高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题14 功能关系与能量守恒解析版Word文件下载.docx
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类别
比较
静摩擦力
滑动摩擦力
不同
点
能量的
转化方面
只有能量的转移，而没有能量的转化
既有能量的转移，又有能量的转化
一对摩擦力
的总功方面
一对静摩擦力所做功的代数和等于零
一对滑动摩擦力所做功的代数和不为零，总功W＝－Ffl相对，即相对滑动时产生的热量
相
同
正功、负功、
不做功方面
两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功
滑块——滑板模型中能量的转化问题
【例1】.（多选）如图所示，长木板A放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度v0冲上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中，下述说法中正确的是（ ）
A．物体B动能的减少量等于系统损失的机械能
B．物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量
C．物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和
D．摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量
【答案】CD.
【解析】物体B以水平速度冲上木板A后，由于摩擦力作用，B减速运动，木板A加速运动，根据能量守恒定律，物体B动能的减少量等于木板A增加的动能和产生的热量之和，选项A错误；
根据动能定理，物体B克服摩擦力做的功等于物体B损失的动能，选项B错误；
由能量守恒定律可知，物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和，选项C正确；
摩擦力对物体B做的功等于物体B动能的减少量，摩擦力对木板A做的功等于木板A动能的增加量，由能量守恒定律，摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量，选项D正确．
【变式1】
（2019·
河北定州中学模拟）如图所示，质量为M的木块静止在光滑的水平面上，质量为m的子弹
以速度v0沿水平方向射中木块并最终留在木块中与木块一起以速度v运动．已知当子弹相对木块静止时，
木块前进距离L，子弹进入木块的深度为L′，木块对子弹的阻力为F（F视为恒力），则下列判断正确的是
（ ）
A．子弹和木块组成的系统机械能不守恒B．子弹克服阻力所做的功为FL′
C．系统产生的热量为F（L＋L′）D．子弹对木块做的功为
Mv2
【答案】AD
【解析】子弹打入木块，子弹和木块位移不相等，所以相互作用力对子弹做的功即子弹动能的减少量，与相互作用力对木块做的功即木块动能的增加量不相等，因此有内能产生，系统机械能不守恒，二者之差即为产生的内能．力做的功等于力乘以物体在力的方向上的位移．此过程中由于有内能产生，子弹和木块组成的系统机械能不守恒，A正确；
子弹克服阻力所做的功即阻力所做的功的大小为F（L＋L′），B错误；
根据能量守恒得，摩擦力与相对位移的乘积等于系统能量的损失，系统产生的热量为FL′，C错误；
对木块运用动能定理得，fL＝
Mv2，D正确．
【变式2】如图所示，木块A放在木块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W1，生热Q1；
第二次让B在光滑水平面上可自由滑动，F做功W2，生热Q2.则下列关系中正确的是（ ）
A．W1<
W2，Q1＝Q2B．W1＝W2，Q1＝Q2C．W1<
W2，Q1<
Q2D．W1＝W2，Q1<
Q2
【答案】A
【解析】在A、B分离过程中，第一次和第二次A相对于B的位移是相等的，而热量等于滑动摩擦力乘以相对位移，因此Q1＝Q2；
在A、B分离过程中，第一次A的对地位移要小于第二次A的对地位移，而功等于力乘以对地位移，因此W1＜W2，所以选项A正确．
传送带模型中能量的转化问题
【例2】.（2019·
福建八县联考）如图所示，足够长的传送带以恒定速率顺时针运行，将一个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，匀速运动到达传送带顶端．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
C．第一阶段物体和传送带间的摩擦生热等于第一阶段物体机械能的增加
D．物体从底端到顶端全过程机械能的增加等于全过程物体与传送带间的摩擦生热
【答案】C.
【解析】第一阶段物体受到沿斜面向上的滑动摩擦力；
第二阶段物体受到沿斜面向上的静摩擦力做功，两个阶段摩擦力方向都跟物体运动方向相同，所以两个阶段摩擦力都做正功，故A错误；
根据动能定理得知，外力做的总功等于物体动能的增加，第一阶段，摩擦力和重力都做功，则第一阶段摩擦力对物体做的功不等于第一阶段物体动能的增加，故B错误；
由功能关系可知，第一阶段摩擦力对物体做的功（除重力之外的力所做的功）等于物体机械能的增加，即ΔE＝W阻＝F阻s物，摩擦生热为Q＝F阻s相对，又由于s传送带＝vt，s物＝
t，所以s物＝s相对＝
s传送带，即Q＝ΔE，故C正确；
第二阶段没有摩擦生热，但物体的机械能继续增加，故D错误．
【例2】
山西大学附属中学模拟）如图甲所示，一倾角为37°
的传送带以恒定速度运行．现将一质量m＝1kg的物体抛上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，取沿传送带向上为正方向，g取10m/s2，sin37°
＝0.6，cos37°
＝0.8.则下列说法正确的是（ ）
A．0～8s内物体位移的大小是18mB．0～8s内物体机械能增量是90J
C．0～8s内物体机械能增量是84JD．0～8s内物体与传送带因摩擦产生的热量是126J
【答案】BD
【解析】从题图乙求出0～8s内物体位移的大小s＝14m，A错误；
0～8s内，物体上升的高度h＝ssinθ＝8.4m，物体机械能增量ΔE＝ΔEp＋ΔEk＝90J，B正确，C错误；
0～6s内物体的加速度a＝μgcosθ－gsinθ＝1m/s2，得μ＝
，传送带速度大小为4m/s，Δs＝18m,0～8s内物体与传送带摩擦产生的热量Q＝μmgcosθ·
Δs＝126J，D正确．
【变式2】
泉州模拟）如图所示为地铁站用于安全检查的装置，主要由水平传送带和X光透视系统两部分组成，传送过程传送带速度不变．假设乘客把物品轻放在传送带上之后，物品总会先、后经历两个阶段的运动，用v表示传送带速率，用μ表示物品与传送带间的动摩擦因数，则（ ）
A．前阶段，物品可能向传送方向的相反方向运动
B．后阶段，物品受到摩擦力的方向跟传送方向相同
C．v相同时，μ不同的等质量物品与传送带摩擦产生的热量相同
D．μ相同时，v增大为原来的2倍，前阶段物品的位移也增大为原来的2倍
【答案】C
【解析】.物品轻放在传送带上，前阶段，物品受到向前的滑动摩擦力，所以物品的运动方向一定与传送带的运动方向相同，故A错误；
后阶段，物品与传送带一起做匀速运动，不受摩擦力，故B错误；
设物品匀加速运动的加速度为a，由牛顿第二定律得Ff＝μmg＝ma，物品的加速度大小为a＝μg，匀加速的时间为t＝
＝
，位移为x＝
t，传送带匀速的位移为x′＝vt，物品相对传送带滑行的距离为Δx＝x′－x＝
，物品与传送带摩擦产生的热量为Q＝μmgΔx＝
mv2，则知v相同时，μ不同的等质量物品与传送带摩擦产生的热量相同，故C正确；
前阶段物品的位移为x＝
，则知μ相同时，v增大为原来的2倍，前阶段物品的位移增大为原来的4倍，故D错误．
热点题型二对功能关系的理解和应用
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．功是能量转化的量度，力学中几种常见的功能关系如下
【例3】
（2018·
高考全国卷Ⅰ）如图，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R;
bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点．一质量为m的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动．重力加速度大小为g.小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为（ ）
A．2mgR B．4mgRC．5mgRD．6mgR
【解析】.设小球运动到c点的速度大小为vc，则对小球由a到c的过程，由动能定理有F·
3R－mgR＝
mv
，又F＝mg，解得vc＝2
，小球离开c点后，在水平方向做初速度为零的匀加速直线运动，竖直方向在重力作用下做匀减速直线运动，由牛顿第二定律可知，小球离开c点后水平方向和竖直方向的加速度大小均为g，则由竖直方向的运动可知，小球从离开c点到其轨迹最高点所需的时间为t＝
＝2
，在水平方向的位移大小为x＝
gt2＝2R.由以上分析可知，小球从a点开始运动到其轨迹最高点的过程中，水平方向的位移大小为5R，则小球机械能的增加量为ΔE＝F·
5R＝5mgR，C正确，A、B、D错误．
【变式1】起跳摸高是学生经常进行的一项体育活动．一质量为m的同学弯曲两腿向下蹲，然后用力蹬地起跳，从该同学用力蹬地到刚离开地面的起跳过程中，他的重心上升了h，离地时他的速度大小为v.下列说法正确的是（ ）
A．起跳过程中该同学机械能增加了mghB．起跳过程中该同学机械能增量为mgh＋
mv2
C．地面的支持力对该同学做的功为mgh＋
mv2D．该同学所受的合外力对其做的功为
mv2＋mgh
【答案】B
【解析】该同学重心升高了h，重力势能增加了mgh，又知离地时获得动能为
mv2，则机械能增加了mgh＋
mv2，A错误，B正确；
该同学在与地面作用过程中，在支持力方向上的位移为零，则支持力对该同学做功为零，C错误；
该同学所受合外力做的功等于动能的增量，则W合＝
mv2，D错误．
【变式2】轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m＝0.5kg的物块相连，如图甲所示，弹簧处于原长状
态，物块静止，物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2.以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴，
现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图乙所示，物块运动至x＝0.4m处时速度为零，
则此时弹簧的弹性势能为g取10m/s（ ）
A．3.1J B．3.5JC．1.8JD．2.0J
【答案】 A
【解析】 物块与水平面间的摩擦力为Ff＝μmg＝1N．现对物块施加水平向右的外力F，由Fx图象面积表示功可知，物块运动至x＝0.4m处时F做功W＝3.5J，克服摩擦力做功Wf＝Ffx＝0.4J．由功能关系可知W－Wf＝Ep，此时弹簧的弹性势能为Ep＝3.1J，选项A正确．
热点题型三 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．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
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