《功能關(guān)系》高中物理二十一世紀(jì)，誰掌握了新能源，誰就掌握了整個(gè)世界！——韓方明(中國首席能源專家）高中物理能量的概念和能量的形式如果一個(gè)物體能夠?qū)ν庾龉Γ驼f這個(gè)物體具有能量。能量的形式：機(jī)械能、內(nèi)能、電能、太陽能、化學(xué)能、生物能、核能，光能等．功是能量轉(zhuǎn)化的量度不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的重力做功：重力勢(shì)能與其他形式能相互轉(zhuǎn)化彈力做功：彈性勢(shì)能與其他形式能相互轉(zhuǎn)化合力做功：動(dòng)能與其他形式能相互轉(zhuǎn)化重力（或彈力）以外力做功：機(jī)械能與其他形式能相互轉(zhuǎn)化高中物理磁能電能發(fā)電機(jī)1831年

法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象高中物理一、能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變

。說明：該定律是貫穿整個(gè)物理學(xué)的基本規(guī)律之一，是解決物理學(xué)問題的一個(gè)重要方法。要分清系統(tǒng)中有多少種形式的能，發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)化特點(diǎn)：能量的形式發(fā)生變化轉(zhuǎn)移特點(diǎn)：能量的形式?jīng)]有變高中物理既然能量是守恒的，不可能消滅。那么為什么我們還要經(jīng)常強(qiáng)調(diào)要節(jié)約能源呢？能源：凡是能夠提供可利用能量的物質(zhì)統(tǒng)稱為能源。含有不可利用或不方便利用能量的物質(zhì)不能稱為能源。能源分類：常規(guī)能源：煤、石油、天然氣叫做常規(guī)能源，是不可再生的，人類消耗的能量主要是常規(guī)能源．常規(guī)能源的大量消耗帶來了環(huán)境問題溫室效應(yīng)、酸雨等新能源：太陽能、風(fēng)能、地?zé)?、核能等高中物理滾珠永動(dòng)機(jī)磁力永動(dòng)機(jī)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因

：根據(jù)能量守恒定律，任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.永動(dòng)機(jī)的夢(mèng)想蒸汽機(jī)消耗煤炭，內(nèi)燃機(jī)消耗汽油或柴油，電動(dòng)機(jī)消耗電力，有沒有一種機(jī)器，它不消耗任何燃料或動(dòng)力，卻可以不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，源源不斷的對(duì)外做功呢？這種機(jī)器被稱為永動(dòng)機(jī)。高中物理能量轉(zhuǎn)化的方向性內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不會(huì)自發(fā)的由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移；機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能不可全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化。由于能量轉(zhuǎn)化具有方向性，因此第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的高中物理二、功能關(guān)系力做功能的變化定量關(guān)系合力的功動(dòng)能變化W＝Ek2－Ek1＝ΔEk重力的功重力勢(shì)能變化(1)重力做正功，重力勢(shì)能減少(2)重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加(3)WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2彈簧彈力的功彈性勢(shì)能變化(1)彈力做正功，彈性勢(shì)能減少(2)彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加(3)WF＝－ΔEp＝Ep1－Ep2高中物理力做功能的變化定量關(guān)系只有重力、彈簧彈力做功不引起機(jī)械能變化機(jī)械能守恒ΔE＝0除重力和彈簧彈力之外的其他力做的功機(jī)械能變化(1)其他力做多少正功，物體的機(jī)械能就增加多少(2)其他力做多少負(fù)功，物體的機(jī)械能就減少多少(3)W＝ΔE一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力的總功內(nèi)能變化作用于系統(tǒng)的一對(duì)滑動(dòng)摩擦力一定做負(fù)功，系統(tǒng)內(nèi)能增加Q＝Ff·L相對(duì)高中物理例1：自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)幅度越來越小，下列說法正確的是（

D

）A．機(jī)械能守恒B．能量正在消失C．只有動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化D．減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒例2：關(guān)于“節(jié)約能源”下列說法正確的是（A．由于自然界的能量的總和是守恒的，所以節(jié)約能源是毫無意義的B．浪費(fèi)能源只是浪費(fèi)個(gè)人金錢，對(duì)整個(gè)社會(huì)和自然界是無關(guān)緊要的，因?yàn)槟芰渴鞘睾愕腃．從能量轉(zhuǎn)化的角度看，自然界中宏觀過程是有方向性的，能量的利用受這種方向性的制約，所以“節(jié)約能源”對(duì)人類社會(huì)發(fā)展有很大影響D．上述說法都是錯(cuò)誤的C ）高中物理子彈的內(nèi)能增加了fd子彈和木塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒C．木塊增加的動(dòng)能為fxD．子彈動(dòng)能的減少等于木塊動(dòng)能的增加xd根據(jù)能量守恒，子彈和木塊損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，所以子彈和木塊內(nèi)能增加為fd，A錯(cuò)誤因?yàn)樵撨^程產(chǎn)生了內(nèi)能，所以子彈和木塊組成的系統(tǒng)機(jī)械能減少，損失的機(jī)械能為fd，B錯(cuò)誤對(duì)木塊應(yīng)用動(dòng)能定理可知：fx=ΔEk，C正確根據(jù)能量守恒定律可知，子彈動(dòng)能的減少，一部分增加了木塊的動(dòng)能，另一部分轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，所以子彈動(dòng)能的減少大于木塊動(dòng)能的增加，D錯(cuò)誤例3：如圖所示，一木塊靜止在光滑水平地面上，一顆子彈水平射入木塊中（子彈可視為質(zhì)點(diǎn)），此過程中木塊受到的平均阻力為f，子彈射入深度為d，木塊位移為x，則此過程中（

C

）高中物理例4：如圖所示，光滑坡道頂端距水平面高度為h，質(zhì)量為m的小物塊A

從坡道頂端由靜止滑下，進(jìn)入水平面上的滑道時(shí)無機(jī)械能損失，為使A制動(dòng)，將輕彈簧的一端固定在水平滑道延長線M處的墻上，另一端恰位于滑道的末端O點(diǎn)．已知在OM段，物塊A與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，其余各處的摩擦不計(jì)，重力加速度為g，求：物塊滑到O點(diǎn)時(shí)的速度大小；彈簧最大壓縮量為d時(shí)的彈性勢(shì)能

（設(shè)彈簧處于原長時(shí)彈性勢(shì)能為零）；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？高中物理2（1）從頂端到O點(diǎn)的過程中，由機(jī)械能守恒定律得：mgh

1

mv2 v

2gh（2）從頂端到速度為零，由動(dòng)能定理得：

mgh

mgd

W彈

0

-

0W彈

EP

0mgh

EP

mgdEP

mgh

mgd從頂端到速度為零，由能量守恒得：EP

mgh

mgd（3）物塊A被彈回至斜面上速度為零過程，由動(dòng)能定理：mgh

EPh

h

2

d-mgh

'

mgd

0-

0

mgd彈W

’物塊A被彈回至斜面上速度為零過程，由能量守恒：選水平面為零重力勢(shì)能面高中物理小結(jié)1、了解了能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律2、理解了做功和能量轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系3、掌握應(yīng)用功能關(guān)系分析問題的方法作業(yè)：完成課后練習(xí)探究一摩擦生熱及產(chǎn)生內(nèi)能的有關(guān)計(jì)算情境導(dǎo)引如圖所示,在光滑的水平面上,有一質(zhì)量為m0的長木塊以一定的初速度向右勻速運(yùn)動(dòng),將質(zhì)量為m的小鐵塊無初速度地輕放到長木塊右端,小鐵塊與長木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,當(dāng)小鐵塊在長木塊上相對(duì)長木塊滑動(dòng)L時(shí)與長木塊保持相對(duì)靜止,此時(shí)長木塊對(duì)地的位移為l,這個(gè)過程中,思考下列問題:(1)小鐵塊和長木塊的動(dòng)能怎樣變化?分別變化了多少?(2)系統(tǒng)的機(jī)械能和內(nèi)能怎樣變化?分別變化了多少?要點(diǎn)提示

(1)根據(jù)動(dòng)能定理有μmg(l-L)=mv2-0,其中(l-L)為小鐵塊相對(duì)地面的位移,從上式可看出ΔEkm=μmg(l-L),即小鐵塊的動(dòng)能增加了μmg(l-L)。摩擦力對(duì)長木塊做負(fù)功,根據(jù)功能關(guān)系,得ΔEkm0=-μmgl,即長木塊的動(dòng)能減少了μmgl。(2)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量ΔE=μmgl-μmg(l-L)=μmgL。系統(tǒng)的總能量是守恒的,損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能,所以內(nèi)能增加量為E內(nèi)=μmgL。知識(shí)歸納摩擦生熱問題1.系統(tǒng)內(nèi)一對(duì)靜摩擦力對(duì)物體做功時(shí),由于相對(duì)位移為零而沒有內(nèi)能產(chǎn)生,只有物體間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移。2.作用于系統(tǒng)的滑動(dòng)摩擦力和物體間相對(duì)滑動(dòng)的距離的乘積,在數(shù)值上等于滑動(dòng)過程產(chǎn)生的內(nèi)能。即Q=F滑x相對(duì),其中F滑必須是滑動(dòng)摩擦力,x相對(duì)必須是兩個(gè)接觸面的相對(duì)滑動(dòng)距離(或相對(duì)路程)。遷移應(yīng)用例1(多選)如圖所示,質(zhì)量為m0、長度為l的小車靜止在光滑的水平面上。質(zhì)量為m的小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))放在小車的最左端。現(xiàn)有一水平恒力F作用在小物塊上,使物塊從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),物塊和小車之間的摩擦力為Ff。經(jīng)過時(shí)間t,小車運(yùn)動(dòng)的位移為s,物塊剛好滑到小車的最右端(

)A.此時(shí)物塊的動(dòng)能為(F-Ff)(s+l)B.這一過程中,物塊對(duì)小車所做的功為Ff(s+l)C.這一過程中,物塊和小車增加的機(jī)械能為FsD.這一過程中,物塊和小車產(chǎn)生的內(nèi)能為Ffl答案

AD解析

對(duì)物塊分析,物塊的位移為s+l,根據(jù)動(dòng)能定理得,(F-Ff)(s+l)=Ek-0,所以物塊到達(dá)小車最右端時(shí)具有的動(dòng)能為(F-Ff)(s+l),故A正確;對(duì)小車分析,小車的位移為s,所以物塊對(duì)小車所做的功為Ffs,故B錯(cuò)誤;物塊與小車摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q=Ffx相對(duì)=Ffl,故D正確;根據(jù)功能關(guān)系得,外力F做的功轉(zhuǎn)化為小車與物塊的機(jī)械能和摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能,則有F(l+s)=ΔE+Q,則ΔE=F(l+s)-Ffl,故C錯(cuò)誤。規(guī)律方法

(1)公式W=F·l·cos

θ中l(wèi)均指物體對(duì)地位移。(2)兩物體間滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q=Ff·x相對(duì),x相對(duì)指兩接觸面間的相對(duì)位移(或相對(duì)路程)。變式訓(xùn)練1電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速度v勻速傳動(dòng),一質(zhì)量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上,若小木塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,如圖所示。傳送帶足夠長,當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí),求:(1)小木塊的位移。(2)傳送帶轉(zhuǎn)過的路程。(3)小木塊獲得的動(dòng)能。(4)摩擦過程中產(chǎn)生的內(nèi)能。(4)小木塊在和傳送帶達(dá)到共同速度的過程中,相對(duì)傳送帶移動(dòng)的距離

探究二對(duì)功、能關(guān)系的理解情境導(dǎo)引高山滑雪起源于阿爾卑斯山地域,又稱“阿爾卑斯滑雪”或“山地滑雪”,是一項(xiàng)古老的滑雪運(yùn)動(dòng)。如圖所示,運(yùn)動(dòng)員從高山上由靜止滑下,不計(jì)空氣阻力。請(qǐng)思考:(1)下滑中,有哪些力對(duì)運(yùn)動(dòng)員做功?(2)如何判斷運(yùn)動(dòng)員重力勢(shì)能、動(dòng)能及機(jī)械能的變化情況?要點(diǎn)提示

(1)運(yùn)動(dòng)員受到重力、支持力及摩擦力的作用,其中重力做正功,摩擦力做負(fù)功,支持力不做功。(2)運(yùn)動(dòng)員重力勢(shì)能的變化僅取決于重力做功,動(dòng)能的變化取決于合力做的總功,機(jī)械能的變化取決于除重力之外其他力做功。知識(shí)歸納1.功是能量轉(zhuǎn)化的量度不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的。做功的過程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過程。且做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化的量度。2.常見的幾種功能關(guān)系

功能的變化表達(dá)式重力做功正功重力勢(shì)能減少重力勢(shì)能變化WG=-ΔEp或WG=Ep1-Ep2負(fù)功重力勢(shì)能增加彈力做功正功彈性勢(shì)能減少彈性勢(shì)能變化W彈=-ΔEp或W彈=Ep1-Ep2負(fù)功彈性勢(shì)能增加合力做功正功動(dòng)能增加動(dòng)能變化W合=ΔEk或W合=Ek2-Ek1負(fù)功動(dòng)能減少除重力及系統(tǒng)內(nèi)彈力外其他力做功正功機(jī)械能增加機(jī)械能變化W其他=ΔE或W其他=E2-E1負(fù)功機(jī)械能減少兩物體間滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體系統(tǒng)做功內(nèi)能變化(增加)Q熱=Ff·x相對(duì)畫龍點(diǎn)睛

功是力在空間上的積累,能量反映了物體對(duì)外做功的本領(lǐng),功與能不可相互轉(zhuǎn)化,但能量的轉(zhuǎn)化是通過做功來實(shí)現(xiàn)的。遷移應(yīng)用例2(多選)假設(shè)質(zhì)量為m的跳傘運(yùn)動(dòng)員,由靜止開始下落,在打開傘之前受恒定阻力作用,下落的加速度為

g,在運(yùn)動(dòng)員下落h的過程中,下列說法正確