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1、第第4课时功能关系、能量转化和守恒定律课时功能关系、能量转化和守恒定律【导导学学目目标标】1.掌掌握握功功和和能能的的关关系系，特特别别是是合合力力功功、重重力力功功、弹弹力力功功以以及及除除重重力力、弹弹力力外外其其他他力力的的功功分分别别所所对对应应的的能能量量转化关系转化关系.2.理解能量守恒定律，并能分析解决有关问题理解能量守恒定律，并能分析解决有关问题知识梳理知识梳理1能能的的概概念念：一一个个物物体体能能对对外外做做功功，这这个个物物体体就就具具有有能能量量2功能关系功能关系(1)功功 是是 _的的 量量 度度，即即 做做 了了 多多 少少 功功 就就 有有_发生了转化发生了转化(
2、2)做做 功功 的的 过过 程程 一一 定定 伴伴 随随 着着 _，而而 且且_必通过做功或热传递来实现必通过做功或热传递来实现能量转化能量转化多少能量多少能量能量的转化能量的转化能量的转化能量的转化3功与对应能量的变化关系功与对应能量的变化关系功功能量的变化能量的变化 合外力做正功合外力做正功_增加增加重力做正功重力做正功_减少减少弹簧弹力做正功弹簧弹力做正功_减少减少电场力做正功电场力做正功_减少减少其他力其他力(除重力、弹力外除重力、弹力外)做正做正功功_增加增加动能动能重力势能重力势能弹性势能弹性势能电势能电势能机械能机械能二、能量转化与守恒定律二、能量转化与守恒定律基础导引基础导引说
3、说明明下下列列有有关关能能量量转转化化的的问问题题中中，分分别别是是什什么么能能向向什什么么能能的转化的转化(1)列车刹车时由运动变为静止列车刹车时由运动变为静止(2)太阳能电池发电太阳能电池发电(3)风力发电风力发电(4)潮汐发电潮汐发电(5)太阳能热水器工作时太阳能热水器工作时(6)汽车由静止启动汽车由静止启动【答答案案】(1)动动能能内内能能(2)太太阳阳能能电电能能(3)风风能能(空空气气动动能能)电电能能(4)水水的的势势能能电电能能(5)太太阳阳能能内内能能(6)化学能化学能动能动能知识梳理知识梳理1内内容容：能能量量既既不不会会_，也也不不会会凭凭空空消消失失，它它只只能能从从一
4、一种种形形式式_为为另另一一种种形形式式，或或者者从从一一个个物物体体_到到另另一一个个物物体体，在在转转化化或或转转移移的的过过程程中中其其总总量量_2表达式：表达式：E减减_.凭空产生凭空产生转化转化转移转移保持不变保持不变E增增【答答案案】利利用用能能源源的的过过程程，实实质质上上就就是是能能量量转转化化和和转转移移的的过过程程在在能能源源利利用用过过程程中中，流流散散到到周周围围环环境境中中的的内内能能无无法法收收集集重重新新利利用用，这这种种现现象象称称为为能能量量耗耗散散能能量量耗耗散散表表明明，宏宏观观利利用用能能源源的的过过程程具具有有方方向向性性，虽虽然然能能量量并并没没有有
5、减减少少，但但在在可可以以利利用用的品质上降低了，从便于使用到不便于使用的品质上降低了，从便于使用到不便于使用【考点解读考点解读】1搞搞清清力力对对“谁谁”做做功功：对对“谁谁”做做功功就就对对应应“谁谁”的的位移，引起位移，引起“谁谁”的能量变化的能量变化如如子子弹弹物物块块模模型型中中，摩摩擦擦力力对对子子弹弹的的功功必必须须用用子子弹弹的的位位移移去求解，这个功引起子弹动能的变化去求解，这个功引起子弹动能的变化考点一功能关系的应用考点一功能关系的应用2搞清不同的力做功对应不同形式的能的改变搞清不同的力做功对应不同形式的能的改变不同的力做功不同的力做功对应不同形对应不同形式能的变化式能的变
6、化定量的关系定量的关系合外力的功合外力的功(所有外力的功所有外力的功)动能变化动能变化合外力对物体做功等于物体动合外力对物体做功等于物体动能的增量能的增量W合合Ek2Ek1重力的功重力的功重力势重力势能变化能变化重力做正功，重力势能减少；重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加重力做负功，重力势能增加WGEpEp1Ep2弹簧弹弹簧弹力的功力的功弹性势弹性势能变化能变化弹力做正功，弹性势能减少；弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加弹力做负功，弹性势能增加W弹弹EpEp1Ep2只有重力、弹簧只有重力、弹簧弹力的功弹力的功不引起机械不引起机械能变化能变化机械能守恒机械能守恒E
7、0不同的不同的力做功力做功对应不同形对应不同形式能的变化式能的变化定量的关系定量的关系除重力和弹除重力和弹力之外的力力之外的力做的功做的功W机械能变化机械能变化除重力和弹力之外的力做多少正功，除重力和弹力之外的力做多少正功，物体的机械能就增加多少；除重力物体的机械能就增加多少；除重力和弹力之外的力做多少负功，物体和弹力之外的力做多少负功，物体的机械能就减少多少的机械能就减少多少WE电场力的功电场力的功电势能变化电势能变化电场力做正功，电势能减少；电场电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加力做负功，电势能增加W电电Ep一对滑动摩一对滑动摩擦力的总功擦力的总功内能变化内能变化作用于系统
8、的一对滑动摩擦力一定作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加做负功，系统内能增加Qfs相对相对【典例剖析典例剖析】例例1(2014烟烟台台测测试试)升升降降机机底底板板上上放放一一质质量量为为100 kg 的的物物体体，物物体体随随升升降降机机由由静静止止开开始始竖竖直直向向上上移移动动5 m时时速速度度达达到到4 m/s，则此过程中，则此过程中(g取取10 m/s2)()A升降机对物体做功升降机对物体做功5 800 JB合外力对物体做功合外力对物体做功5 800 JC物体的重力势能增加物体的重力势能增加500 JD物体的机械能增加物体的机械能增加800 J答案答案A方法提炼方法提炼
9、直接判断法解答选择题直接判断法解答选择题对对于于考考查查概概念念或或规规律律理理解解的的选选择择题题，一一般般可可用用直直接接判判断断的的方方法法进进行行选选择择，但但这这应应建建立立在在对对概概念念和和规规律律正正确确理理解解的的基基础础上上，否否则则就就会会把把握握不不准准针针对对本本题题，要要正正确确解解答答，就就要要对对各各种种功功能能关系熟记于心力学范围内，应牢固掌握以下三条功能关系：关系熟记于心力学范围内，应牢固掌握以下三条功能关系：(1)重重力力的的功功等等于于重重力力势势能能的的变变化化，弹弹力力的的功功等等于于弹弹性性势势能的变化；能的变化；(2)合外力的功等于动能的变化；合
10、外力的功等于动能的变化；(3)除重力、弹力外，其他力的功等于机械能的变化除重力、弹力外，其他力的功等于机械能的变化运运用用功功能能关关系系解解题题时时，应应弄弄清清楚楚重重力力做做什什么么功功，合合外外力力做做什什么么功功，除除重重力力、弹弹力力外外的的力力做做什什么么功功，从从而而判判断断重重力力势势能能或或弹性势能、动能、机械能的变化弹性势能、动能、机械能的变化跟跟踪踪训训练练1(2015琼琼海海模模拟拟)短短跑跑比比赛赛时时，运运动动员员采采用用蹲蹲踞踞式式起起跑跑，在在发发令令枪枪响响后后，左左脚脚迅迅速速蹬蹬离离起起跑跑器器，在在向向前前加加速速的的同同时时提提升升身身体体重重心心，
11、示示意意图图如如图图2.假假设设质质量量为为m的的运运动动员员，在在起起跑跑时时前前进进距距离离s内内，重重心心升升高高h，获获得得的的速速度度为为v，阻阻力力做做功为功为W阻阻，则在此过程中，则在此过程中()图图2【答案】【答案】BD【考点解读考点解读】列能量守恒定律方程的两条基本思路：列能量守恒定律方程的两条基本思路：(1)某某种种形形式式的的能能减减少少，一一定定存存在在其其他他形形式式的的能能增增加加，且且减少量和增加量一定相等；减少量和增加量一定相等；(2)某某个个物物体体的的能能量量减减少少，一一定定存存在在其其他他物物体体的的能能量量增增加加且减少量和增加量一定相等且减少量和增加
12、量一定相等考点二对能量守恒定律的理解和应用考点二对能量守恒定律的理解和应用【典例剖析典例剖析】例例2如如图图3所所示示，光光滑滑坡坡道道顶顶端端距距水水平平面面高高度度为为h，质质量量为为m的的小小物物块块A从从坡坡道道顶顶端端由由静静止止滑滑下下，进进入入水水平平面面上上的的滑滑道道时时无无机机械械能能损损失失为为使使A制制动动，将将轻轻弹弹簧簧的的一一端端固固定定在在水水平平滑滑道道延延长长线线M处处的的墙墙上上，另另一一端端恰恰位位于于坡坡道道的的底底端端O点点已已知知在在OM段段，物物块块A与与水水平平面面间间的的动动摩摩擦擦因因数数均均为为，其其余余各各处处的的摩摩擦不计，重力加速度
13、为擦不计，重力加速度为g，求：，求：图图3(1)物块滑到物块滑到O点时的速度大小；点时的速度大小；(2)弹弹簧簧为为最最大大压压缩缩量量d时时的的弹弹性性势势能能(设设弹弹簧簧处处于于原原长长时时弹性势能为零弹性势能为零)；(3)若若物物块块A能能够够被被弹弹回回到到坡坡道道上上，则则它它能能够够上上升升的的最最大大高高度是多少？度是多少？方法提炼方法提炼应用能量守恒定律解题的步骤应用能量守恒定律解题的步骤1分分清清有有多多少少形形式式的的能能如如动动能能、势势能能(包包括括重重力力势势能能、弹性势能、电势能弹性势能、电势能)、内能等、内能等在变化；在变化；2明明确确哪哪种种形形式式的的能能量
14、量增增加加，哪哪种种形形式式的的能能量量减减少少，并并且列出减少的能量且列出减少的能量E减减和增加的能量和增加的能量E增增的表达式；的表达式；3列出能量守恒关系式：列出能量守恒关系式：E减减 E增增特特别别提提醒醒1.应应用用能能量量守守恒恒定定律律解解决决有有关关问问题题，要要分分析析所所有参与变化的能量有参与变化的能量2高高考考考考查查该该类类问问题题，常常综综合合平平抛抛运运动动、圆圆周周运运动动以以及及电磁学等知识考查判断、推理及综合分析能力电磁学等知识考查判断、推理及综合分析能力跟跟踪踪训训练练2如如图图4所所示示，A、B、C质质量量分分别别为为mA0.7 kg，mB0.2 kg，m
15、C0.1 kg，B为为套套在在细细绳绳上上的的圆圆环环，A与与水水平平桌桌面面的的动动摩摩擦擦因因数数0.2，另另一一圆圆环环D固固定定在在桌桌边边，离离地地面面高高h20.3 m当当B、C从从静静止止下下降降h10.3 m后后，C穿穿环环而而过过，B被被D挡挡住住，不不计计绳绳子子质质量量和和滑滑轮轮的的摩摩擦擦，取取g10 m/s2，若若开开始始时时A离桌边足够远试求：离桌边足够远试求：图图4(1)物体物体C穿环瞬间的速度穿环瞬间的速度(2)物物体体C能能否否到到达达地地面面？如如果果能能到到达达地地面面，其其速速度度多多大大？(结果可用根号表示结果可用根号表示)【考点解读考点解读】考点三
16、摩擦力做功的特点及应用考点三摩擦力做功的特点及应用比较比较类别类别静摩擦力静摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力不不同同点点能量能量转化的转化的方面方面在静摩擦力做功的过程中，在静摩擦力做功的过程中，只有机械能从一个物体转只有机械能从一个物体转移到另一个物体移到另一个物体(静摩擦力静摩擦力起着传递机械能的作用起着传递机械能的作用)，而没有机械能转化为其他而没有机械能转化为其他形式的能量形式的能量1.相互摩擦的物体通过摩擦力做相互摩擦的物体通过摩擦力做功，将部分机械能从一个物体转功，将部分机械能从一个物体转移到另一个物体移到另一个物体2部分机械能转化为内能，此部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能
17、的损失部分能量就是系统机械能的损失量量一对摩一对摩擦力做擦力做功方面功方面一对静摩擦力所做功的代一对静摩擦力所做功的代数和等于零数和等于零一对相互作用的滑动摩擦力对物一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功总为负值，系体系统所做的总功总为负值，系统损失的机械能转变成内能统损失的机械能转变成内能相同点相同点做功方面做功方面两种摩擦力都可以对物体做正功、两种摩擦力都可以对物体做正功、做负功，还可以不做功做负功，还可以不做功【典例剖析典例剖析】例例3如如图图5所所示示，A物物体体放放在在B物物体体的的左左侧侧，用用水水平平恒恒力力F将将A拉拉至至B的的右右端端第第一一次次B固固定定在在地地面面上
18、上，F做做功功为为W1，产产生生热热量量Q1；第第二二次次让让B在在光光滑滑地地面面上上自自由由滑滑动动，F做做功功为为W2，产产生热量为生热量为Q2.则应有则应有()AW1W2，Q1Q2 BW1W2，Q1Q2CW1W2，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2图图5 解析解析当当B固定时，固定时，W1FL，Q1fLmgL当当B不固定时，木块不固定时，木块A、B的位移关系为的位移关系为sAsBLW2FsAF(LsB)W1对对A应用动能定理：应用动能定理：(Ff)sAEkA对对B应用动能定理：应用动能定理：fsBEkB两式相加得：两式相加得：FsAfsAfsBEkAEkB所以所以Q2FsAEkAEkBf(
19、sAsB)fLQ1.答案答案A跟跟踪踪训训练练3将将三三块块木木板板1、2、3固固定定在在墙墙角角，木木板板与与墙墙壁壁和和地地面面构构成成了了三三个个不不同同的的三三角角形形，如如图图6所所示示，其其中中1与与2底底边边相相同同，2和和3高高度度相相同同现现将将一一个个可可以以视视为为质质点点的的物物块块分分别别从从三三块块木木板板的的顶顶端端由由静静止止释释放放，并并沿沿木木板板下下滑滑到到底底端端，物物块块与与木木板板之之间间的的动动摩摩擦擦因因数数均均相相同同在在这这三三个个过过程程中中，下下列列说说法法正正确确的是的是()图图6 A沿沿着着1和和2下下滑滑到到底底端端时时，物物块块的
20、的速速度度不不同同；沿沿着着2和和3下滑到底端时，物块的速度相同下滑到底端时，物块的速度相同B沿着沿着2下滑到底端时，物块的速度最大下滑到底端时，物块的速度最大C物块沿着物块沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量是最多的下滑到底端的过程中，产生的热量是最多的D物块沿着物块沿着1和和2下滑到底端的过程中，产生的热量相同下滑到底端的过程中，产生的热量相同【答案】【答案】CD15.15.应用综合法处理能量问题应用综合法处理能量问题题后感悟题后感悟1分分析析和和综综合合的的关关系系：有有分分有有合合、交交叉叉地地使使用用分分析析与与综综合合的的方方法法，才才能能对对客客观观事事物物有有一一个个全全面面的
21、的深深刻刻的的认认识识在在研研究究和和求求解解中中学学物物理理问问题题时时，同同样样需需要要采采用用这这种种有有分分有有合合的的思思维维方方法法2从从能能量量角角度度综综合合：能能量量是是沟沟通通各各个个物物理理现现象象和和物物理理过过程程的的最最根根本本的的属属性性，直直接接从从整整个个过过程程能能的的转转化化和和守守恒恒的的观观点点出出发发，可可免免去去许许多多对对复复杂杂细细节节变变化化的的处处理理，直直达达问问题题的的症症结结所所在在这是综合思想的又一具体体现这是综合思想的又一具体体现跟跟踪踪训训练练4如如图图8所所示示，质质量量为为m的的滑滑块块，放放在在光光滑滑的的水水平平平平台台
22、上上，平平台台右右端端B与与水水平平传传送送带带相相接接，传传送送带带的的运运行行速速度度为为v0，长长为为L.今今将将滑滑块块缓缓慢慢向向左左压压缩缩固固定定在在平平台台上上的的轻轻弹弹簧簧，到到达达某某处处时时突突然然释释放放当当滑滑块块滑滑到到传传送送带带右右端端C时时，恰恰好好与与传传送带速度相同滑块与传送带间的动摩擦因数为送带速度相同滑块与传送带间的动摩擦因数为.图图8(1)试分析滑块在传送带上的运动情况试分析滑块在传送带上的运动情况(2)若若滑滑块块离离开开弹弹簧簧时时的的速速度度大大于于传传送送带带的的速速度度，求求释释放放滑块时，弹簧具有的弹性势能滑块时，弹簧具有的弹性势能(3)若若滑滑块块离离开开弹弹簧簧时时的的速速度度大大于于传传送送带带的的速速度度，求求滑滑块块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量在传送带上滑行的整个过程中产生的热量