功能关系 能量守恒定律
第4节 功能关系 能量守恒定律
4
从点冲上倾角为30∘ 的固定斜面，其减速运动的加速度大小为
（为重力加速度），此物体在斜面上能够上升的最大高度为ℎ，则在这个过程中
物体(
AB
)
A.重力势能增加了ℎ
1
B.机械能损失了 ℎ
2
C.动能损失了ℎ
1
D.克服摩擦力做功 ℎ
4
[解析] 加速度大小 =
sin 30∘ +f
2.常见的功能关系
能量
功能关系
表达式
重力做的功等于重力势能减少量
势能
弹力做的功等于弹性势能减少量
= p1 − p2 = −Δ
静电力做的功等于电势能减少量
p
分子力做的功等于分子势能减少量
动能
合外力做的功等于物体动能变化量
1
2
= k2 − k1 =
1
2
2 − 02
续表
能量
形定则可知，合力方向与轻绳方向的夹角为45∘ ，所以轻绳对滑轮作用力的方向不是
竖直向下的，故A错误；对受力分析，受到重力、斜面的支持力、轻绳的拉力以及滑
动摩擦力作用，根据动能定理可知，动能的增加量等于拉力、重力以及摩擦力做功
之和，而摩擦力做负功，则拉力和重力对做功之和大于动能的增加量，故B正确；
只有机械能从一个物体 （1）一部分机械能从一个物体转移到
能量的 转移到另一个物体，而 另一个物体
转化
没有机械能转化为其他 （2）一部分机械能转化为内能，此部
形式的能
分能量就是系统机械能的损失量
续表
类型
比较
不
一对摩
同
擦力的
点
总功
相同点
静摩擦力做功
功能关系 能量守恒定律
图4
A．m＝M B．m＝2M C．木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度 大于下滑的加速度 D．在木箱与货物从顶端滑到最低点的过 程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的 弹性势能
解析：自下滑至弹簧压缩到最短的过程中， 解析：自下滑至弹簧压缩到最短的过程中，由能 量守恒有： 量守恒有： h (m＋M)gh＝µ(m＋M)gcos30°· ＋ ＝ ＋ ＋E 弹① sin30° 自木箱反弹到轨道顶端的过程中， 由能量守恒有： 自木箱反弹到轨道顶端的过程中， 由能量守恒有： h E 弹＝Mgµcos30°· ＋Mgh② ② sin30° 联立①②得 联立①②得，m＝2M，B 正确． ①② ＝ ， 正确．
高分通道 摩擦力做功和内能的转化问题中，一对滑 动摩擦力做功的和总为负值，其绝对值等 于摩擦力与相对位移的乘积，也等于系统 损失的机械能(也等于转化为内能的量)． ( )
►变式2：如图3所示，某人乘雪橇从雪坡 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)
图3
A B C 位置 速度 2.0 12.0 0 (m/s) 0 4 10 (s) 时刻(s) (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．
解析： 解析：首先根据表格中的数据计算出动能的变化量及 重力势能的变化量，并进一步计算出机械能的变化量；在 重力势能的变化量，并进一步计算出机械能的变化量； BC 段上，可根据 ∆v＝at 及牛顿第二定律计算出阻力． 段上， ＝ 及牛顿第二定律计算出阻力． (1)从 A 到 B 的过程中，人与雪橇损失的机械能为 从 的过程中， 1 2 1 2 ∆E＝mgh＋ mvA－ mvB ＝ ＋ 2 2 1 1 2 ＝(70×10×20＋ ×70×2.0 － ×70×12.02) J × × ＋ × × 2 2 ＝9100 J
功能关系能量守恒定律 教学设计教案
功能关系能量守恒定律教学设计教案第一章：能量守恒定律简介1.1 能量守恒定律的定义1.2 能量守恒定律的历史发展1.3 能量守恒定律的重要性和应用范围第二章：能量的种类与转换2.1 机械能2.2 热能2.3 电能2.4 化学能2.5 能量转换的原理和方式第三章：功能关系的基本概念3.1 功的定义3.2 功率的概念3.3 效率的计算3.4 功能关系的表达式第四章：功能关系能量守恒定律的证明4.1 能量守恒定律的数学表达式4.2 能量守恒定律的实验验证4.3 能量守恒定律的微观解释第五章：功能关系能量守恒定律的应用5.1 机械系统中的能量守恒5.2 热力学系统中的能量守恒5.3 电学系统中的能量守恒5.4 化学反应中的能量守恒第六章：能量守恒定律在日常生活和工业中的应用6.1 交通工具的能量转换与守恒6.2 照明设备中的能量转换与守恒6.3 热机的工作原理与能量守恒6.4 节能减排与能量守恒的关系第七章：功能关系能量守恒定律在不同学科领域的应用7.1 物理学中的能量守恒应用7.2 化学工程中的能量守恒应用7.3 生物学中的能量守恒应用7.4 环境科学中的能量守恒应用第八章：能量守恒定律在现代科技中的应用8.1 太阳能电池的能量转换与守恒8.2 风力发电的能量转换与守恒8.3 核能发电的能量转换与守恒8.4 未来能源技术的发展趋势第九章：功能关系能量守恒定律的哲学思考与伦理问题9.1 能量守恒定律与宇宙的终极命运9.2 能量守恒定律与人类生存的关系9.3 能源消耗与可持续发展9.4 能源伦理问题探讨第十章：能量守恒定律的教学实践与评价10.1 能量守恒定律的教学目标与方法10.2 能量守恒定律的教学设计与实施10.3 学生学习评价与反思10.4 教学资源的整合与拓展重点和难点解析一、能量守恒定律简介难点解析：理解能量守恒定律的重要性及其在各个领域的应用。
二、能量的种类与转换难点解析：掌握各种能量之间的转换关系和能量守恒在转换过程中的体现。
高中物理精品课件：第4讲 功能关系 能量守恒定律
考点一
功能关系的理解和应用
基础梳理 夯实必备知识
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.
第六章 机械能
第4讲 功能关系 能量守恒定律
目标 1.熟练掌握几种常见的功能关系，并会用于解决实际问题.2.掌握一对摩擦力做功与能量转化 要求 的关系.3.会应用能量守恒观点解决综合问题.
3.一木块静置于光滑水平面上，一颗子弹沿水平方向飞来射入木块中.当
子弹进入木块的深度达到最大值2.0 cm时，木块沿水平面恰好移动距离
例6 (2020·浙江1月选考·20)如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台 面上的固定弹射器、竖直圆轨道(在最低点E分别与水平轨道EO和EA相 连)、高度h可调的斜轨道AB组成.游戏时滑块从O点弹出，经过圆轨道并 滑上斜轨道.全程不脱离轨道且恰好停在B端则视为游戏成功.已知圆轨道 半径r＝0.1 m，OE长L1＝0.2 m，AC长L2＝0.4 m，圆轨道和AE光滑，滑 块与AB、OE之间的动摩擦因数μ＝0.5.滑块质量m＝2 g且可视为质点， 弹射时从静止释放且弹簧的弹性势能完全转 化为滑块动能.忽略空气阻力，各部分平滑连 接.求：
A.小球P的动能一定在减小
√B.小球P的机械能一定在减少
C.小球P与弹簧系统的机械能一定在增加 D.小球P重力势能的减小量大于弹簧弹性势能的增加量
例3 (多选)(2020·全国卷 Ⅰ·20)一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端
从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直 线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10 m/s2.则
第17讲 功能关系 能量守恒定律
1.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.
例2 [2022·北京东城二模] 如图所示，传送带与水平面夹角 ，底端到顶端的距离 ，运行速度大小 .
C
[解析] 由动能定理可知，传送带对小物块做的功为 ，可知速度变为原来的两倍，则传送带对小物块做的功变为原来的四倍，故A错误；小物块与传送带速度相等，所用的时间为 ，由于加速度相同，速度变为原来的2倍，则时间变为原来的2倍，传送带发生的位移为 ，则位移变为原来的四倍，则小物块对传送带做的功变为原来的4倍，故B错误；小物块达到与传送带速度相等过程中的平均速度为 ，由于速度变为原来的2倍，且摩擦力相同，根据 ，可知传送带对小物块做功的平均功率变为原来的2倍，故C正确；小物块达到与传送带速度相等过程中的相对位移为 ，由于速度变为原来的2倍，时间也变为原来的2倍，则相对位移变为原来的4倍，由 可知，因摩擦而产生的热量变为原来的4倍，故D错误.
C
[解析] 物块刚放上传送带时，所受摩擦力沿传送带向上，根据牛顿第二定律得 ，解得 ，物块速度与传送带速度相等的时间 ，之后，由于 ，摩擦力突变为静摩擦力，大小为 ，物块与传送带保持相对静止向上滑动，物块加速阶段的位移 ，物块与传送带保持相对静止运动的时间 ，物块从斜面底端到达顶端的时间 ，物块相对传送带的位移大小为 ，故A，B错误；物块被运送到顶端的过程中，摩擦力对物块做功为 ，故C正确；物块被运送到顶端的过程中，电动机对传送带做功转化为焦耳热和物块增加的机械能，其大小为 ，故D错误.
功能关系及能量守恒(课件)高一物理(人教版2019必修第二册)
常见命题点
命题点一：功能关系的理解
1.只涉及动能的变化用动能定理分析. 2.只涉及重力势能的变化，用重力做功与重力势能变化 的关系分析. 3.只涉及机械能的变化，用除重力和弹簧的弹力之外的 其他力做功与机械能变化的关系分析.
常见题型
命题点二：功能关系的综合应用
例.如图，建筑工地上载人升降机用不计质量的细钢绳跨过定滑轮与一电动机 相连，通电后电动机带动升降机沿竖直方向先匀加速上升后匀速上升。摩擦
(2)小球落地点C与B的水平距离s为多少？
(3) 若H一定，R多大时小球落地点C与B水平距离s最远？该水
平距离的最大值是多少？
常见题型
命题点三：摩擦力做功与能量转化
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.
常见题型
除了重力和弹力之外，系统中其他内 外力做功的代数和。
这个功能关系具有普遍意义
三、功能关系
E机 mgx cos 想一想：机械能减小了，是消失了吗？
能量守恒：
E机 Q
Q mgx cos
摩擦生热等于克服摩擦力做功?
三、功能关系
M
mv
地面光滑
动能定理：
x1 x2
mgx2 Ek1 mgx1 Ek2
时会触发闭合装置将圆轨道封闭。(取g=10 m/s2,sin 53°=0.8,cos
53°=0.6)求:
(1)小物块与水平面间的动摩擦因数μ1; (2)弹簧具有的最大弹性势能Ep; (3)要使小物块进入竖直圆轨道后不脱
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。
功能关系 能量守恒定律：3(粤教版)
[复习过关]
链条状物体特点（重心移动）
如图所示，长为 的均匀链条放在光滑水平桌面 上，且使长度有 垂在桌边，松手后链条从静止开 始沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离开桌边时的速度 大小为
一、
二、
三、
8．如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液 体，液体质量为m.在管口右端用盖板A密闭，两边液 面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，拿去盖 板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管 内液体停止运动，则该过程中产生的内能为( )
．物体克服摩擦力做功时，能量由机械能转化为内 能．
．摩擦力做功产生的内能： ＝ ， 为路程
一、
二、
三、
答案 B
解析 两次压力(大小等于木块的重力)大小相同， 动摩擦因数不变，所以摩擦力大小相同，故A错 误；摩擦产生的热等于摩擦力所做的功，由A项知 道摩擦力不变，距离为两物体的相对位移即木板 的长度．因为在两个过程中摩擦力不变，距离不 变(木板长)所以因摩擦产生的热相同，故B正确； 木板固定时候木块移动距离比木板不固定时移动 的距离短，所以做功不相同，故C错误；由C项可 知F对木块做功不同，由动能定理：动能的变化等 于合外力所做的功，摩擦力做功相等，F做功不 同，所以木块获得的动能不相同，故D错误．
vB＝ 6gl
③
若 P 能沿圆轨道运动到 D 点，其到达 D 点时的向心力不能
小于重力，即 P 此时的速度大小 v 应满足
mlv2－mg≥0
④
设 P 滑到 D 点时的速度为 vD，由机械能守恒定律得
12mv2B＝12mv2D＋mg·2l
⑤
联立③⑤式得 vD＝ 2gl
⑥
vD 满足④式要求，故 P 能运动到 D 点，并从 D 点以速度 vD 水平射出。设 P 落回到轨道 AB 所需的时间为 t，由运动学
高考物理一轮总复习(固考基+抓细节+重落实)5-4 功能关系与能量守恒定律的应用课件(含13高考、14模拟)
2 v ＋W 克， 物
4.如图 5－ 4－ 2 所示，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 C．先降低后升高 B．逐渐降低 D．始终不变
图 5－ 4－ 2
图 5－ 4－ 1
A．物块的机械能逐渐增加 1 B．软绳重力势能共减少了 mgl 4 C．物块重力势能的减少等于软绳克服摩擦力所做的功 D．软绳重力势能的减少小于其动能的增加与克服摩擦 力所做功之和
【解析】
取斜面最高点为参考平面，软绳重力势能减
l l 1 少量 ΔEp 绳 ＝mg －mg sin 30° ＝ mgl，选项 B 正确；物块向 2 2 4 下运动，对物块，除重力以外，绳拉力对物块做负功，物块 机械能减少， 选项 A 错误； 设 W 克为软绳克服摩擦力做的功， 1 2 1 对系统由功能关系得 ΔEp 绳 ＋ΔEp 物＝ mv ＋ m 2 2 1 又因为 ΔEp 物 ＞ m 物 v2，故选项 C 错而 D 对． 2
【审题指导】 (1)物体是否一直做匀加速直线运动？传 送带对物体做功时，哪些能发生转化？根据功能关系计算传 送带对物体做的功． (2)传送带与物体之间发生了相对滑动，怎样计算因摩擦 产生的热量？电动机做的功使哪些能量发生了转化？利用功 能关系计算电动机做的功．
【答案】 BC
2． (2013· 广州模拟 )下列说法正确的是 (
)
A．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量， 但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化 和守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形 式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
功能关系和能量守恒定律
功能关系和能量守恒定律班级__________ 座号_____ 姓名__________ 分数__________一、知识清单1．功能关系__能量守恒定律1．功和能(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有能量的转化，而且能量的转化必须通过做功来实现。
2．力学中常用的四种功能对应关系(1)合外力做功等于物体动能的变化：即W合＝E k2－E k1＝ΔE k。
(动能定理)即W G＝E p1－E p2＝－ΔE p。
即W弹＝E p1－E p2＝－ΔE p。
等于物体机械能的变化，即W其他＝E2－E1＝ΔE。
(功能原理) 2．应用功能关系解题的基本思路（1）受力分析：按照“一重二弹三摩擦”的顺序分析受力；（2）做功分析：判断力是否做功，做正功还是负功；（3）能量分析：“（N+1）原则”，N个力做功对应（N+1）种能量转化，明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少；（4）功能关系：求某种能量的变化找出与之对应的力做功；求力做的功找出与之对应的能量变化。
（5）能量守恒：列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式，列出能量守恒关系式：ΔE减＝ΔE增．3．功能关系的选用原则(1)在应用功能关系解决具体问题的过程中，若只涉及动能的变化用动能定理分析．(2)只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析．(3)只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析．4．功能关系中的图像问题例题1． (多选)(2013·大纲卷)如图9，一固定斜面倾角为30°，一质量为m 的小物块自斜面底端以一定的初速度，沿斜面向上做匀减速运动，加速度的大小等于重力加速度的大小g 。
若物块上升的最大高度为H ，则此过程中，物块的( )A ．动能损失了2mgHB ．动能损失了mgHC ．机械能损失了mgHD ．机械能损失了12mgH2． 质量为M 的物体其初动能为100 J,从倾角为θ的足够长的斜面上的A 点向上匀减速滑行,到达斜面上的B 点时物体动能减少了80 J,机械能减少了32 J,若μ<tanθ,则当物体回到A 点时具有的动能为（ ） A.60 J B.20 J C.50 J D.40 J3． （2009上海）小球由地面竖直上抛，上升的最大高度为H ，设所受阻力大小恒定，地面为零势能面．在上升至离地高度h 处，小球的动能是势能的两倍，在下落至离地高度h 处，小球的势能是动能的两倍，则h 等于( ) A ．H /9B ．2H /9C ．3H /9D ．4H /94． （2005辽宁）一物块由静止开始从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点，在此过程中重力对物块做的功等于（ ）A ．物块动能的增加量B ．物块重力势能的减少量与物块克服摩擦力做的功之和C ．物块重力势能的减少量和物块动能的增加量以及物块克服摩擦力做的功之和D ．物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和5．（2014•潍坊一模）如图所示，轻质弹簧下端固定在倾角为θ的粗糙斜面底端的挡板C 上，另一端自然伸长到A 点．质量为m 的物块从斜面上B 点由静止开始滑下，与弹簧发生相互作用，最终停在斜面上某点．下列说法正确的是（ ）A ．物块第一次滑到A 点时速度最大B ．物块停止时一定在A 点C ．在物块滑到最低点的过程中，物块减少的重力势能全部转化成弹簧的弹性势能D ．在物块的整个运动过程中，克服弹簧弹力做的功等于重力和摩擦力做功之和6．(多选)(2014·北京西城区期末)如图4甲所示，物体以一定的初速度从倾角α＝37°的斜面底端沿斜面向上运动，上升的最大高度为3.0 m 。