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(共23张PPT)
第一部分　教材知识巩固
电学
专题(七)　能量转化
基本原理
1.能量守恒定律：所有涉及能量转移和转化的过程，均遵循能量守恒定律。若只涉及动能和势能之间的转化，则整体机械能守恒。某些能量的增加量等于其他能量的减少量。
2.功能关系：做功的过程是能量转化的过程，做了多少功就有多少能量发生了转化。例如：一个物体只在重力作用下下落，这个过程中只有重力做功，重力势能转化为动能，重力做了多少功就有多少重力势能转化为动能，机械能守恒(如图1)；一个光滑水平面上的物体被压缩的弹簧弹出，这个过程中只有弹力做功，弹簧的弹性势能转化为物体的动能，弹力做了多少功就有多少弹性势能转化为动能，弹簧和物体这个整体的机械能守恒(如图2)；具有一定速度的物体滑上粗糙的水平面，最终静止，这个过程中只有摩擦力做功，动能转化为内能，摩擦力做了多少功就有多少动能转化为内能，但能量的总量不发生变化(如图3)。
类型1
抛体模型
例1　不计空气阻力如图所示是小鸣同学在运动会上投掷铅球从出手到将要落地的过程，如果不计空气阻力，铅球在______点时重力势能最大，在______点时动能最大，在b点的机械能________(选填“大于”“等于”或“小于”)在a点的机械能。
b
c
等于
变式　考虑空气阻力上述过程若考虑空气阻力，铅球由a→b速度减小，由b→c速度增加，铅球在b点的机械能________(选填“大于”“等于”或“小于”)a点的机械能，在c点的动能__________(选填“一定”或“不一定”)大于a点的动能。请比较铅球由b→c过程中铅球重力做功W1和克服空气阻力做功W2的大小关系，并从能量转化的角度说明理由。
答：W1>W2。铅球在下落的过程中，重力所做的功W1等于减少的重力势能，铅球减少的重力势能最终转化为增加的动能和为克服空气阻力做功(W2)产生的内能，所以W1>W2。
小于
不一定
类型2
轨道模型
例2　如图所示为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点自由释放，最高到达右侧圆弧槽B点处；然后再次滑下(忽略空气阻力)，最高到达左侧圆弧槽C点处。物体在A点的机械能_______(选填“大于”“等于”或“小于”)在B点的机械能。C点的高度h'与H、h的大小关系为h'＝_________。请比较物体从A点运动到BC间 某点D过程中，内能增加量E1和重力势能减少量E2的大小关系，并说明理由。
大于
2h－H
答：E1小于E2。物体从A点运动到D点时重力势能减少、动能增加、内能增加，根据能量守恒定律可知，内能的增加量E1应该小于重力势能的减少量E2。
类型3
弹簧模型
例3　水平方向如图所示，在一个光滑的水平面上，有一个轻质弹簧左端固定,右端与一个金属小球相连,O点是弹簧保持原长时小球所在的位置，现在将小球压缩至A点位置，然后释放小球，小球能运动到右端B点。小球在_____点动能最大。小球在A点时弹簧的弹性势能________小球在B点时弹簧的弹性势能。
O
等于
变式　若O点右侧为粗糙面，小球从A点向右运动能到达的最远点为D点，则小球在A点时弹簧的弹性势能________小球在D点时弹簧的弹性势能。D点在B点______侧。
大于
左
例4　竖直方向如甲图所示，小球从竖直放置的弹簧上方一定高度处由静止开始自由下落，从a处开始接触弹簧，压缩至c处时弹簧最短。从a处至c处的过程中，小球在b处速度最大。小球的速度v和弹簧被压缩的长度Δl之间的关系如乙图所示。不计空气阻力，则从a处至c处的过程中，下列说法中正确的是(　　)
A.小球所受重力等于弹簧的弹力
B.小球的重力势能先减小后增大
C.小球减少的机械能转化为弹簧
的弹性势能
D.小球的速度一直减小
C
例5　结合斜面如图所示，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，弹簧左端固定，小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中(空气阻力忽略不计)，下列说法不正确的是(　　)
A.在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能
B.小木块P从B向C运动的过程中，动能减小，重力势能增加
C.小木块P从B向C运动的过程中，机械能守恒
D.小木块离开弹簧后在粗糙水平面上滑行过程中，机械能不守恒
A
类型4
电磁类
例6　如图所示，虚线区域内的“×”为垂直纸面的磁感线，当金属框沿光滑绝缘斜面的顶端，由静止开始滑到底端时，具有的动能为E1；若将金属框换成质量相同的塑料框，其他条件不变，塑料框滑到底端时，具有的动能为E2，请比较E1和E2的大小关系，并说明理由。(提示：金属框是导体，有电阻)
答：E1命题点1
能量转化
1.(2015贵阳)如图所示，材质均匀的弧形轨道固定在竖直平面，将小球置于轨道的顶端A点，小球具有的机械能为100 J。让小球从A点由静止开始滚动，到右侧所能到达的最高位置B点时，具有的机械能为80 J，随即小球向左侧滚动，当滚动到左侧所能到达的最高位置时，它具有的机械能可能是(不计空气阻力)(　　)
A.80 J
B.70 J
C.60 J
D.50 J
B
2.(2024贵州节选)神舟系列飞船完成载人飞行任务后，航天员如何安全返回地球 且看科技含量十足的返回舱如何带航天员安全“回家”。返回舱从进入大气层开始，经历了三个重要阶段。第一阶段：返回舱与大气层剧烈摩擦，速度从7.9千米每秒逐渐降至几百米每秒，实现“超级减速”，如图所示。第一阶段的“超级减速”过程中，请比较内能增加量E1和返回舱重力势能减少量E2的大小关系，并说明理由。(忽略返回舱质量的变化)
摩擦使防热材料烧蚀
答：E1大于E2。根据能量守恒定律，返回舱下降时重力势能减少、动能减少、内能增加，故内能增加量E1应该等于重力势能减少量E2和动能减少量之和，故E1大于E2。
3.(2022六盘水)如图所示，弹簧一端固定在竖直墙面，另一端固定在置于粗糙水平面的木块上。现将木块从弹簧原长位置O点拉至A点，松手后木块向右运动，最终将弹簧压缩至B点(图中未画出)。请比较lAO和lOB的大小关系，并从能量转化的角度说明理由(不计空气阻力，弹簧始终在弹性限度内)。
答：lAO>lOB。由题意可知，水平面是粗糙的，则木块在运动过程中，整个装置的机械能不守恒。木块从A点运动到O点的过程中，弹簧的弹性势能转化为内能和木块的动能，整个装置的机械能减小；木块从O点运动到B点的过程中，木块的动能转化为内能和弹簧的弹性势能，整个装置的机械能进一步减小，木块在A点与B点的动能均为0，则木块在A点时弹簧的弹性势能大于木块在B点时弹簧的弹性势能，所以lAO>lOB。
4.(2021贵阳节选)我国第一高楼“上海中心大厦”的建筑高度是632米，为了避免台风来临时大厦上部剧烈晃动，大厦上部第125层安装了总质量上千吨的阻尼器系统，如图甲所示。阻尼器系统的钢索悬挂在大厦顶端，阻尼器类似一个质量巨大的金属摆，其简化模型如图乙所示。台风来临迫使大厦晃动，触发阻尼器产生与大厦晃动方向相反的摆动(如图丙所示)。阻尼器不停地往复摆动，使大厦上部晃动逐渐减弱，这样就不断吸收大厦晃动的能量。阻尼器吸收的能量不断增加，从安全角度考虑，设计时应使其摆动到最低点时速度不能过大，若在阻尼器下方加装铜质闭合线圈，结合电磁感应知识，你认为还缺少的器件是什么 请从能量转化的角度写出这一新增装置能减小摆动速度的原因。
答：还缺少的器件是磁体。闭合线圈切割磁感线，将机械能转化为电能，机械能减小，势能不变，则动能减小，即质量一定时，阻尼器速度减小。
甲　　　　　　乙　　　　　丙
命题点2
功能关系
5.(2018贵阳)如图所示，带正电的小球甲固定于水平绝缘支架上，另一带正电的小球乙从甲正上方A点由静止释放(图中虚线表示两球球心的连线)。已知：电荷间的相互作用力随它们之间距离的减小而增大。若乙运动至B点时，所受重力恰好等于甲对它的排斥力。不计空气阻力，下列对小球乙下落过程的分析正确的是(　　)
A.到达B点前增加的动能等于减小的重力势能
B.到达B点后它能保持平衡状态
C.从A到B的过程中，它始终受到平衡力作用
D.从A点到B点，重力做的功比排斥力做的功多
D
6.(2018贵阳)如图所示，原长为L的轻质弹簧一端固定在竖直墙面上，另一端与水平面上的木块相连。推动木块压缩弹簧，其左端至A点时，弹簧具有的弹性势能为25 J；松手后，木块在弹簧的作用下往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为1 J，则木块运动过程中克服阻力做的功是_______J。整个运动过程中木块速度最大时其左端可能位于_____(选填“B”“C”或“D”)点。
24
B
7.(2019贵阳)如图所示，足够高的粗糙水平桌面上静止一木块，轻质无弹性细线的一端系在木块上，另一端绕过定滑轮挂有托盘。往托盘中添加钩码后，木块向右做加速运动，在木块运动一段时间的过程中，请判断木块增加的动能E，与钩码重力做的功W的大小关系，并通过完整分析阐述理由。(不计托盘质量、空气阻力及线与滑轮间的摩擦)
答：木块增加的动能E小于钩码重力做的功W。因为在往托盘中加钩码后，木块和钩码都会做加速运动，而且木块在桌面上运动时克服摩擦力做功，因而钩码重力做的功转化为木块和钩码的动能以及由于摩擦产生的内能。所以木块增加的动能E小于钩码重力做的功W。

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