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1、第 4 課時 功能關系、能量轉化和守恒定律 導學目標 1. 掌握功和能的關系，特別是合力功、重力功、 彈力功以及除重力、彈力外其他力的功分別所對應的能量 轉化關系 .2. 理解能量守恒定律，并能分析解決有關問題 基礎再現(xiàn) 深度思考 一、功能關系 基礎導引 如圖 1 所示， 質量為 m 的物體在力 F 的作用下由靜止從地面運動到離地 h 高處，已知 F 5 4 mg ，試分別求出在 此過程中重力、力 F 和合外力的功， 以及物體的重力勢能、動能和機械能 的變化量，并分析這些量之間存在什么關系？ 圖 1 基礎再現(xiàn) 深度思考 第 4課時 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點

2、 答案 重力做功 mg h ，力 F 做功 5 4 mg h ，合力做功 1 4 mg h ，重 力勢能增加 mg h ，動能增加 1 4 mg h ，機械能增加 5 4 mg h . 關系：重力做功等于重力勢能變化量的負值，合外力的功等 于物體動能的變化量，力 F 的功等于物體機械能的變化量 基礎再現(xiàn) 深度思考 第 4課時 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 知識梳理 1 能的概念：一個物體能對外做功，這個物體就具有能量 2 功能關系 ( 1) 功是 的量度，即做了多少功就有 發(fā)生了轉化 ( 2) 做功的過程一定伴隨著 ，而且 _ 必通過做功來實現(xiàn) 能量轉化 多少

3、能量 能量的轉化 能量的 轉化 基礎再現(xiàn) 深度思考 第 4課時 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 3 功與對應能量的變化關系 功 能量的變化 合外力做正功 增加 重力做正功 減少 彈簧彈力做正功 減少 電場力做正功 減少 其他力 ( 除重力、 彈力外 ) 做正功 增加 動能 重力勢能 彈性勢能 電勢能 機械能 基礎再現(xiàn) 深度思考 第 4課時 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 二、能量轉化與守恒定律 基礎導引 說明下列有關能量轉化的問題中，分別是什么能向什么能 的轉化 ( 1) 列車剎車時由運動變?yōu)殪o止 ( 2) 太陽能電池發(fā)電 ( 3

4、) 風力發(fā)電 ( 4) 潮汐發(fā)電 ( 5) 太陽能熱水器工作時 ( 6) 汽車由靜止啟動 答案 ( 1) 動能 內能 ( 2) 太陽能 電能 ( 3 ) 風能 ( 空氣動 能 ) 電能 ( 4) 水的勢能 電能 ( 5) 太陽能 內能 ( 6) 化 學能 動能 基礎再現(xiàn) 深度思考 第 4課時 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 知識梳理 1 內容：能量既不會 ，也不會憑空消失，它只能 從一種形式 為另一種形式，或者從一個物體 到 另一 個物體，在轉化或轉移的過程中其總量 2 表達式： E 減 憑空產生 轉化 轉移 保持不變 E增 思考 ： 怎樣理解能量轉化和轉移具有

5、方向性？ 答案 利用能源的過程，實質上就是能量轉化和轉移的 過程在能源利用過程中，流散到周圍環(huán)境中的內能無 法收集重新利用，這種現(xiàn)象稱為能量耗散，能量耗散表 明，宏觀利用能源的過程具有方向性，雖然能量并沒有 減少，但在可以利用的品質上降低了，從便于使用到不 便于使用 基礎再現(xiàn) 深度思考 第 4課時 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 課堂探究 突破考點 考點一 功能關系的應用 考點解讀 1 搞清力對 “ 誰 ” 做功：對 “ 誰 ” 做功就對應 “ 誰 ” 的位 移，引起 “ 誰 ” 的能量變化 如子彈物塊模型中，摩擦力對子彈的功必須用子彈的位 移去求解，這個功引起

6、子彈動能的變化 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 2 搞清不同的力做功對應不同形式的能的改變 不同的力做功 對應不同形 式能的變化 定量的關系 合外力的功 ( 所 有外力的功 ) 動能變化 合外力對物體做功等于 物體動能的增量 W 合 E k2 E k1 重力的功 重力勢 能變化 重力做正功，重力 勢能 減少；重力做負功 ，重 力勢能增加 W G E p E p1 E p2 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 彈簧彈 力的功 彈性勢 能變化 彈力做正功，彈性勢能減 少；彈力

7、做負功，彈性勢 能增加 W 彈 E p E p1 E p2 只有重力、彈 簧彈力的功 不引起機械能 變化 機械能守恒 E 0 除重力和彈 力之外的力 做的功 W 機械能變化 除重力和彈力之外的力 做多少正功，物體的機械 能就增加多少；除重力和 彈力之外的力做多少負 功，物體的機械能就減少 多少 W E 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 電場力的功 電勢能變化 電場力做正功，電勢 能減少；電場力做負 功，電勢能增加 W 電 E p 一對滑動摩 擦力的總功 內能變化 作用于系統(tǒng)的一對 滑動摩擦力一定做 負功，系統(tǒng)內能增加 Q f s 相

8、對 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 典例剖析 例 1 升降機底板上放一質量為 100 k g 的物體，物體隨升降 機由靜止開始豎直向上移動 5 m 時速度達到 4 m /s ，則此 過程中 ( g 取 10 m / s 2 ) ( ) A 升降機對物體做功 5 800 J B 合外力對物體做功 5 800 J C 物體的重力勢能增加 500 J D 物體的機械能增加 800 J 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 根據動能定理得： W 升 m g h 1 2 m v

9、 2 ，可解得 W 升 5 80 0 J ， A 正確；合外力做功為 1 2 m v 2 1 2 100 4 2 J 800 J ， B 錯誤；物體重力勢能增加 m g h 100 10 5 J 5 000 J ， C 錯誤；物體機械能增加 E Fh W 升 5 80 0 J ， D 錯誤 答案 A 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 方法突破 直接判斷法解答選擇題 對于考查概念或規(guī)律理解的選擇題，一般可用直接判斷的 方法進行選擇，但這應建立在對概念和規(guī)律正確理解的基 礎上，否則就會把握不準針對本題，要正確解答，就要 對各種功能關系熟

10、記于心，力學范圍內，應牢固掌握以下 三條功能關系： (1) 重力的功等于重力勢能的變化，彈力的功等于彈性勢能 的變化； (2) 合外力的功等于動能的變化； (3) 除重力、彈力外，其他力的功等于機械能的變化 運用功能關系解題時，應弄清楚重力做什么功，合外力做 什么功，除重力、彈力外的力 做什么功，從而判斷重力勢 能或彈性勢能、動能、機械能的變化 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 跟蹤訓練 1 2010 年廣州亞運會上，劉翔重歸賽場，以打破 亞運會記錄的成績奪得 1 10 m 跨欄的冠軍他采用蹲踞式 起跑，在發(fā)令槍響后，左腳迅速蹬離起

11、跑器，向前加速的 同時提升身體重心如圖 2 所示，假設劉翔的質量為 m ， 起跑過程前進的距離為 s ，重心升高為 h ，獲得的速度為 v ，克服阻力做功為 W 阻 ，則在此過程中 ( ) 圖 2 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 A 運動員的機械能增加了 1 2 m v 2 B 運動員的機械能增加了 1 2 m v 2 m gh C 運動員的重力做功為 m gh D 運動員自身做功 W 人 1 2 m v 2 m gh W 阻 解析 機械能的增量等于重力勢能和動能增量之和， B 正 確；運動員重力做功應為 mg h ， C 錯；由

12、動能定理可知 W 人 W 阻 mg h 1 2 m v 2 ， D 正確 答案 BD 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 考點二 對能量守恒定律的理解和應用 考點解讀 列能量守恒定律方程的兩條基本思路： ( 1) 某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且 減 少量和增加量一定相等； ( 2) 某個物體的能量減少，一 定存在其他物體的能量增加 且 減少量和增加量一定相等 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 典例剖析 例 2 如圖 3 所示，光滑坡道頂端距水 平面高度為 h

13、 ，質量為 m 的小物塊 A 從坡道頂端由靜止滑下，進入水 平面上的滑道時無機械能損失，為使 A 制動，將輕彈簧的一端固定在水平滑道延長線 M 處的 墻上，另一端恰位于坡道的底端 O 點已知在 OM 段， 物塊 A 與水平面間的動摩擦因數均為 ，其余各處的摩擦 不計，重力加速度為 g ，求： ( 1) 物塊滑到 O 點時的速度大小； ( 2) 彈簧為最大壓縮量 d 時的彈性勢能 ( 設彈簧處于原長時 彈性勢能為零 ) ； ( 3) 若物塊 A 能夠被彈回到坡道上，則它能夠上升的最大 高度是多少？ 圖 3 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破

14、考點 解析 ( 1) 由機械能守恒定律得 m gh 1 2 m v 2 解得 v 2 gh . ( 2) 在水平滑道上物塊 A 克服摩擦力所做的功為 W m gd 由能量守恒定律得 1 2 m v 2 E p m gd 以上各式聯(lián)立得 E p m gh mgd . ( 3) 物塊 A 被彈回的過程中，克服摩擦力所做的功仍為 W m gd 由能量守恒定律得 E p m gd m g h 所以物塊 A 能夠上升的最大高度為 h h 2 d . 答案 ( 1 ) 2 gh ( 2 ) m g h m g d ( 3 ) h 2 d 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深

15、度思考 課堂探究 突破考點 方法突破 應用能量守恒定律解題的步驟 1 分清有多少形式的能 如動能、勢能 ( 包括重力勢能、彈性 勢能、電勢能 ) 、內能等 在變化； 2 明確哪種形式的能量增加，哪種形式的能量減少，并且 列出減少的能量 E 減 和增加的能量 E 增 的表達式； 3 列出能量守恒關系式： E 減 E 增 特別提醒 1. 應用能量守恒定律解決有關問題，要分析所 有參與變化的能量 . 2 高考考查該類問題，常綜合平拋運動、圓周運動以及 電磁學等知識考查判斷、推理及綜合分析能力 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 跟蹤訓練 2

16、 如圖 4 所示， A 、 B 、 C 質量 分別為 m A 0.7 k g ， m B 0.2 k g ， m C 0.1 k g ， B 為套在細繩上的圓環(huán)， A 與 水平桌面的動摩擦因數 0.2 ，另一 圓環(huán) D 固定在桌邊，離地面高 h 2 0.3 m ， 當 B 、 C 從靜止下降 h 1 0.3 m 后， C 穿環(huán)而過， B 被 D 擋 住，不計繩子質量和滑輪的摩擦，取 g 10 m / s 2 ，若開 始時 A 離桌邊足夠遠試求： ( 1) 物體 C 穿環(huán)瞬間的速度 ( 2) 物體 C 能否到達地面？如果能到達地面，其速度多大？ ( 結果可用根號表示 ) 圖 4 第 4課時 課堂

17、探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 ( 1) 由能量守恒定律得： ( m B m C ) gh 1 1 2 ( m A m B m C ) v 2 1 m A gh 1 解得 v 1 2 5 6 m /s ( 2) 設物體 C 到達地面的速度為 v 2 ，由能量守恒定律得： m C gh 2 1 2 ( m A m C ) v 2 1 1 2 ( m A m C ) v 2 2 m A gh 2 解得 v 2 66 10 m /s 故物體 C 能到達地面，到達地面的速度為 66 10 m /s . 答案 ( 1) 2 5 6 m/s ( 2)

18、物體 C 能到達地面，到地面的 速度為 66 10 m/s 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 靜摩擦力 滑動摩擦力 不 同 點 能量 轉化的 方面 在靜摩擦力做功 的過程中，只有機 械能從一個物體 轉移到另一個物 體 ( 靜摩擦力起著 傳遞機械能的作 用 ) ，而沒有機械 能轉化為其他形 式的能量 1. 相互摩擦的物 體通過摩擦力做 功，將部分機械能 從一個物體轉移 到另一個物體 2 部分機械能轉 化為內能，此部分 能量就是系統(tǒng)機 械能的損失量 類 別 比較 考點三 摩擦力做功的特點及應用 考點解讀 第 4課時 課堂探究 突破考點

19、本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 不 同 點 一對摩 擦力做 功方面 一對靜摩擦力 所做功的代數 和等于零 一對相互作用的滑動 摩擦力對物體系統(tǒng)所 做的總功總為負值， 系統(tǒng)損失的機械能轉 變成內能 相 同 點 做功 方面 兩種摩擦力都可以對物體做正功，做 負功，還可以不做功 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 典例剖析 例 3 如圖 5 所示， A 物體放在 B 物體的 左側，用水平恒力 F 將 A 拉至 B 的右 端，第一次 B 固定在地面上， F 做功為 W 1 ，產生熱量 Q 1 ；第二次讓 B 在

20、光滑地面上自由滑動， F 做功為 W 2 ，產生熱量為 Q 2 ，則應有 ( ) A W 1 W 2 ， Q 1 Q 2 B W 1 W 2 ， Q 1 Q 2 C W 1 W 2 ， Q 1 Q 2 D W 1 W 2 ， Q 1 Q 2 圖 5 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 當 B 固定時， W 1 FL ， Q 1 fL m gL 當 B 不固定時，木塊 A 、 B 的位移關系為 s A s B L W 2 Fs A F ( L s B ) W 1 對 A 應用動能定理： ( F f ) s A E k A 對 B

21、應用動能定理： fs B E k B 兩式相加得： Fs A fs A fs B E k A E k B 所以 Q 2 Fs A E k A E k B f ( s A s B ) fL Q 1 答案 A 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 跟蹤訓練 3 如圖 6 所示，質量為 M ， 長度為 L 的小車靜止在光滑的水平 面上，質量為 m 的小物塊，放在 小車的最左端現(xiàn)用一水平力 F 作用在小物塊上，小物塊與小車之間的摩擦力為 f ，經過 一段時間小車運動的位移為 s ，小物塊剛好滑到小車的右 端，則下列說法中正確的是 ( ) A 此

22、時小物塊的動能為 F ( s L ) B 此時小車的動能為 fs C 這一過程中，小物塊和小車增加的機械能為 Fs fL D 這一過程中，因摩擦而產生的熱量為 fL 圖 6 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 小物塊運動的位移為 ( s L ) ，受到拉力和摩擦力做功， 由動能定理得： ( F f )( s L ) E k1 ，故 A 錯誤；小車僅受到 摩擦力做功，由動能定理得： fs E k2 ， B 正確；小物塊和小 車組成的系統(tǒng)的機械能增加量為非重力做功，即 ( F f )( s L ) fs F ( s L ) fL ，

23、 C 錯誤；因摩擦生而產生的熱量為摩 擦力與相對路程之積，即 Q fL ， D 正確 答案 BD 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 物理思想方法 15. 應用綜合法處理能量問題 例 4 飛機場上運送行李的裝置為一水 平放置的環(huán)形傳送帶，傳送帶的總質 量為 M ，其俯視圖如圖 7 所示現(xiàn)開 啟電動機，傳送帶達到穩(wěn)定運行的速 度 v 后 . 將行李依次輕輕放到傳送帶上 若有 n 件質量均為 m 的行李需通過傳送帶運送給旅客假 設在轉彎處行李與傳送帶無相對滑動，忽略皮帶輪、電動 機損失的能量求從電動機開啟到運送完行李需要消耗的 電能為多少

24、？ 圖 7 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 設行李與傳送帶間的動摩擦因數為 ，則傳 送帶與行李間由于摩擦產生的總熱量 Q n mg s 由運動學公式得： s s 傳 s 行 v t v t 2 v t 2 又 v gt 聯(lián)立解得： Q 1 2 nm v 2 由能量守恒得： E Q 1 2 M v 2 n 1 2 m v 2 所以 E 1 2 M v 2 nm v 2 答案 12 M v 2 nm v 2 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 題后感悟 1 分析和綜合的

25、關系：有分有合，交叉地使用分析與綜合 的方法，才能對客觀事物有一個全面的深刻的認識在 研究和求解中學物理問題時，同樣需要采用這種有分有 合的思維方法 2 從能量角度綜合：能量是溝通各個物理現(xiàn)象和物理過程 的最根本的屬性，直接從整個過程的能的轉化和守恒的 觀點出發(fā)，可免去許多對復雜的細節(jié)變 化的處理，直達 問題的癥結所在這是綜合思想的又一具體體現(xiàn) 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 跟蹤訓練 4 如圖 8 所示，質量為 m 的滑塊，放在光滑的水平平臺上， 平臺右端 B 與水平傳送帶相接， 傳送帶的運行速度為 v 0 ，長為 L . 今將

26、滑塊緩慢向左壓縮固定在平臺上的輕彈簧，到達某 處時突然釋放當滑塊滑到傳送帶右端 C 時，恰好與傳送 帶速度相同滑塊與傳送帶間的動摩擦因數為 . ( 1) 試分析滑塊在傳送帶上的運動情況 ( 2) 若滑塊離開彈簧時的速度大于傳送帶的速度，求釋放 滑塊時，彈簧具有的彈性勢能 ( 3) 若滑塊離開彈簧時的速度大于傳送帶的速度，求滑塊 在傳送帶上滑行的整個過程中產生的熱量 圖 8 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解析 (1) 若滑塊沖上傳送帶時的速度小于傳送帶速度，則 滑塊在帶上由于受到向右的滑動摩擦力而做勻加速運動； 若滑塊沖上傳送帶時

27、的速度大于傳送帶速度，則滑塊由于 受到向左的滑動摩擦力而做勻減速運動 (2) 設滑塊沖上傳送帶時的速度為 v ，在彈簧彈開過程中 由機械能守恒得 E p 1 2 m v 2 設滑塊在傳送帶上做勻減速運動的加速度大小為 a 由牛頓第二定律： mg ma 由運動學公式得 v 2 v 2 0 2 aL 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點 解得 E p 1 2 m v 2 0 m gL ( 3) 設滑塊在傳送帶上運動的時間為 t ，則 t 時間內傳送帶的 位移 s v 0 t v 0 v at 滑塊相對傳送帶滑動的位移 s L s 相對滑動生成的熱量 Q m g s 解得 Q m gL m v 0 ( v 2 0 2 gL v 0 ) 答案 ( 1) 見 解析 ( 2) 1 2 m v 2 0 m gL ( 3) m gL m v 0 ( v 20 2 gL v 0 ) 第 4課時 課堂探究 突破考點 本 課 欄 目 開 關 基礎再現(xiàn) 深度思考 課堂探究 突破考點