新教材高中物理选择性必修3 第3章热力学定律第3节能量守恒定律(1)课件(共53张PPT)

(共53张PPT)
能量守恒定律
1．内容
(1)功是 的量度，即做了多少功就有
发生了转化．
(2)做功的过程一定伴随着 ，而且
必通过做功来实现．
2．高中物理中几种常见的功能关系
能量转化
多少能量
能量的转化
能量的转化
一、功能关系
功 能量的变化
合外力做正功 增加
重力做正功 减少
弹簧弹力做正功 减少
电场力做正功 减少
其他力(除重力、弹力)做正功 增加
一对滑动摩擦力做的总功为负功 增加
动能
重力势能
弹性势能
电势能
机械能
系统的内能
1．内容
能量既不会凭空消失，也不会 ．它只能从一种形式 为其他形式，或者从一个物体
到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量 ．
2．表达式：ΔE减＝ (ΔE增为末状态的能量减去初状态的能量，而ΔE减为初状态的能量减去末状态的能量．)
凭空产生
转化
转移
保持不变
ΔE增
二、能量转化和守恒定律
题型一：对功能关系的理解应用
例1 如图所示，物体以100 J
的初动能从斜面底端向上运
动，当它通过斜面某一点M时，
其动能减少80 J，机械能减少32 J，如果物体能从斜面上返回底端，则物体在运动过程中的下列说法正确的是(以地面为重力势能的零势能面)(　　)
A．物体在M点的重力势能为－48 J
B．物体自M点起重力势能再增加21 J到最高点
C．物体在整个过程中摩擦力做的功为－80 J
D．物体返回底端时的动能为30 J
【答案】C
【方法与知识感悟】解答功能关系问题时，一般步骤如下：
(1)明确研究对象及其运动过程；
(2)对研究对象进行受力分析，明确其所受的每一个力的大小、方向；
(3)计算各个力所做的功；
(4)明确能量转化的关系，找出对应力所做的功．
例2 如图所示，质量为m的小铁块A以水平速度v0冲上质量为M、长为l、置于光滑水平面C上的木板B，正好不从木板上掉下．已知A、B间的动摩擦因数为μ，此时长木板对地位移为s，求这一过程中：
(1)木板增加的动能；
(2)小铁块减少的动能；
(3)系统机械能的减少量；
(4)系统产生的热量．
题型二：摩擦力做功过程中的能量转化问题
【思路点拨】画出AB两物体的运动示意图，确定两物体相对地的位移，分别对两物体列动能定理方程．
【方法与知识感悟】摩擦力做功的特点
静摩擦力 滑动摩擦力
对单个物体做功方面 既可以做正功、也可以做负功，还可以不做功 既可以做正功、也可以做负功，还可以不做功
能量的转化方面 在静摩擦力做功的过程中，只有机械能从一个物体转移到另一个物体(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量 1.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移到另一个物体
2．部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量
静摩擦力 滑动摩擦力
一对摩擦力做功方面 一对静摩擦力所做功的代数总和等于零 一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功，等于摩擦力与相对路程的乘积，即Wf＝－Ff·S相，表示物体克服摩擦力做功，系统损失的机械能转变成内能
解题时还应注意以下两点：
(1)摩擦力对单个物体做功应是摩擦力与物体对地位移的乘积，对应单个物体机械能的变化；
(2)摩擦生热转化的内能多少应是摩擦力与两物体间相对滑动的路程的乘积，对应系统机械能的减少．
题型三：能量守恒定律的应用
例3 如图所示，质量为m的滑块从斜
面底端以平行于斜面的初速度v0冲上
固定斜面，沿斜面上升的最大高度为
H.已知斜面倾角为α，斜面与滑块间的摩擦因数为μ，且μ【答案】D
【方法与知识感悟】应用能量转化守恒定律解题的步骤
(1)分清有几种形式的能在变化，如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等．
(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．
D
ACD
BCD
1．湖南卫视“智勇大冲关”栏目最后一
关，选手需要抓住固定在支架上的绳子
向上攀登，才可冲上领奖台，如图所示．
如果某选手刚刚匀速攀爬到接近绳子顶端时，突然因抓不住绳子而加速滑下，对该过程进行分析(不考虑脚蹬墙壁的作用)，下述说法正确的是( )
A．上行时，人受到绳子的拉力与重力和摩擦力平衡
B．上行时，绳子拉力对人做的功等于人重力势能的增加
D
【巩固基础】
C．下滑时，人受到重力大于摩擦力，因而加速度大于g
D．下滑时，人的机械能的减少量等于克服摩擦力做的功
ACD
*3. 如图所示，倾斜的传送带保
持静止，一木块从顶端以一定
的初速度匀加速下滑到底端．
如果让传送带沿图中虚线箭
头所示的方向匀速运动，同样的木块从顶端以同样的初速度下滑到底端的过程中，与传送带保持静止时相比( )
A．木块从顶端滑到底端的过程中，所用的时间变长
B．木块从顶端滑到底端的过程中，所用的时间不变
C．木块在滑到底端的过程中，克服摩擦力所做的功变大
D．木块在滑到底端的过程中，系统产生的内能数值将变大
BD
【解析】传送带运动时，木块所受摩擦力仍然是沿传送带向上，木块向下一直加速，加速度不变，因而滑到底端所用时间不变，故可判断选项B正确，A、C错误；但由于传送带运动时，木块和传送带间的相对路程变大，因摩擦力产生的内能也将增多，故选项D正确．
4．如图，两物体A、B
用轻质弹簧相连，静
止在光滑水平面上，现同时对A、B两物体施加等大反向的水平恒力F1、F2，使A、B同时由静止开始运动，在运动过程中，对A、B两物体及弹簧组成的系统，正确的说法是(整个过程中弹簧不超过其弹性限度) ( )
A．机械能守恒
B．机械能不断增加
C．当弹簧伸长到最长时，系统的机械能最大
D．当弹簧弹力的大小与F1、F2的大小相等时，A、B两物体速度为零
C
【解析】F1、F2加在A、B上以后，A、B向两侧做加速度a＝(F－kx)/m减小的加速运动．当F＝kx时，加速度为零，速度达到最大，以后kx＞F，A、B向两侧做减速运动，至速度减为零时，弹簧伸长到最长，从A、B开始运动到弹簧伸长到最长的过程中，F1、F2都一直做正功，使系统的机械能增加．以后弹力作用使弹簧伸长量减小，F1、F2开始做负功，则系统的机械能减小．
【提升能力】
*5.如图所示，轻质弹簧的一端固定
在竖直板P上，另一端与质量为m1
的物体A相连，物体A静止于光滑
桌面上，A右边结一细线绕过光滑
的定滑轮悬一质量为m2的物体B，设定滑轮的质量不计，开始时用手托住B，弹簧位于原长，下列有关该装置的分析，其中正确的是( )
A．由静止释放B，直到B获得最大速度，B物体机械能不断减小
AC
B．由静止释放B，直到B获得最大速度，B物体重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量
C．由静止释放B，直到B获得最大速度，B物体动能的增量等于细线拉力对B做的功与B物体重力做功之和
D．将该装置放入电梯，随即电梯向下运动，电梯中的实验者可能看到B物体脱手向上运动的情况
【解析】B物体始终受绳子拉力作用，对B物体做负功，故其机械能一直减小；B物体机械能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量与A物体动能增加量之和，B物体重力势能的减少量等于B物体动能、A物体动能以及弹簧弹性势能之和；对B应用动能定理可知B物体动能的增量等于细线拉力对B做的功与B物体重力做功之和．若将该装置放入电梯，随即电梯向下加速运动，则物体处于失重状态，但B物体原来由手托住，弹簧也位于原长，不可能出现物体脱手的情况．
*6.如图所示，一块长木板B放
在光滑的水平面上，在B上放一
物体A，现以恒定的外力拉B，
由于A，B间摩擦力的作用，A将在B上滑动，以地面为参考系，A和B都向前移动一段距离，在此过程中( )
A．外力F做的功等于A和B动能的增量
B．B对A的摩擦力所做的功等于A的动能的增量
C．A对B的摩擦力所做的功等于B对A的摩擦力所做的功
D．外力F对B做的功等于B的动能的增量与B克服摩擦力所做的功之和
BD
【解析】A物体所受的合外力等于B对A的摩擦力，对A物体运用动能定理，则有B对A的摩擦力所做的功，等于A的动能的增量，即B对．A对B的摩擦力与B对A的摩擦力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，但是由于A在B上滑动，A，B对地的位移不等，故二者做功不等，C错．对B物体应用动能定理，WF－Wf＝ΔEkB，即WF＝ΔEkB＋Wf，就是外力F对B做的功等于B的动能增量与B克服摩擦力所做的功之和，D对．由前述讨论知B克服摩擦力所做的功与A的动能增量(等于B对A的摩擦力所做的功)不等，故A错．
BC
【解析】设阻力为f，上升的最大高度为h，依题意：2fh＝20－12＝8 J，∴fh＝4 J，排球的动能为10 J时，位于A点上方，克服阻力做功Wf可能小于4 J，也可能大于4 J而小于8 J．依能量守恒，可求出此时的重力势能Ep大于6 J而小于10 J，A错，B对，此时的重力势能也可能大于等于2 J而小于等于6 J，C对，D错．
BC
【解析】受力分析可知，下滑时加速度为g－μgcosθ，上滑时加速度为g＋μgcosθ，所以C正确．设下滑的距离为l，根据能量守恒有μ(m＋M)glcosθ＋μMglcosθ＝mglsinθ，得m＝2M.也可以根据除了重力、弹性力做功以外，还有其他力(非重力、弹性力)做的功之和等于系统机械能的变化量，B正确．在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能和内能，所以D不正确．
BD
10．下面关于摩擦力做功的叙述，正确的是( )
A．静摩擦力对物体一定不做功
B．滑动摩擦力对物体一定做负功
C．一对静摩擦力中，一个静摩擦力做正功，另一静摩擦力一定做负功
D．一对滑动摩擦力中，一个滑动摩擦力做负功，另一滑动摩擦力一定做正功
C
【解析】无论是静摩擦力还是滑动摩擦力，一个摩擦力所做的功，都可以是正功，可以是负功，还可以是零．一对摩擦力做功，应具有如下特点：一对静摩擦力做的总功恒为零；一对滑动摩擦力做的总功恒为负值．
11．如图所示，斜面体固
定在水平面上，斜面光滑，
倾角为θ，斜面底端固定
有与斜面垂直的挡板，木板下端离地面高H，上端放着一个细物块．木板和物块的质量均为m，相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力kmgsinθ(k>1)，断开轻绳，木板和物块沿斜面下滑．假设木板足够长，与挡板发生碰撞时，时间极短，无动能损失，空气阻力不计．求：
(1)木板第一次与挡板碰撞弹起上升过程中，物块的加速度；
(2)从断开轻绳到木板与挡板第二次碰撞的瞬间，木板运动的路程s；
(3)从断开轻绳到木板和物块都静止，摩擦力对木板及物块做的总功W.
12．环保节能问题是现今世界各国共同关注的课题，科学家们设计并制造了一艘太阳能帆船，它既有普通的柴油发动机作为动力系统，又有四个特殊的风帆，每个高6 m，宽1.5 m，表面布满太阳能电池，这样它既可以利用风力航行，又可以利用太阳能发电利用电能驱动．已知船在行驶中所受阻力跟船速的平方成正比．某次试航时关闭柴油发动机，仅靠风力匀速航行时速度v1＝2 m/s，阻力大小f1＝1.6×103 N．开动太阳能电池驱动的发动机后船匀速运动的速度增加到v2＝
3 m/s，当时在落日照射下每平方米风帆实际获得的太阳能功率为600 W，电动机的效率80%，设风力的功率不受船速的影响，则：
(1)风力的功率是多少．
(2)电动机提供的机械功率是多大．
(3)太阳能电池把太阳能转化为电能的效率是多少．
13．如图所示，一轻绳吊着粗细均
匀的棒，棒下端离地面高H，上端
套着一个细环．棒和环的质量均
为m，相互间最大静摩擦力等于
滑动摩擦力kmg(其中k>1)．断开
轻绳，棒和环自由下落．假设
棒足够长，与地面发生碰撞时，触地时间极短，无动能损失．棒在整个运动过程中始终保持竖直，空气阻力不计．求：
(1)棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中，环的加速度．
【再上台阶】
(2)从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间，棒运动的路程s.
(3)从断开轻绳到棒和环都静止，环相对棒滑动的距离l.
【解析】 (1)设棒第一次上升过程中，环的加速度为a环
环受合力F环＝kmg－mg ①
由牛顿第二定律F环＝ma环 ②
由①②得a环＝(k－1)g，方向竖直向上