资源简介 第八章 专题课 功能关系及其应用知识点一 机械能的变化量ΔE与其他力做功的关系1. 只有重力或系统内弹力做功,只有重力势能、弹性势能和动能的相互转化,系统机械能守恒;若有其他力做功,就有其他能量和机械能相互转化,系统的机械能就会发生变化。2. 除重力和弹力以外的其他力做了多少正功,物体的机械能就增加多少;克服其他力做了多少功,物体的机械能就减少多少。3. 常见的几种关系:功 能量转化 关系式重力做功 重力势能的改变 WG=-ΔEp弹力做功 弹性势能的改变 W弹=-ΔEp合外力做功 动能的改变 W合=ΔEk除重力、系统内弹力以外的其他力做功 机械能的改变 W=ΔE机例1 [2024·三门中学月考]如图所示,质量为m的跳伞运动员,由静止开始下落,假设在打开伞之前受大小为0.1mg的恒定阻力作用,在运动员下落高度为h的过程,下列说法中,正确的是( )A. 运动员的动能减少了0.9mghB. 运动员的机械能减少了0.1mghC. 运动员的重力势能减小了0.9mghD. 运动员克服阻力所做的功为0.9mgh变式 一滴雨滴在空中由静止开始竖直下落,雨滴只受空气阻力和重力作用,且受到的空气阻力与速率成正比,t0时刻(下落高度为h0),雨滴开始匀速下落。以地面为参考平面,在雨滴下落的过程中, 它的重力势能Ep与下落高度h图像、重力势能Ep与时间t图像、动能Ek与下落高度h图像、机械能E与下落高度h的关系图像,可能正确的是( )A. B.C. D.知识点二 热量的产生与摩擦力做功1. 系统内一对静摩擦力对物体做功时,由于相对位移为0,故没有内能产生,只有物体间机械能的转移。2. 作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积,在数值上等于滑动过程因摩擦产生的内能,即Q=F滑s相对,其中F滑必须是滑动摩擦力,s相对必须是两个接触面的相对滑动距离(或相对路程)。例2 (多选)如图所示,某段雪道倾角为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g(g为重力加速度)。在他从静止下滑到底端的过程中,下列说法中,正确的是( )A. 运动员减少的重力势能为mghB. 运动员获得的动能为C. 因摩擦产生的内能为D. 系统减少的机械能为例3 如图所示,一质量为M、长为L的木板B静止在光滑水平面上,其左端放有可视为质点的质量为m的滑块A,现用一水平恒力F作用在滑块上,使滑块从静止开始做匀加速直线运动。滑块与木板之间的摩擦力为Ff,滑块滑到木板右端时,木板运动距离为x。关于此过程,下列说法中正确的是( )A. 滑块A克服摩擦力做的功为FfLB. 滑块A与木板B摩擦产生的热量为F(L+x)C. 滑块A与木板B增加的机械能为F(L+x)+FfLD. 滑块A到达木板右端时,木板B具有的动能为Ffx例4 如图所示,水平传送带由电动机带动,并始终保持以速度v顺时针匀速转动。现将质量为m的物块无初速度地放在传送带的左端,经过一段时间物块恰好与传送带相对静止。设物块与传送带间的动摩擦因数为μ,求:(1)这一过程摩擦力对物块做的功;(2)传送带克服摩擦力做的功;(3)系统摩擦生热;(4)与不放物块时相比,电动机多做的功;(5)与不放物块时相比,电动机多做的这部分功与哪种能量的变化对应 请总结这条功能关系。 随堂检测 1. (多选)关于功和能的关系,下列说法中正确的是( )A. 功等于能,能等于功B. 做功的过程就是能量转化的过程C. 功可以转化为能,能也可以转化为功D. 做了多少功,就有多少能量发生了变化2. 质量为0.5 kg的物体被人用手由静止竖直向上提高1 m,这时物体的速度为2 m/s,下列说法中,正确的是(g取10 m/s2)( )A. 手对物体做功4 JB. 合外力对物体做功为1 JC. 物体的重力势能减少了5 JD. 重力对物体做功为6 J3. 如图所示,木块静止在光滑水平桌面上,一子弹(可视为质点)水平射入木块的深度为d时,子弹与木块相对静止,在子弹入射的过程中,木块沿水平桌面移动的距离为x,木块对子弹的平均阻力为Ff,关于这个过程,下列说法中错误的是( )第3题图A. 木块的动能增量为FfxB. 子弹的动能减少量为Ff(x+d)C. 系统的机械能减少量为FfdD. 产生的热量为Ff(x+d)4. 如图所示为某工厂运送产品的足够长的水平传送带,传送带顺时针转动,速度v=2 m/s,产品与传送带间的动摩擦因数μ=0.2。工人每隔1 s将一个产品轻放到传送带左端,下列说法中,正确的是(各产品完全相同,质量均为1 kg,g取10 m/s2)( )第4题图A. 相邻的两个产品均与传送带相对静止时相距1 mB. 传送带每运送一个产品多消耗的电能为2 JC. 传送带正常运送产品时多消耗的电功率为4 WD. 每个产品与传送带间由于摩擦产生的热量为4 J第八章 专题课 功能关系及其应用知识点一 机械能的变化量ΔE与其他力做功的关系1. 只有重力或系统内弹力做功,只有重力势能、弹性势能和动能的相互转化,系统机械能守恒;若有其他力做功,就有其他能量和机械能相互转化,系统的机械能就会发生变化。2. 除重力和弹力以外的其他力做了多少正功,物体的机械能就增加多少;克服其他力做了多少功,物体的机械能就减少多少。3. 常见的几种关系:功 能量转化 关系式重力做功 重力势能的改变 WG=-ΔEp弹力做功 弹性势能的改变 W弹=-ΔEp合外力做功 动能的改变 W合=ΔEk除重力、系统内弹力以外的其他力做功 机械能的改变 W=ΔE机例1 [2024·三门中学月考]如图所示,质量为m的跳伞运动员,由静止开始下落,假设在打开伞之前受大小为0.1mg的恒定阻力作用,在运动员下落高度为h的过程,下列说法中,正确的是( B )A. 运动员的动能减少了0.9mghB. 运动员的机械能减少了0.1mghC. 运动员的重力势能减小了0.9mghD. 运动员克服阻力所做的功为0.9mgh【解析】 根据动能定理有mgh-0.1mgh=ΔEk,此过程中合外力做正功,运动员的动能增加,可知运动员的动能增加了0.9mgh,A错误;若只有重力做功,则运动员机械能守恒,而该过程中除了重力做功,还有阻力做负功,则机械能的减少量等于克服阻力所做的功,即为0.1mgh,B正确,D错误;重力做正功重力势能减小,重力做负功,重力势能增加,即有WG=-ΔEp=mgh,该过程中重力做正功,则可知运动员的重力势能减小了mgh,C错误。变式 一滴雨滴在空中由静止开始竖直下落,雨滴只受空气阻力和重力作用,且受到的空气阻力与速率成正比,t0时刻(下落高度为h0),雨滴开始匀速下落。以地面为参考平面,在雨滴下落的过程中, 它的重力势能Ep与下落高度h图像、重力势能Ep与时间t图像、动能Ek与下落高度h图像、机械能E与下落高度h的关系图像,可能正确的是( AD )A. B.C. D.【解析】 以地面为参考平面,重力势能Ep与下落高度h的关系为Ep=Ep0-mgh,由于雨滴加速阶段,下落高度与时间不是线性关系,则加速阶段Ep-t图像不是直线,A正确,B错误;t0时刻(下落高度为h0),雨滴开始匀速下落,因为Ek=mv2,则过了h0之后雨滴动能应不变,C错误;根据功能关系可知,由于空气阻力对雨滴做负功,雨滴的机械能应逐渐减小,根据ΔE=-FfΔh,可知E-h图像的切线斜率绝对值表示空气阻力大小,由于受到的空气阻力与速率成正比,可知空气阻力先增大后不变,则E-h图像的切线斜率绝对值先增大后不变,D正确。知识点二 热量的产生与摩擦力做功1. 系统内一对静摩擦力对物体做功时,由于相对位移为0,故没有内能产生,只有物体间机械能的转移。2. 作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积,在数值上等于滑动过程因摩擦产生的内能,即Q=F滑s相对,其中F滑必须是滑动摩擦力,s相对必须是两个接触面的相对滑动距离(或相对路程)。例2 (多选)如图所示,某段雪道倾角为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g(g为重力加速度)。在他从静止下滑到底端的过程中,下列说法中,正确的是( AD )A. 运动员减少的重力势能为mghB. 运动员获得的动能为C. 因摩擦产生的内能为D. 系统减少的机械能为【解析】 重力做功为mgh,重力势能减少mgh,A正确;由牛顿第二定律得mgsin θ-Ff=ma,可得摩擦力Ff=,摩擦力做功Wf=-×=-,因摩擦产生的内能为,下滑过程中系统减少的机械能为,C错误,D正确;由动能定理得ma×=ΔEk,运动员获得的动能为,B错误。例3 如图所示,一质量为M、长为L的木板B静止在光滑水平面上,其左端放有可视为质点的质量为m的滑块A,现用一水平恒力F作用在滑块上,使滑块从静止开始做匀加速直线运动。滑块与木板之间的摩擦力为Ff,滑块滑到木板右端时,木板运动距离为x。关于此过程,下列说法中正确的是( D )A. 滑块A克服摩擦力做的功为FfLB. 滑块A与木板B摩擦产生的热量为F(L+x)C. 滑块A与木板B增加的机械能为F(L+x)+FfLD. 滑块A到达木板右端时,木板B具有的动能为Ffx【解析】 滑块A克服摩擦力做的功为Wf=Ff(L+x),A错误;滑块A与木板B摩擦产生的热量为Q=FfL,B错误;滑块A与木板B增加的机械能为ΔE=F(L+x)-FfL,C错误;滑块A到达木板右端时,对木板B根据动能定理有Ff·x=ΔEk,可知,木板B具有的动能为ΔEk=Ffx,D正确。例4 如图所示,水平传送带由电动机带动,并始终保持以速度v顺时针匀速转动。现将质量为m的物块无初速度地放在传送带的左端,经过一段时间物块恰好与传送带相对静止。设物块与传送带间的动摩擦因数为μ,求:(1)这一过程摩擦力对物块做的功;(2)传送带克服摩擦力做的功;(3)系统摩擦生热;(4)与不放物块时相比,电动机多做的功;(5)与不放物块时相比,电动机多做的这部分功与哪种能量的变化对应 请总结这条功能关系。【答案】 (1)mv2 (2)mv2 (3)mv2 (4)mv2 (5)见解析【解析】 设物块与传送带之间的滑动摩擦力大小为Ff,从滑上传送带到相对静止的过程中物块的位移大小为x1,传送带相对地面的位移大小为x2,则x1=vt,x2=vt=2x1。(1)对物块运用动能定理有W=Ffx1=mv2。(2)传送带克服摩擦力做的功W克f=Ffx2=2Ffx1=mv2。(3)系统摩擦生热Q=Ffx相对=Ff(x2-x1)=Ffx1=mv2。(4)电动机多做的功为传送带克服摩擦力做的功,W多=W克f=mv2。(5)电动机做功就是消耗电能的过程,按照能量守恒定律,消耗的电能转化成传送带与物块系统的机械能和内能(即物块增加的动能和系统摩擦生热),即W多=ΔE电→E其他=ΔE机+Q。 随堂检测 1. (多选)关于功和能的关系,下列说法中正确的是( BD )A. 功等于能,能等于功B. 做功的过程就是能量转化的过程C. 功可以转化为能,能也可以转化为功D. 做了多少功,就有多少能量发生了变化【解析】 功是能量转化的量度,功是过程量,能是状态量,A、C错误;做功的过程就是能量转化的过程, 做了多少功,就有多少能量发生了变化,B、D正确。2. 质量为0.5 kg的物体被人用手由静止竖直向上提高1 m,这时物体的速度为2 m/s,下列说法中,正确的是(g取10 m/s2)( B )A. 手对物体做功4 JB. 合外力对物体做功为1 JC. 物体的重力势能减少了5 JD. 重力对物体做功为6 J【解析】 重力做功为WG=-mgh=-5 J,则重力势能增加5 J,C、D错误;由动能定理得W合=mv2-0=1 J,B正确;由于W合=WG+W手,解得W手=6 J,A错误。3. 如图所示,木块静止在光滑水平桌面上,一子弹(可视为质点)水平射入木块的深度为d时,子弹与木块相对静止,在子弹入射的过程中,木块沿水平桌面移动的距离为x,木块对子弹的平均阻力为Ff,关于这个过程,下列说法中错误的是( D )第3题图A. 木块的动能增量为FfxB. 子弹的动能减少量为Ff(x+d)C. 系统的机械能减少量为FfdD. 产生的热量为Ff(x+d)【解析】 子弹对木块的作用力大小为Ff,木块相对于桌面的位移为x,则子弹对木块做功为Ffx,根据功能关系,动能的增量等于子弹对木块做的功,即为Ffx,A正确;木块对子弹的阻力做功为W=-Ff(x+d),根据功能关系知,子弹机械能的减少量等于子弹克服阻力做的功,大小为Ff(x+d),B正确;子弹相对于木块的位移大小为d,则系统克服阻力做功为Ffd,根据功能关系可知,系统机械能的减少量为Ffd,产生的热量为Ffd,C正确,D错误。4. 如图所示为某工厂运送产品的足够长的水平传送带,传送带顺时针转动,速度v=2 m/s,产品与传送带间的动摩擦因数μ=0.2。工人每隔1 s将一个产品轻放到传送带左端,下列说法中,正确的是(各产品完全相同,质量均为1 kg,g取10 m/s2)( C )第4题图A. 相邻的两个产品均与传送带相对静止时相距1 mB. 传送带每运送一个产品多消耗的电能为2 JC. 传送带正常运送产品时多消耗的电功率为4 WD. 每个产品与传送带间由于摩擦产生的热量为4 J【解析】 产品先做匀加速直线运动,有μmg=ma,可得匀加速时间为t==1 s,则相邻的两个产品均与传送带相对静止时相距的距离为x=at2+vt-at2=2 m,A错误;每个产品与传送带间由于摩擦产生的热量为Q=μmg=2 J,D错误;传送带每运送一个产品多消耗的电能为E=Q+mv2=4 J,B错误;传送带正常运送产品时多消耗的电功率为P==4 W,C正确。(共24张PPT)专题课 功能关系及其应用机械能守恒定律第八章 高中物理 必修二知 识 点 一知识点一 机械能的变化量ΔE与其他力做功的关系1. 只有重力或系统内弹力做功,只有重力势能、弹性势能和动能的相互转化,系统机械能守恒;若有其他力做功,就有其他能量和机械能相互转化,系统的机械能就会发生变化。2. 除重力和弹力以外的其他力做了多少正功,物体的机械能就增加多少;克服其他力做了多少功,物体的机械能就减少多少。3. 常见的几种关系:功 能量转化 关系式重力做功 重力势能的改变 WG=-ΔEp弹力做功 弹性势能的改变 W弹=-ΔEp合外力做功 动能的改变 W合=ΔEk除重力、系统内弹力以外的其他力做功 机械能的改变 W=ΔE机例1 [2024·三门中学月考]如图所示,质量为m的跳伞运动员,由静止开始下落,假设在打开伞之前受大小为0.1mg的恒定阻力作用,在运动员下落高度为h的过程,下列说法中,正确的是( )A. 运动员的动能减少了0.9mghB. 运动员的机械能减少了0.1mghC. 运动员的重力势能减小了0.9mghD. 运动员克服阻力所做的功为0.9mghB【解析】 根据动能定理有mgh-0.1mgh=ΔEk,此过程中合外力做正功,运动员的动能增加,可知运动员的动能增加了0.9mgh,A错误;若只有重力做功,则运动员机械能守恒,而该过程中除了重力做功,还有阻力做负功,则机械能的减少量等于克服阻力所做的功,即为0.1mgh,B正确,D错误;重力做正功重力势能减小,重力做负功,重力势能增加,即有WG=-ΔEp=mgh,该过程中重力做正功,则可知运动员的重力势能减小了mgh,C错误。变式 一滴雨滴在空中由静止开始竖直下落,雨滴只受空气阻力和重力作用,且受到的空气阻力与速率成正比,t0时刻(下落高度为h0),雨滴开始匀速下落。以地面为参考平面,在雨滴下落的过程中, 它的重力势能Ep与下落高度h图像、重力势能Ep与时间t图像、动能Ek与下落高度h图像、机械能E与下落高度h的关系图像,可能正确的是( )A. B. C. D.AD【解析】 以地面为参考平面,重力势能Ep与下落高度h的关系为Ep=Ep0-mgh,由于雨滴加速阶段,下落高度与时间不是线性关系,则加速阶段Ep-t图像不是直线,A正确,B错误;t0时刻(下落高度为h0),雨滴开始匀速下落,因为Ek=mv2,则过了h0之后雨滴动能应不变,C错误;根据功能关系可知,由于空气阻力对雨滴做负功,雨滴的机械能应逐渐减小,根据ΔE=-FfΔh,可知E-h图像的切线斜率绝对值表示空气阻力大小,由于受到的空气阻力与速率成正比,可知空气阻力先增大后不变,则E-h图像的切线斜率绝对值先增大后不变,D正确。知 识 点 二知识点二 热量的产生与摩擦力做功1. 系统内一对静摩擦力对物体做功时,由于相对位移为0,故没有内能产生,只有物体间机械能的转移。2. 作用于系统的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积,在数值上等于滑动过程因摩擦产生的内能,即Q=F滑s相对,其中F滑必须是滑动摩擦力,s相对必须是两个接触面的相对滑动距离(或相对路程)。例2 (多选)如图所示,某段雪道倾角为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g(g为重力加速度)。在他从静止下滑到底端的过程中,下列说法中,正确的是( )A. 运动员减少的重力势能为mghB. 运动员获得的动能为C. 因摩擦产生的内能为D. 系统减少的机械能为AD【解析】 重力做功为mgh,重力势能减少mgh,A正确;由牛顿第二定律得mgsin θ-Ff=ma,可得摩擦力Ff=,摩擦力做功Wf=-×=-,因摩擦产生的内能为,下滑过程中系统减少的机械能为,C错误,D正确;由动能定理得ma×=ΔEk,运动员获得的动能为,B错误。例3 如图所示,一质量为M、长为L的木板B静止在光滑水平面上,其左端放有可视为质点的质量为m的滑块A,现用一水平恒力F作用在滑块上,使滑块从静止开始做匀加速直线运动。滑块与木板之间的摩擦力为Ff,滑块滑到木板右端时,木板运动距离为x。关于此过程,下列说法中正确的是( )A. 滑块A克服摩擦力做的功为FfLB. 滑块A与木板B摩擦产生的热量为F(L+x)C. 滑块A与木板B增加的机械能为F(L+x)+FfLD. 滑块A到达木板右端时,木板B具有的动能为FfxD【解析】 滑块A克服摩擦力做的功为Wf=Ff(L+x),A错误;滑块A与木板B摩擦产生的热量为Q=FfL,B错误;滑块A与木板B增加的机械能为ΔE=F(L+x)-FfL,C错误;滑块A到达木板右端时,对木板B根据动能定理有Ff·x=ΔEk,可知,木板B具有的动能为ΔEk=Ffx,D正确。例4 如图所示,水平传送带由电动机带动,并始终保持以速度v顺时针匀速转动。现将质量为m的物块无初速度地放在传送带的左端,经过一段时间物块恰好与传送带相对静止。设物块与传送带间的动摩擦因数为μ,求:(1)这一过程摩擦力对物块做的功;(2)传送带克服摩擦力做的功;(3)系统摩擦生热;(4)与不放物块时相比,电动机多做的功;(5)与不放物块时相比,电动机多做的这部分功与哪种能量的变化对应 请总结这条功能关系。【答案】 (1)mv2 (2)mv2 (3)mv2 (4)mv2 (5)见解析【解析】 设物块与传送带之间的滑动摩擦力大小为Ff,从滑上传送带到相对静止的过程中物块的位移大小为x1,传送带相对地面的位移大小为x2,则x1=vt,x2=vt=2x1。(1)对物块运用动能定理有W=Ffx1=mv2。(2)传送带克服摩擦力做的功W克f=Ffx2=2Ffx1=mv2。(3)系统摩擦生热Q=Ffx相对=Ff(x2-x1)=Ffx1=mv2。(4)电动机多做的功为传送带克服摩擦力做的功,W多=W克f=mv2。(5)电动机做功就是消耗电能的过程,按照能量守恒定律,消耗的电能转化成传送带与物块系统的机械能和内能(即物块增加的动能和系统摩擦生热),即W多=ΔE电→E其他=ΔE机+Q。随 堂 检 测1. (多选)关于功和能的关系,下列说法中正确的是( )A. 功等于能,能等于功B. 做功的过程就是能量转化的过程C. 功可以转化为能,能也可以转化为功D. 做了多少功,就有多少能量发生了变化【解析】 功是能量转化的量度,功是过程量,能是状态量,A、C错误;做功的过程就是能量转化的过程, 做了多少功,就有多少能量发生了变化,B、D正确。BD2. 质量为0.5 kg的物体被人用手由静止竖直向上提高1 m,这时物体的速度为2 m/s,下列说法中,正确的是(g取10 m/s2)( )A. 手对物体做功4 JB. 合外力对物体做功为1 JC. 物体的重力势能减少了5 JD. 重力对物体做功为6 J【解析】 重力做功为WG=-mgh=-5 J,则重力势能增加5 J,C、D错误;由动能定理得W合=mv2-0=1 J,B正确;由于W合=WG+W手,解得W手=6 J,A错误。B3. 如图所示,木块静止在光滑水平桌面上,一子弹(可视为质点)水平射入木块的深度为d时,子弹与木块相对静止,在子弹入射的过程中,木块沿水平桌面移动的距离为x,木块对子弹的平均阻力为Ff,关于这个过程,下列说法中错误的是( )A. 木块的动能增量为FfxB. 子弹的动能减少量为Ff(x+d)C. 系统的机械能减少量为FfdD. 产生的热量为Ff(x+d)D【解析】 子弹对木块的作用力大小为Ff,木块相对于桌面的位移为x,则子弹对木块做功为Ffx,根据功能关系,动能的增量等于子弹对木块做的功,即为Ffx,A正确;木块对子弹的阻力做功为W=-Ff(x+d),根据功能关系知,子弹机械能的减少量等于子弹克服阻力做的功,大小为Ff(x+d),B正确;子弹相对于木块的位移大小为d,则系统克服阻力做功为Ffd,根据功能关系可知,系统机械能的减少量为Ffd,产生的热量为Ffd,C正确,D错误。4. 如图所示为某工厂运送产品的足够长的水平传送带,传送带顺时针转动,速度v=2 m/s,产品与传送带间的动摩擦因数μ=0.2。工人每隔1 s将一个产品轻放到传送带左端,下列说法中,正确的是(各产品完全相同,质量均为1 kg,g取10 m/s2)( )A. 相邻的两个产品均与传送带相对静止时相距1 mB. 传送带每运送一个产品多消耗的电能为2 JC. 传送带正常运送产品时多消耗的电功率为4 WD. 每个产品与传送带间由于摩擦产生的热量为4 JC【解析】 产品先做匀加速直线运动,有μmg=ma,可得匀加速时间为t==1 s,则相邻的两个产品均与传送带相对静止时相距的距离为x=at2+vt-at2=2 m,A错误;每个产品与传送带间由于摩擦产生的热量为Q=μmg=2 J,D错误;传送带每运送一个产品多消耗的电能为E=Q+mv2=4 J,B错误;传送带正常运送产品时多消耗的电功率为P==4 W,C正确。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第八章 专题课 功能关系及其应用 - 学生版.docx 第八章 专题课 功能关系及其应用.docx 第八章 专题课 功能关系及其应用.pptx