功能关系-能量守恒定律
滑动摩擦力
两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不 正功、 做功； 负功、 静摩擦力做正功时，它的反作用力一定做负功； 不做功 滑动摩擦力做负功时，它的反作用力可能做正功 方面 ，可能做负功，还可能不做功；但滑动摩擦力做
正功或不做功时，它的反作用力一定做负功
2. 求解传送带(板块)相对滑动的能量问题的方法
说明：公式Q＝Ff·l相对中l相对为两接触物体间的相对位移， 若物体在传送带上往复运动时，则l相对为总的相对路程．
•AC
典题演示4 (2016·苏北四市一模)如图甲所示，滑块与足够 长的木板叠放在光滑水平面上，开始时均处于静止状态．作用 于滑块的水平力F随时间t变化图象如图乙所示，t＝2.0s时撤去 力F，最终滑块与木板间无相对运动．已知滑块质量m＝2kg， 木板质量M＝1kg，滑块与木板间的动摩擦因数μ＝0.2，取g＝ 10m/s2.求：
【解析】 v-t图象的面积表示位移，由图象可知，子弹相对 木板的位移Δx是木板对地位移x木的两倍多，设子弹与木板间的 摩擦力为f，则对木板而言，摩擦力做正功，动能增加，表达式
为fx木＝Ek木＝50J，子弹与木板间的摩擦产生内能，表达式为 f·Δx＝E内，对比两式可知，产生的内能大于100J，A、B、C选 项错误，D项正确．
•D
•BD
物体在向上运动过程中，机械能减少40 J，动能减少100 J ，说明重力势能增加了60 J，故B项正确；物体在向下运动过程 中，摩擦力做功与向上运动摩擦力做功相等，所以向下运动的 过程中，机械能也减少40 J，整个过程机械能减少80 J，所以物 体返回斜面底端时动能为100 J－80 J＝20 J，故C项错误；从M 到斜面上最高点的过程，机械能减少40 J－30 J＝10 J，从出发 到返回M点时，机械能一共减少30 J＋2×10 J＝50 J，物体返回 M点时机械能为100 J－50 J＝50 J，故D项正确．
2. 能量转化问题的解题思路 当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化 和守恒定律．运用能量守恒定律解题的基本思路：
•BD •
(1) 若P的质量为m，求P到达B点时速度的大小，以及它离 开圆轨道后落回到AB上的位置与B点间的距离．
(2) 若P能滑上圆轨道，且仍能沿圆轨道滑下，求P的质量 的取值范围．
各种力做功
对应能 的变化
定量的关系
合力做功
重力做功
弹簧弹 力做功
合力对物体做功等于物体动能的增
动能变化 量
W合＝Ek2－Ek1
重力势 能变化
重力做正功，重力势能减少，重力 做负功，重力势能增加，且WG＝ －ΔEp＝Ep1－Ep2
弹性势 能变化
弹力做正功，弹性势能减少，弹力 做负功，弹性势能增加，且W弹＝ －ΔEp＝Ep1－Ep2
•摩擦力做功与能量的关系 1. 两种摩擦力做功的比较
静摩擦力
滑动摩擦力
能量的转 只有能量的转移， 既有能量的转移，又
化方面 没有能量的转化 有能量的转化
不 同 一对摩擦
一对滑动摩擦力所做
点
一对静摩擦力所做 力的总功
功的代数和为负值，
方面
功的代数和等于零 总功W＝－Ff·x相对·徐州模拟)如图所示，倾角为30°的斜面上有一个 质量为1 kg的物块，物块从静止开始以2.5 m/s2的加速度加速下 滑1 m．在物块下滑过程中(取重力加速度g＝10 m/s2)( •D )
A. 物块的机械能守恒 B. 物块的重力势能减小10 J C. 物块的动能增加5 J D. 物块克服摩擦力做功2.5 J
•甲
•乙
(1) t＝0.5s时滑块的速度大小． 【答案】 1 m/s (2) 0～2.0s内木板的位移大小． 【答案】 6.25 m (3) 整个过程中因摩擦而产生的热量． 【答案】 12 J
•能量转化与守恒的应用 1. 对能量守恒定律的两点理解 (1) 某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加， 且减少量和增加量一定相等． (2) 某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加， 且减少量和增加量一定相等．
重力加速度为g.关于上述两过程，下列说法中正确的是( •BD)
•甲
•乙
可画出此过程铅块和木板对应的vt图象如图所示，同理可 画出图乙对应的运动图象，需注意铅块滑上第2块木板时加速度 的变化，通过图象可以看出第二次铅块不能到达木板2的右端， C项错误；第一次两者之间的相对位移大于第二次的相对位移 ，第一次产生的热量较多，D项正确．
3. (2016·苏北四市三模)光滑水平地面上有一静止的木块， 子弹水平射入木块后未穿出，子弹和木块的v-t图象如图所示． 已知木块质量大于子弹质量，从子弹射入木块到达到稳定状态 ，木块动能增加了50 J，则此过程产生的内能可能是( )•D
A. 10 J B. 50 J C. 70 J D. 120 J
功能关系-能量守恒定律
1. 掌握功和能的对应关系，特别是合力功、重力功、弹力 功分别对应的能量转化关系．
2. 理解能量守恒定律，并能分析解决有关问题．
1. 功能关系
(1) 功是_•_能__量__转__化__的量度，即做了多少功就有多少_•_能__量__
发生了转化．
(2)
做功的过程一定伴随着•_能__量__的__转__化_____，而且
•
•BCD
6. (2015·海安、南外、金陵三校联考)如图所示，装置的左 边AB部分是长为L1＝1 m的水平面，一水平放置的轻质弹簧左 端固定并处于原长状态；装置的中间BC部分是长为L2＝2 m的 水平传送带，它与左右两边的台面等高，并能平滑对接，传送
带始终以v＝2 m/s 的速度顺时针转动；装置的右边是一光滑的 曲面，质量m＝1 kg的小滑块从其上距水平台面h＝1 m的D处由 静止释放，滑块向左最远到达O点，OA间距x＝0.1 m，并且弹 簧始终处在弹性限度内．已知物• 块与传送带及左边水平面之间 的摩擦因数μ＝0.25，取g＝10 m/s2.
__•_能__量__的__转__化_____必须通过做功来实现．
2. 几种常见的功能关系
功 合外力做正功
重力做正功 弹簧弹力做正功 电场力做正功 其他力(除重力、弹力外)做正功
能量的变化 __•_动__能___增加 _•_重__力__势__能__减少 _•_弹__性__势__能__减少 _•_电__势__能__减少 _•_机__械__能__增加
(1) 求弹簧获得的最大弹性势能． 【答案】 2.75 J (2) 求滑块再次回到右边曲面部分所能到达的最大高度． 【答案】 0.2 m (3) 若滑块质量为m′＝2 kg，求滑块到达O点的速度．
•功能关系的理解与应用
1. 对功能关系的理解 (1) 做功的过程就是能量转化的过程．不同形式的能量发生 相互转化是通过做功来实现的． (2) 功是能量转化的量度，功和能的关系，一是体现在不同 的力做功，对应不同形式的能转化，具有一一对应关系，二是 做功的多少与能量转化的多少在数值上相等．
2. 几种常见的功能关系及其表达式
3. 能量守恒定律 (1) 内容：能量既不会凭空__•_产__生___，也不会凭空消失，它 只能从一种形式____•_转__化_为另一种形式，或者从一个物体 __•_转__移___到另一个的物体，在转化或转移的过程中，能量的总 量__•_保__持__不__变___． (2) 表达式：E1＝E2或ΔE减＝___•Δ__E_增__.
2. (2016·盐城三模)如图所示，轻质弹簧下端固定在 竖直放置内壁光滑的直管底部，直径略小于管径的小球 从管口落入管中，小球从接触弹簧到下降到最低点过程 中( •C)
A. 动能不断减少 B. 机械能保持不变 C. 重力做的功等于其重力势能的减少量 D. 重力做的功大于克服弹簧弹力做的功
【解析】 小球所受重力与弹簧弹力大小相等时，速度最大 ．从接触弹簧到下降到最低点过程中，速度先变大后变小，动 能先变大后变小，A项错误；除重力以外的弹簧弹力一直做负 功，小球机械能减小，B项错误；重力做多少正功，重力势能就 减少多少，C项正确；根据动能定理得出动能变化为零时，重 力做的功等于克服弹簧弹力做的功，D项错误．
对应能 各种力做功 的变化
定量的关系
只有重力、弹 簧弹力做功
不引起机 械能变化
机械能守恒ΔE＝0
非重力和 弹力做功
电场力做功
机械能 变化
电势能 变化
除重力和弹力之外的其他力做正功 ，物体的机械能增加，做负功，机 械能减少，且W其他＝ΔE 电场力做正功，电势能减少，电场 力做负功，电势能增加，且W电＝ －ΔEp
4. (多选)(2015·南京三模)将质量为2m的长木板静止地放在光滑 水平面上，如图甲所示．第一次，质量为m的小铅块(可视为质点)在 木板上以水平初速度v0由木板左端向右运动恰能滑至木板的右端与木 板相对静止．第二次，将木板分成长度与质量均相等的两段1和2，两 者紧挨着仍放在此水平面上，让小铅块以相同的初速度v0由木板1的 左端开始滑动，如图乙所示．设铅块与长木板间的动摩擦因数为μ，
5.4功能关系 能量守恒
第四节 功能关系 能量守恒 【知识梳理】一、功能关系1.内容：（1）功是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量转化；（2）做功的过程一定伴随着能量的转化，而且能量的转化必通过做功来实现。
2.功能关系对应 合外力的功 能的变化 重力做功 重力势能变化 弹簧弹力做功弹性势能变化 外力（除重力、弹力）做功 机械能变化 一对滑动摩擦力做的总功 内能变化 电场力做功 电势能变化 分子力做功分子势能变化3.几种常见的功能关系（1）合外力做的功等于物体动能的变化，即k 1k 2k E E -E ∆==合W （2）重力做的功等于物体重力势能的改变，即p p p G W E E E 12∆-=-= （3）弹簧弹力做功等于弹性势能的改变，即p 1p 2p E -E -E ∆==弹W（4）除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功等于物体机械能的改变，即E E E W ∆=-=12二、能量守恒定律1.内容：能量既不会消灭，也不会消失，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量不变。
2.表达式：增减E E ∆=∆3.对定律的理解：（1）某种形式的能量减少，一定存在另一种形式的能量增加，且减少量和增加量相等。
（2）某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，切减少量和增加量相等。
4.应用定律解题的一般步骤：（1）分清有多少种形式的能在变化（2）明确增加的能量，减少的能量，并且列出能量表达式 （3）列守恒关系式解题【经典例题】例1．（2010山东理综）如图11所示，倾角θ=30°的粗糙斜面固定在地面上，长为l 、质量为m 、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平。
用细线将物块与软绳相连，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面（此时物块未到达地面）在此过程中A．物块的机械能逐渐增加B．软绳的重力势能共减少了mgl/4C．物块重力势能的减少等于软绳克服摩擦力所做的功D．软绳的重力势能的减少小于软绳动能的增加与软绳克服摩擦力所做的功之和【答案】BD例2.（2010山东理综）如图11所示，倾角 =30°的粗糙斜面固定在地面上，长为l、质量为m、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平。
功能关系 能量守恒定律
功能关系 能量守恒定律 知识点一 功能关系 1.功是 的量度，即做了多少功就有多少 发生了转化.2.做功的过程一定伴随着 ，而且 必须通过做功来实现.答案：1.能量转化 能量 2.能量的转化 能量的转化知识点二 能量守恒定律1.内容：能量既不会凭空 ，也不会凭空消失，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到另一个物体，在 的过程中，能量的总量 .2.适用范围：能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中 的一条规律.3.表达式(1)E 初＝E 末，初状态各种能量的 等于末状态各种能量的 .(2)ΔE 增＝ΔE 减，增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量.答案：1.产生 转化 转移 转化或转移 保持不变 2.普遍适应 3.(1)总和 总和考点 功能关系的应用功是能量转化的量度，力学中几种常见的功能关系如下：[典例1] 如图所示，在竖直平面内有一半径为R 的圆弧轨道，半径OA 水平、OB 竖直，一个质量为m 的小球自A 点正上方的P 点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B 时对轨道压力为mg2.已知AP ＝2R ，重力加速度为g ，则小球从P 到B 的运动过程中( )A.重力做功2mgRB.合力做功34mgR C.克服摩擦力做功12mgR D.机械能减少2mgR[解析] 小球能通过B 点，在B 点速度v 满足mg ＋12mg ＝m v 2R ，解得v ＝32gR ，从P 到B 过程，重力做功等于重力势能减小量为mgR ，动能增加量为12mv 2＝34mgR ，合力做功等于动能增加量34mgR ，机械能减少量为mgR －34mgR ＝14mgR ，克服摩擦力做功等于机械能的减少量14mgR ，故只有B 选项正确.[答案] B[变式1] (多选)如图所示，楔形木块abc 固定在水平面上，粗糙斜面ab 和光滑斜面bc 与水平面的夹角相同，顶角b 处安装一定滑轮.质量分别为M 、m (M >m )的滑块通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行.两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动.若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中( )A.两滑块组成的系统机械能守恒B.重力对M 做的功等于M 动能的增加C.轻绳对m 做的功等于m 机械能的增加D.两滑块组成的系统机械能损失等于M 克服摩擦力做的功答案：CD 解析：两滑块释放后，M 下滑、m 上滑，摩擦力对M 做负功，系统的机械能减小，减小的机械能等于M 克服摩擦力做的功，选项A 错误，D 正确.除重力对滑块M 做正功外，还有摩擦力和绳的拉力对滑块M 做负功，选项B 错误.绳的拉力对滑块m 做正功，滑块m 机械能增加，且增加的机械能等于拉力做的功，选项C 正确.考点 摩擦力做功与能量转化1.静摩擦力做功(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功.(2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零.(3)静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能.2.滑动摩擦力做功的特点(1)滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功.(2)相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果：①机械能全部转化为内能；②有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外一部分转化为内能.(3)摩擦生热的计算：Q ＝F f x 相对，其中x 相对为相互摩擦的两个物体间的相对路程.考向1 摩擦力做功的理解与计算[典例2] 将三个木板1、2、3固定在墙角，木板与墙壁和地面构成了三个不同的三角形，如图所示，其中1与2底边相同，2和3高度相同.现将一个可以视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放，并沿斜面下滑到底端，物块与木板之间的动摩擦因数μ均相同.在这三个过程中，下列说法不正确的是 ( )A.沿着1和2下滑到底端时，物块的速度不同，沿着2和3下滑到底端时，物块的速度相同B.沿着1下滑到底端时，物块的速度最大C.物块沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量是最多的D.物块沿着1和2下滑到底端的过程中，产生的热量是一样多的[解析] 设1、2、3木板与地面的夹角分别为θ1、θ2、θ3，木板长分别为l 1、l 2、l 3，当物块沿木板1下滑时，由动能定理有mgh 1－μmgl 1cos θ1＝12mv 21－0；当物块沿木板2下滑时，由动能定理有mgh 2－μmgl 2cos θ2＝12mv 22－0，又h 1>h 2，l 1cos θ1＝l 2cos θ2，可得v 1>v 2；当物块沿木板3下滑时，由动能定理有mgh 3－μmgl 3cos θ3＝12mv 23－0，又h 2＝h 3，l 2cos θ2<l 3cos θ3，可得v 2>v 3，故A 错，B 对.三个过程中产生的热量分别为Q 1＝μmgl 1cos θ1，Q 2＝μmgl 2cos θ2，Q 3＝μmgl 3cos θ3，则Q 1＝Q 2<Q 3，故C 、D 对.应选A.[答案] A考向2 传送带模型中摩擦力做功与能量转化[典例3] 如图所示，某工厂用传送带向高处运送物体，将一物体轻轻放在传送带底端，第一阶段物体被加速到与传送带具有相同的速度，第二阶段与传送带相对静止，匀速运动到传送带顶端.下列说法正确的是( )A.第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体不做功B.第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加量C.第一阶段物体和传送带间摩擦产生的热等于第一阶段物体机械能的增加量D.物体从底端到顶端全过程机械能的增加量大于全过程摩擦力对物体所做的功[解析] 对物体受力分析知，其在两个阶段所受摩擦力方向都沿斜面向上，与其运动方向相同，摩擦力对物体都做正功，A 错误；由动能定理知，外力做的总功等于物体动能的增加量，B 错误；物体机械能的增加量等于摩擦力对物体所做的功，D 错误；设第一阶段运动时间为t ，传送带速度为v ，对物体：x 1＝v 2t ，对传送带：x 1′＝vt ，摩擦产生的热Q ＝F f x 相对＝F f (x 1′－x 1)＝F f ·v 2t ，机械能增加量ΔE ＝F f ·x 1＝F f ·v2t ，所以Q ＝ΔE ，C 正确. [答案] C 考向3 板块模型中摩擦力做功与能量转化[典例4] (多选)如图所示，质量为M 、长为L 的木板置于光滑的水平面上，一质量为m 的滑块放置在木板左端，滑块与木板间滑动摩擦力大小为F f ，用水平的恒定拉力F 作用于滑块，当滑块运动到木板右端时，木板在地面上移动的距离为s ，滑块速度为v 1，木板速度为v 2，下列结论中正确的是 ( )A.上述过程中，F 做功大小为12mv 21＋12Mv 22 B.其他条件不变的情况下，M 越大，s 越小C.其他条件不变的情况下，F 越大，滑块到达右端所用时间越长D.其他条件不变的情况下，F f 越大，滑块与木板间产生的热量越多[解析] 由牛顿第二定律得：F f ＝Ma 1，F －F f ＝ma 2，又L ＝12a 2t 2－12a 1t 2，s ＝12a 1t 2，其他条件不变的情况下，M 越大，a 1越小，t 越小，s 越小；F 越大，a 2越大，t 越小；由Q ＝F f L 可知，F f 越大，滑块与木板间产生的热量越多，故B 、D 正确，C 错误；力F 做的功还有一部分转化为系统热量Q ，故A 错误.[答案] BD考点能量守恒定律及应用1.对能量守恒定律的理解(1)转化：某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等.(2)转移：某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量相等.2.运用能量守恒定律解题的基本思路考向1 对能量守恒定律的理解[典例5]如图所示，固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的小球，小球与一轻质弹簧一端相连，弹簧的另一端固定在地面上的A点，已知杆与水平面之间的夹角θ<45°，当小球位于B点时，弹簧与杆垂直，此时弹簧处于原长.现让小球自C点由静止释放，小球在B、D 间某点静止，在小球滑到最低点的整个过程中，关于小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能，下列说法正确的是 ( )A.小球的动能与重力势能之和保持不变B.小球的动能与重力势能之和先增大后减小C.小球的动能与弹簧的弹性势能之和保持不变D.小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和保持不变[解析] 小球与弹簧组成的系统在整个过程中，机械能守恒.弹簧处于原长时弹性势能为零，小球从C点到最低点的过程中，弹簧的弹性势能先减小后增大，所以小球的动能与重力势能之和先增大后减小，A项错误，B项正确；小球的重力势能不断减小，所以小球的动能与弹簧的弹性势能之和不断增大，C项错误；小球的初、末动能均为零，所以上述过程中小球的动能先增大后减小，所以小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和先减小后增大，D项错误.[答案] B考向2 对能量守恒定律的应用[典例6] 如图所示，固定斜面的倾角θ＝30°，物体A 与斜面之间的动摩擦因数μ＝34，轻弹簧下端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于C 点，用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A 和B ，滑轮右侧绳子与斜面平行，A 的质量为2m ＝4 kg ，B 的质量为m ＝2 kg ，初始时物体A 到C 点的距离为L ＝1 m.现给A 、B 一初速度v 0＝3 m/s ，使A 开始沿斜面向下运动，B 向上运动，物体A 将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C 点.已知重力加速度取g ＝10 m/s 2，不计空气阻力，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态，求：(1)物体A 向下运动刚到C 点时的速度大小；(2)弹簧的最大压缩量；(3)弹簧的最大弹性势能.[解题指导] (1)系统从开始到C 点的过程中，由于摩擦力做负功，机械能减少.(2)物体A 压缩弹簧到最低点又恰好弹回C 点，系统势能不变，动能全部克服摩擦力做功.(3)物体A 在压缩弹簧过程中，系统重力势能不变，动能一部分克服摩擦力做功，一部分转化为弹性势能.[解析] (1)物体A 向下运动刚到C 点的过程中，对A 、B 组成的系统应用能量守恒定律可得：μ·2mg ·cos θ·L ＝12·3mv 20－12·3mv 2＋2mgL sin θ－mgL 可解得v ＝2 m/s.(2)以A 、B 组成的系统，在物体A 将弹簧压缩到最大压缩量，又返回到C 点的过程中，系统动能的减少量等于因摩擦产生的热量即：12·3mv 2－0＝μ·2mg cos θ·2x 其中x 为弹簧的最大压缩量解得x ＝0.4 m.(3)设弹簧的最大弹性势能为E pm由能量守恒定律可得：12·3mv 2＋2mgx sin θ－mgx ＝μ·2mg cos θ·x ＋E pm 解得E pm ＝6 J.[答案] (1)2 m/s (2)0.4 m (3)6 J专项精练1.[功能关系的应用]滑块静止于光滑水平面上，与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态，现用恒定的水平外力F 作用于弹簧右端，在向右移动一段距离的过程中拉力F 做了10 J 的功.在上述过程中 ( )A.弹簧的弹性势能增加了10 JB.滑块的动能增加了10 JC.滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10 JD.滑块和弹簧组成的系统机械能守恒答案：C 解析：拉力F 做功的同时，弹簧伸长，弹性势能增大，滑块向右加速，滑块动能增加，由功能关系可知，拉力做的功等于滑块的动能与弹簧弹性势能的增加量之和，C 正确，A 、B 、D 均错误.2.[功能关系的应用]韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员.他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力对他做功1 900 J ，他克服阻力做功100 J.韩晓鹏在此过程中( )A.动能增加了1 900 JB.动能增加了2 000 JC.重力势能减小了1 900 JD.重力势能减小了2 000 J答案：C 解析：根据动能定理，物体动能的增量等于物体所受所有力做功的代数和，即增加的动能为ΔE k ＝W G ＋W f ＝1 900 J －100 J ＝1 800 J ，A 、B 项错误；重力做功与重力势能改变量的关系为W G ＝－ΔE p ，即重力势能减少了1 900 J ，C 项正确，D 项错误.3.[摩擦力做功与能量转化]如图所示，一个质量为m 的物体(可视为质点)以某一速度由A 点冲上倾角为30°的固定斜面，做匀减速直线运动，其加速度的大小为g ，在斜面上上升的最大高度为h ，则在这个过程中，物体 ( )A.机械能损失了mghB.动能损失了2mghC.动能损失了12mgh D.机械能损失了12mgh答案：AB 解析：由物体做匀减速直线运动的加速度和牛顿第二定律可知mg sin 30°＋F f ＝ma ，解得F f ＝12mg ，上升过程中的位移为2h ，因此克服摩擦力做的功为mgh ，选项A 正确；合外力为mg ，由动能定理可知动能损失了2mgh ，选项B 正确，选项C 、D 错误.4.[摩擦力做功与能量转化]如图所示，木块A 放在木板B 的左端上方，用水平恒力F 将A 拉到B 的右端，第一次将B 固定在地面上，F 做功W 1，生热Q 1；第二次让B 在光滑水平面可自由滑动，F 做功W 2，生热Q 2.则下列关系中正确的是( )A.W 1<W 2，Q 1＝Q 2B.W 1＝W 2，Q 1＝Q 2C.W 1<W 2，Q 1<Q 2D.W 1＝W 2，Q 1<Q 2答案：A 解析：木块A 从木板B 左端滑到右端克服摩擦力所做的功W ＝F f s ，因为木板B 不固定时木块A 的位移要比木板B 固定时长，所以W 1<W 2；摩擦产生的热量Q ＝F f l 相对，两次都从木块B 左端滑到右端，相对位移相等，所以Q 1＝Q 2，故选A.5.[传送带模型]如图所示，水平传送带两端点A 、B 间的距离为l ，传送带开始时处于静止状态.把一个小物体放到右端的A 点，某人用恒定的水平力F 使小物体以速度v 1匀速滑到左端的B 点，拉力F 所做的功为W 1、功率为P 1，这一过程物体和传送带之间因摩擦而产生的热量为Q 1.随后让传送带以v 2的速度匀速运动，此人仍然用相同恒定的水平力F 拉物体，使它以相对传送带为v 1的速度匀速从A 滑行到B ，这一过程中，拉力F 所做的功为W 2、功率为P 2，物体和传送带之间因摩擦而产生的热量为Q 2.下列关系中正确的是 ( )A.W 1＝W 2，P 1<P 2，Q 1＝Q 2B.W 1＝W 2，P 1<P 2，Q 1>Q 2C.W 1>W 2，P 1＝P 2，Q 1>Q 2D.W 1>W 2，P 1＝P 2，Q 1＝Q 2答案：B 解析：因为两次的拉力和拉力方向的位移不变，由功的概念可知，两次拉力做功相等，所以W 1＝W 2，当传送带不动时，物体运动的时间为t 1＝l v 1；当传送带以v 2的速度匀速运动时，物体运动的时间为t 2＝lv 1＋v 2，所以第二次用的时间短，功率大，即P 1<P 2；滑动摩擦力做功的绝对值等于滑动摩擦力与相对路程的乘积，也等于转化的内能，第二次的相对路程小，所以Q 1>Q 2，选项B 正确.。
功能关系 能量守恒定律
[解析]
(1)从 A 到 B 的过程中，人与雪橇损失的机械能为
1 1 2 ΔE＝mgh＋ mvA － mvB2 2 2 1 1 2 ＝(70×10×20＋ ×70×2.0 － ×70×12.02)J 2 2 ＝9100 J
(2)人与雪橇在 BC 段做匀减速运动的加速度为 vC－vB 0－12 a＝ t ＝ m/s2＝－2 m/s2 10－4 根据牛顿第二定律得： F 阻＝ma＝70×(－2) N＝－140 N 负号表示阻力方向与运动方向相反．
解析：腿从静止到接近身体的速度，腿部肌肉做的功等于腿的动能的变化， 1 即 W1＝ mv2. 2 腿又回到静止的过程中，肌肉又做了同样的功，所以，每迈一步的过程中， 肌肉对每条腿共做功为 W＝2W1＝mv2＝10×32 J＝90 J. 因为人的速度 v＝3 m/s，其步子的长度为 2 m，所以此人每秒钟迈出 1.5 步．从而，人体肌肉对两条腿输出的功率为 2W×1.5 2×90×1.5 P＝ ＝ W＝270 W. t 1 由于肌肉的能量利用效率约为 0.25，故此人在奔跑过程中的能量消耗率为 P 270 P′＝ ＝ W＝1080 W. η 0.25
一、功能关系 1．功和能的关系 做功的过程就是 能量转化 的过程，功是能量转化的 量度 ．
2．功与能量变化的关系
功 合外力做正功 重力做正功 弹簧弹力做正功 能量的变化
动能 增加 重力势能 减少 弹性势能 减少
电势能减少
分子势能减少 机械能增加
电场力做正功
分子力做正守恒定律解决有关问题，要分析所有参与变 化的能量． (2)高考考查该类问题，常综合平抛运动、圆周运动以及 电磁学知识考查判断、推理及综合分析能力．
如图5－4－5所示，某人乘雪橇沿雪坡经A点滑
功能关系能量守恒定律
功能关系能量守恒定律能量守恒定律是物理学中的一个重要定律，也被称为能量守恒原理。
它指出，在一个封闭系统中，能量的总量是不变的。
换句话说，能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
能量是指物体或系统进行工作所需要的能力。
它可以包括多种形式，如机械能、热能、电能、光能等。
这些形式的能量可以相互转化，但总的能量量不变。
根据能量守恒定律，系统的能量变化等于能量输入减去能量输出。
这可以用以下公式表示：ΔE = Qin - Qout其中，ΔE表示系统能量变化，Qin表示输入到系统中的能量，Qout表示从系统中输出的能量。
当ΔE为正时，系统的能量增加；当ΔE为负时，系统的能量减少。
能量守恒定律可以通过一些实例来解释。
例如，考虑一个物体从一个高处下落到地面的过程。
在开始时，物体具有重力势能，当下落到地面时，重力势能转化为动能。
根据能量守恒定律，重力势能的减少等于动能的增加，因此能量的总量保持不变。
另一个例子是燃烧过程。
在燃烧中，化学能转化为热能和光能。
这是因为化学反应产生的能量会以热能和光能的形式释放出来。
然而，根据能量守恒定律，化学能的减少必须等于热能和光能的增加，以保持能量的总量不变。
能量守恒定律在许多领域有着广泛的应用。
在机械工程中，工程师需要确保系统中的能量输入与输出保持平衡，以保证系统的正常运行。
在热力学中，能量守恒定律被用来分析热传导、传热、发电等过程。
在化学和生物学研究中，能量守恒定律用于解释化学反应和生物代谢过程中的能量转化。
能量守恒定律的重要性在于它可以解释自然界中许多观察到的现象。
它提供了我们理解和分析物体和系统能量转化的基础。
同时，能量守恒定律也有助于节约能源，促进可持续发展。
通过控制能量的流动和转化过程，我们可以最大限度地利用能源并减少浪费，达到能源的可持续利用。
总之，能量守恒定律是自然界中一个普遍存在的定律。
它指出在一个封闭系统中，能量的总量是不变的。
能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总的能量量保持不变。
功能关系能量守恒定律
功能关系能量守恒定律什么是功能关系能量守恒定律？它是指在一个封闭系统内，能量从一个形式转化为另一个形式，但总能量保持不变。
这个定律是基于对自然界各个系统的观察和实验总结得出的。
无论是机械系统中的动能和势能转化，还是热系统中的热能转化，能量守恒定律都适用。
例如，当一个物体从高处滑下时，其势能转化为动能，但整个系统的总能量保持不变。
能量守恒定律是自然界中各种现象和过程的基础。
在物理学中，它被广泛应用于解释和描述各种物理现象。
例如，在机械学中，能量守恒定律可以用来解释物体的运动和力学性质。
在热学中，能量守恒定律可以用来解释热传导、热辐射等热现象。
在电磁学中，能量守恒定律可以用来解释电磁场的产生和传播。
在化学中，能量守恒定律可以用来解释化学反应过程中的能量变化。
无论是哪个学科领域，能量守恒定律都是解释和理解自然界中各种现象的重要工具。
功能关系是指事物之间的相互作用和相互影响的关系。
能量守恒定律与功能关系的关联在于它们都涉及到事物之间的转化和守恒。
功能关系可以看作是能量守恒定律在不同领域的具体应用。
无论是机械系统、热系统、电磁系统还是化学系统，它们都是由不同的功能关系构成的。
这些功能关系之间的能量转化和守恒遵循着能量守恒定律。
以机械系统为例，当物体在重力作用下从高处滑下时，其势能转化为动能。
这个过程可以用功能关系进行描述，即重力势能和动能之间的转化关系。
根据能量守恒定律，这个过程中总能量保持不变。
类似地，在热系统中，热能可以转化为机械能或其他形式的能量。
这些能量之间的转化关系可以通过功能关系进行描述，而守恒的总能量则遵循能量守恒定律。
能量守恒定律是自然界中能量转化和守恒的基本规律。
它适用于各个学科领域，包括机械学、热学、电磁学和化学等。
功能关系则是能量守恒定律在不同领域的具体应用，描述了不同形式能量之间的转化关系。
通过研究和理解能量守恒定律和功能关系，我们可以更好地理解自然界中的各种现象和过程。
同时，这也为人类创造和利用能源提供了重要的理论基础。
功能关系和能量守恒
方法技巧 涉及弹簧的能量问题应注意 两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的过程，具 有以下特点： (1)能量变化上，如果只有重力和系统内弹簧弹力做功，系统机 械能守恒． (2)如果系统每个物体除弹簧弹力外所受合外力为零，则当弹簧 伸长或压缩到最大程度时两物体速度相同.
多维练透
1.如图所示，劲度系数为 k 的轻弹簧一端固定在墙上，一个小 物块(可视为质点)从 A 点以初速度 v0 向左运动，接触弹簧后运动到 C 点时速度恰好为零，弹簧始终在弹性限度内．A、C 两点间距离 为 L，物块与水平面间动摩擦因数为 μ，重力加速度为 g，则物块由 A 点运动到 C 点的过程中，下列说法正确的是( )
即 ΔE1＝W＋ΔE2，选项 C 正确，选项 D 错误． 答案：C
3．[2017·全国卷Ⅲ，16]如图，一质量为 m，长度为 l 的均匀柔
软细绳 PQ 竖直悬挂．用外力将绳的下端 Q 缓慢地竖直向上拉起至
M 点，M 点与绳的上端 P 相距13l.重力加速度大小为 g.在此过程中，
外力做的功为( )
答案：AC
考点三 能量守恒定律的应用 1．对能量守恒定律的理解 (1)转化：某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加， 且减少量和增加量一定相等． (2)转移：某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加， 且减少量和增加量相等．
2．运用能量守恒定律解题的基本思路
例 3 如图所示，一物体质量 m＝2 kg，在倾角 θ＝37°的斜面上 的 A 点以初速度 v0＝3 m/s 下滑，A 点距弹簧上端 B 的距离 AB＝4 m．当物体到达 B 点后将弹簧压缩到 C 点，最大压Байду номын сангаас量 BC＝0.2 m， 然后物体又被弹簧弹上去，弹到的最高位置为 D 点，D 点距 A 点的 距离 AD＝3 m，挡板及弹簧质量不计，g 取 10 m/s2，sin37°＝0.6， 求：
机械能守恒定律——功能关系、能量守恒课件
3、(多选)如图1所示，质量为m的小车在水平恒力F推动下，从山坡底部
A处由静止运动至高为h的B处，获得的速度为v，AB的水平距离为s，重
力加速度为g.下列说法正确的是(
)
A.小车克服重力所做的功是mgh
B.合力对小车做的功是 mv2 2
C.推力对小车做的功是Fs－mgh
D.阻力对小车做的功是 m2v2＋mgh－Fs
功能关系、能量守恒定律
能量守恒
1．内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式， 或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．
2．表达式ΔE减＝ΔE增．
3．基本思路(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加 量一定相等；(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加 量一定相等．
弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加 W弹＝Ep1－Ep2＝－ΔEp
机械能守恒ΔE＝0
除重力和弹力之 外的力做功
一对滑动摩 擦力的总功
机械能变化 内能变化
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；除重力和弹力之外的力做多少负功，物体的机械能就减 少多少 W除G、弹力外＝ΔE
2、静止在地面上的物体在竖直向上的恒力作用下上升，在某一高度撤 去恒力。不计空气阻力，在整个上升过程中，物体机械能随时间变化关 系是( )
3、 某物体沿光滑斜面由静止开始下滑至斜面底端的过程中，若不计空 气阻力，下列图像中能正确表示该物体的机械能E随位移X变化规律的 是（ ）
4、物体以100J的初动能从固定的斜面底端向上运动,当它过斜面 上的M点时,其动能减少了80J, 机械能减少了32J.如果物体从斜 面上返回底端,则物体到达底端时的动能为( )
功能关系能量守恒重点
功能关系能量守恒 重点来自导一、功能关系 (1)功是能量转化的量度，即做了多少功，就有多少能量 发生了转化．做功的过程一定伴随有能量的转化，而且能量 的转化必须通过做功来实现． 2．做功对应变化的能量形式 (1)合外力的功影响物体的动能的变化． (2)重力的功影响物体重力势能的变化． (3)弹簧弹力的功影响弹性势能变化． (4)除重力或系统内弹力以外的力做功影响物体机械能的 变化． (5)滑动摩擦力的功影响焦耳热的变化． (6)电场力的功影响电势能的变化． (7)分子力的功影响分子势能的变化．
能的增量 动到N点的过程中（ ）
D．力F、重力、阻力三者的合力所做的功等于物体机械能的增量 B．0～x1过程中物体的动能一定先增加后减小，最后为零 滑块a、b的质量均为m，a套在固定竖直杆上，与光滑水平地面相距h，b放在地面上．a、b通过铰链用刚性轻杆连接，由静止开始运动 。
D．x1～x2过程中物体可能做匀加速直线运动，也可能做匀减速直线运动 D．x1～x2过程中物体可能做匀加速直线运动，也可能做匀减速直线运动 滑块a、b的质量均为m，a套在固定竖直杆上，与光滑水平地面相距h，b放在地面上．a、b通过铰链用刚性轻杆连接，由静止开始运动 。
面则: B．0～x1过程中物体的动能一定先增加后减小，最后为零
C．力F做的功和阻力做的功之和等于物体机械能的增量 如图所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落
功能关系能量守衡
课堂互动讲练
特别提醒
应用能量守恒定律解决有关问 题，关键是准确分析有多少种形 式的能在变化，求出减小的总能 量和增加的总能量，然后再依据 能量守恒列式求解．
高频考点例析
题型一 功能关系的应用
例1 如图5－4－1所示，卷扬机的
绳索通过定滑轮用力F拉位于粗糙 斜面上的木箱，使之沿斜面加速 向上移动．在移动过程中，下列 图5－4－1 说法正确的是( ) A．F对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服 摩擦力所做的功之和 B．F对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力 所做的功之和 C．木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力势能 D．F对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克 服摩擦力做的功之和
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高频考点例析
【规律总结】 利用能量 守恒分析问题时，一定要分清 楚总共有几种形式的能参与转 化．哪种形式的能减少，哪种 形式的能增加，最后利用增加 量等于减少量列式求解．
高频考点例析
变式训练
3．传统的能源——煤和石油，在利用过程中将产 生严重的环境污染，而且储量有限，有朝一日将被开 采尽．因此，寻找无污染的新能源是人们努力的方 向，利用风力发电即是一例，我国已建立了一定规模 的风力发电站．假设某地强风的风速约为v＝20m/s， 空气的密度为ρ＝1.3 kg/m3，如果通过横截面积为S＝ 20 m2的风的动能有20%转化为电能，则发电机输出的 电功率的大小约为多少？(结果保留一位有效数字)
(3)在静摩擦力做功的过程中，有机械能的转移，而没有 机械能转化为内能． 2．滑动摩擦力做功的特点 (1)滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以做负功，还可 以不做功． (2)相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦力做 功将产生两种可能效果．①机械能全部转化为内能；②有一 部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外部分转化为内 能． (3)摩擦生热的计算：Q＝Ffs相对．
第13课时 功能关系 能量守恒定律
维启动]4－1所示，质量为m 的物体(可点)以某一速度从A 点冲上倾角为定斜面，其运动的加速度为34， 在斜面上上升的最大高度为h ， 图5－4－1个过程中物体：13课时 功能关系 能量守恒定律[基础引导]如图所示，质量为m 的物体（可视为质点）以某一速度从A 点冲上倾角为300的固定斜面，其运动的加速度为34g,此物体在斜面上上升的最大高度为h ，则在这个过程中物体：（1）重力势能增加了多少？ （2）动能损失了多少？（3）机械能损失了多少？[知识梳理] 一、功能关系 1．功和能的关系做功的过程就是 的过程，功是能量转化的 ．2.几种常见的功能关系表达式 (1)合外力做功等于物体动能的改变 即W 合＝E k2－E k1＝ΔE k (动能定理) (2)重力做功等于物体重力势能的减少 即W G ＝E p1－E P2＝－ΔE p(3)弹簧弹力做功等于弹性势能的减少 即W 弹＝E p1－E p2＝－ΔE p(4)除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功，等于物体机械能的改变 即W 其他力＝E 2－E 1＝ΔE 。
(功能原理) (5)电场力做功等于电荷电势能的减少 即W 电＝E p1－E p2＝－ΔE p 二、能量守恒定律1．内容：能量既不会消灭，也 ，它只会从一种形式 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＝ ． [讲练平台]例1：电机带动水平传送带以速度v 匀速转动，一质量为m 的小木块由静止轻放在传送带上(传送带足够长)，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，如图所示，当小木块与传送带相对静止时，求：(1)小木块的位移； (2)传送带转过的路程； (3)小木块获得的动能； (4)摩擦过程产生的摩擦热．例2：如图所示，某人乘雪橇沿雪坡经A 点滑至B 点，接着沿水平路面滑至C 点停止．人与雪橇的总质量为70 kg.表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据，请根据图表中的数据解决下列问题：(g ＝10 m/s2)(1)人与雪橇从A 到B 的过程中，损失的机械能为多少？ (2)设人与雪橇在BC 段所受阻力恒定，求阻力大小．例3：如图所示，将质量均为m ，厚度不计的两物块A 、B 用轻质弹簧相连接．第一次只用手托着B 物块于H 高处，A 在弹簧的作用下处于静止状态，现将弹簧锁定，此时弹簧的弹性势能为E p ，现由静止释放A 、B ，B 物块着地后速度立即变为零，同时弹簧解除锁定，在随后的过程中B 物块恰能离开地面但不继续上升．第二次用手拿着A 、B 两物块，使弹簧竖直并处于原长状态，此时物块B 离地面的距离也为H ，然后由静止同时释放A 、B ，B 物块着地后速度同样立即变为零，试求：(1)第二次释放A 、B 后，A 上升至弹簧恢复原长时的速度大小v 1； (2)第二次释放A 、B 后，B 刚要离开地面时A 的速度大小v 2.练1．如图一质量均匀的不可伸长的绳索重为G ，A 、B 两端固定在天花板上，今在最低点C 施加一竖直向下的力将绳拉至D 点，在此过程中绳索AB 的重心位置将( )A ．逐渐升高B ．逐渐降低C ．先降低后升高D ．始终不变练2．（多选）短跑比赛上，运动员采用蹲踞式起跑，在发令枪响后，左脚迅速蹬离起跑器，在向前加速的同时提升身体重心，示意图如图所示。