力做功：重力势能和其他能相互转化。

(2)弹簧弹力做功：弹性势能和其他能相互转化。

(3)滑动摩擦力做功：机械能转化为内能。

(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。

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

(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。

重难点

一、功能关系

1．能的概念：一个物体能够对外做功，这个物体就具有能量。

2．功能原理：除重力、系统内弹力以外，其他所有外力对物体所做的功等于物体机械能的变化，即功能原理。数学表达式W其他＝ΔE。

3．对功能关系的进一步理解

(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，一是体现到不同的力做功，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。

4．几种常见的功能关系及其表达式

特别提醒

(1)做功的过程就是能量转化的过程，但“功”并不是“能”，它仅仅是实现能量转化的途径。功是过程量，能是状态量。不能说“功就是能”，也不能说“功变成能”。

(2)电场能、磁场能、内能、电能都不是机械能，他们是不同形式的能量。

(3)在应用功能关系时应注意是什么力做功及对“谁”做功，对“谁”做功就引起“谁”的“相应”能量变化。

二、能量守恒

1．能量守恒的意义

能量守恒定律是最基本、最普遍、最重要的自然规律之一，它揭示了自然界中各种运动形式不仅具有多样性，而且具有统一性。它指出了能量既不能无中生有，也不能消失，只能在一定条件下相互转化或转移。

2．对能量守恒定律的两点理解

(1)某种形式的能量减少，一定有另外形式的能量增加，且减少量和增加量相等，即ΔE

E增。

减＝Δ

(2)某个物体的能量减少，一定有别的物体的能量增加，且减少量和增加量相等，即ΔE A

E B增。

减＝Δ

3．应用能量守恒定律解题的步骤

(1)分清有多少形式的能[如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等]在变化。

(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。

特别提醒

能量守恒定律是普适定律，没有条件限制，任何情况都成立，是人们认识自然的基本规律。

三、摩擦力做功与能量的关系

1．摩擦生热的两个角度

(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，其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量。

2．摩擦力做功的特点

(1)静摩擦力做功特点

①单个静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。

②相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总为零，即W1＋W2＝0。

③在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移(静摩擦力起着传递机械能的作用)，而没有机械能转化为其他形式的能。

(2)滑动摩擦力做功特点

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：a.机械能全部转化为内能；b.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 s相对。其中s相对为相互摩擦的两个物体间的相对路程。

3．两种摩擦力做功情况比较

续表

特别提醒

(1)相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做功的代数和总为负值，其绝对值恰等于滑动摩擦力与相对路程的乘积，即恰等于系统因摩擦而损失的机械能。(W1＋W2＝－Q，其中Q 就是在摩擦过程中产生的内能)

(2)一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化和转移的情况：一是相互摩擦的物体之

间机械能的转移；二是机械能转化为内能，转化为内能的数值等于滑动摩擦力与相对路程的

乘积，即Q＝F f l相。

1．思维辨析

(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。( )

(4)能量在转化或转移的过程中，其总量会不断减少。( )

(5)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。( )

(6)滑动摩擦力做功时，一定会引起能量的转化。( )

(7)物体在速度增大时，其机械能可能在减小。( )

(8)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。( )

(9)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。( )

答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√(7)√(8)√(9)√

2．自然现象中蕴藏着许多物理知识，如图所示为一个盛水袋，某人从侧面缓慢推袋壁使它变形，则水的势能 ( )

A．增大B．变小

C．不变D．不能确定

答案 A

解析人缓慢推水袋，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．轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m＝0.5 kg的物块相连，如图甲所示。弹簧处于原长状态，物块静止且与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2。以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴。现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图乙所示。物块运动至x＝0.4 m处时速度为零。则此时弹簧的弹性势能为(g取10 m/s2) ( )