1、1创新设计创新设计核心素养培养专题突破功能关系能量守恒定律专题突破功能关系能量守恒定律2创新设计创新设计核心素养培养功能关系的理解和应用功能关系的理解和应用力学中常见的功能关系力学中常见的功能关系3创新设计创新设计核心素养培养【例【例1】 (2017全国卷全国卷)一质量为一质量为8.00104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面。的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度飞船在离地面高度1.60105 m 处以处以7.5103 m/s的速度进入大气层，逐渐减慢至速的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为度为100 m/s时下落到地面。取地面为重力势能零点，在飞船下落过程中，重力加速时下落到地面
2、。取地面为重力势能零点，在飞船下落过程中，重力加速度可视为常量，大小取为度可视为常量，大小取为9.8 m/s2(结果保留结果保留2位有效数字位有效数字)。(1)分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；(2)求飞船从离地面高度求飞船从离地面高度600 m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已知飞处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。4创新设计创新设计核心素养培养式中，式中，m和和v0分别是飞船的质量和着地前瞬间的
3、速率。由分别是飞船的质量和着地前瞬间的速率。由式和题给数据得式和题给数据得Ek04.0108 J式中，式中，vh是飞船在高度是飞船在高度1.6105 m处的速度大小。由处的速度大小。由式和题给数据得式和题给数据得Eh2.41012 J5创新设计创新设计核心素养培养由功能关系得由功能关系得WEhEk0式中，式中，W是飞船从高度是飞船从高度600 m处至着地瞬间的过程中克服阻力所做的功。处至着地瞬间的过程中克服阻力所做的功。由由式和题给数据得式和题给数据得W9.7108 J答案答案(1)4.0108 J2.41012 J(2)9.7108 J6创新设计创新设计核心素养培养功能关系的选取方法功能关系
4、的选取方法(1)若只涉及动能的变化用动能定理。若只涉及动能的变化用动能定理。(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。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，用除重力和弹簧的弹力之外的力做功与机械能变化只涉及机械能变化，用除重力和弹簧的弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析。的关系分析。7创新设计创新设计核心素养培养1.(2019山东烟台测试山东烟台测试)质量为质量为m的物体在竖直向上的恒定拉力的物体在竖直向上的恒定拉力F的作用下，由静止的作用下，由静止开始向上运动开始向上运动H髙度，所受空气阻力恒为髙度，所受空气阻力恒为f，g为
5、当地的重力加速度。则此过程中，为当地的重力加速度。则此过程中，下列说法正确的是下列说法正确的是()A.物体的动能增加了物体的动能增加了(Fmg)HB.物体的重力势能增加了物体的重力势能增加了mgHC.物体的机械能减少了物体的机械能减少了fHD.物体的机械能增加了物体的机械能增加了FH8创新设计创新设计核心素养培养答案答案B解析解析物体受到重力、拉力以及空气的阻力，由动能定理有物体受到重力、拉力以及空气的阻力，由动能定理有Ek(Fmgf)H，选项，选项A错误；重力的功为错误；重力的功为mgH，所以物体的重力势能增加了，所以物体的重力势能增加了mgH，选，选项项B正确；除重力外物体受到拉力和阻力，
6、所以物体的机械能增加正确；除重力外物体受到拉力和阻力，所以物体的机械能增加E(Ff)H，选项，选项C、D错误。错误。9创新设计创新设计核心素养培养图图1A.弹力对小球先做正功后做负功弹力对小球先做正功后做负功B.有两个时刻小球的加速度等于重力加速度有两个时刻小球的加速度等于重力加速度C.弹簧长度最短时，弹力对小球做功的功率为零弹簧长度最短时，弹力对小球做功的功率为零D.小球到达小球到达N点时的动能等于其在点时的动能等于其在M、N两点的重力势能差两点的重力势能差10创新设计创新设计核心素养培养答案答案BCD11创新设计创新设计核心素养培养图图212创新设计创新设计核心素养培养答案答案A13创新设
7、计创新设计核心素养培养能量守恒定律的应用能量守恒定律的应用1.对能量守恒定律的两点理解对能量守恒定律的两点理解(1)转化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和增加量一定相等(2)转移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和增加量相等14创新设计创新设计核心素养培养2.能量转化问题的解题思路能量转化问题的解题思路(1)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。当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，
8、一般应用能的转化和守恒定律。(2)解题时，首先确定初、末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量解题时，首先确定初、末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和E减减与增加的能量总和与增加的能量总和E增增，最后由，最后由E减减E增增列式求解。列式求解。15创新设计创新设计核心素养培养图图316创新设计创新设计核心素养培养可解得可解得v2 m/s。(1)物体物体A向下运动刚到达向下运动刚到达C点时的速度大小；点时的速度大小；(2)弹簧的最大压缩量；弹簧的最大压缩量；(3)弹簧的最大弹性势能。弹簧的最大弹性势
9、能。17创新设计创新设计核心素养培养解得解得Epm6 J。(3)设弹簧的最大弹性势能为设弹簧的最大弹性势能为Epm答案答案(1)2 m/s(2)0.4 m(3)6 J18创新设计创新设计核心素养培养多过程问题的解题技巧多过程问题的解题技巧(1)“合合”初步了解全过程，构建大致的运动图景。初步了解全过程，构建大致的运动图景。(2)“分分”将全过程进行分解，分析每个过程的规律。将全过程进行分解，分析每个过程的规律。(3)“合合”找到子过程的联系，寻找解题方法。找到子过程的联系，寻找解题方法。19创新设计创新设计核心素养培养图图41.如图如图4所示，吊车下方吊着一个质量为所示，吊车下方吊着一个质量为
10、200 kg的重物，处于静的重物，处于静止状态，某时刻开始，吊车以止状态，某时刻开始，吊车以4 kW的恒定功率将重物向上吊的恒定功率将重物向上吊起，经起，经t2 s重物达到最大速度。忽略空气阻力，取重物达到最大速度。忽略空气阻力，取g10 m/s2，则在这段则在这段t时间内时间内()A.重物的最大速度为重物的最大速度为2 m/sB.重物做匀变速直线运动重物做匀变速直线运动C.重物先处于超重状态后处于失重状态重物先处于超重状态后处于失重状态D.重物克服重力做功的平均功率为重物克服重力做功的平均功率为2 kW20创新设计创新设计核心素养培养答案答案A21创新设计创新设计核心素养培养图图522创新设
11、计创新设计核心素养培养(1)若弹簧劲度系数为若弹簧劲度系数为k，求轻杆开始移动时，弹簧的压缩量，求轻杆开始移动时，弹簧的压缩量x；(2)求小车离开弹簧瞬间的速度求小车离开弹簧瞬间的速度v；(3)在轻杆运动的过程中，试分析小车的运动是不是匀变速运动？如果不是请说明理由，在轻杆运动的过程中，试分析小车的运动是不是匀变速运动？如果不是请说明理由，如果是请求出加速度如果是请求出加速度a。23创新设计创新设计核心素养培养24创新设计创新设计核心素养培养摩擦力做功与能量转化的关系摩擦力做功与能量转化的关系1.两种摩擦力的做功情况比较两种摩擦力的做功情况比较类别类别比较比较静摩擦力静摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦
12、力不同点不同点能量的转化方面能量的转化方面只有能量的转移，而没有能量只有能量的转移，而没有能量的转化的转化既有能量的转移，又有能量的既有能量的转移，又有能量的转化转化一对摩擦力的总功方一对摩擦力的总功方面面一对静摩擦力所做功的代数和一对静摩擦力所做功的代数和等于零等于零一对滑动摩擦力所做功的代数一对滑动摩擦力所做功的代数和不为零，总功和不为零，总功WFfl相对相对，即相对滑动时产生的热量即相对滑动时产生的热量相同点相同点正功、负功、不做功正功、负功、不做功方面方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功25创新设计创新设计核心素养培养2.三步
13、求解相对滑动物体的能量问题三步求解相对滑动物体的能量问题26创新设计创新设计核心素养培养图图6(1)摩擦力对工件做的功是多少？摩擦力对工件做的功是多少？(2)工件与传送带间因摩擦而产生的内能是多少？工件与传送带间因摩擦而产生的内能是多少？27创新设计创新设计核心素养培养工件后做匀速运动，位移为工件后做匀速运动，位移为x25 mx14.2 m摩擦力对工件做的功为摩擦力对工件做的功为W2mgx2sin ，得出，得出W221 J所以摩擦力对工件做的功为所以摩擦力对工件做的功为WW1W227 J在工件匀加速时传送带的位移为在工件匀加速时传送带的位移为s1vt11.6 m工件与传送带间因摩擦而产生的内能
14、工件与传送带间因摩擦而产生的内能为为Qmg(s1x1)cos ，得出，得出Q6 J答案答案(1)27 J(2)6 J28创新设计创新设计核心素养培养图图729创新设计创新设计核心素养培养(1)滑块到达滑块到达B端时，轨道对它支持力的大小；端时，轨道对它支持力的大小；(2)车被锁定时，车右端距轨道车被锁定时，车右端距轨道B端的距离；端的距离；(3)从车开始运动到被锁定的过程中，滑块与车上表面间由于摩擦而产生的热量大从车开始运动到被锁定的过程中，滑块与车上表面间由于摩擦而产生的热量大小。小。30创新设计创新设计核心素养培养答案答案(1)30 N(2)1 m(3)6 J(2)设设m滑上小车后经过时间
15、滑上小车后经过时间t1与小车同速，共同速度大小为与小车同速，共同速度大小为v，设滑块的加速度大小为，设滑块的加速度大小为a1，小车的加速度大小为，小车的加速度大小为a2对滑块有对滑块有mgma1，vvBa1t1对于小车：对于小车：mgMa2，va2t1解得解得v1 m/s，t11 s，因因t1t0，故滑块与小车同速后，小车继续向左匀速行驶了，故滑块与小车同速后，小车继续向左匀速行驶了0.5 s，则小车右端距，则小车右端距B端的距端的距离为离为31创新设计创新设计核心素养培养1.(多选多选)如图如图8所示，质量为所示，质量为m的滑块以一定初速度滑上倾角为的滑块以一定初速度滑上倾角为的固定斜面，同
16、时施加一沿斜面向上的恒力的固定斜面，同时施加一沿斜面向上的恒力F2mgsin ；已知滑块与斜面间的动摩擦因数已知滑块与斜面间的动摩擦因数tan ，取出发点为参考，取出发点为参考点，能正确描述滑块运动到最高点过程中产生的热量点，能正确描述滑块运动到最高点过程中产生的热量Q、滑、滑块动能块动能Ek、机械能、机械能E随时间随时间t的关系及重力势能的关系及重力势能Ep随位移随位移x关关系的是系的是()图图832创新设计创新设计核心素养培养答案答案AC解析解析根据滑块与斜面间的动摩擦因数根据滑块与斜面间的动摩擦因数tan 可知，滑动摩擦力等于重力沿可知，滑动摩擦力等于重力沿斜面向下的分力。施加一沿斜面向
17、上的恒力斜面向下的分力。施加一沿斜面向上的恒力F2mgsin ，则滑块做匀速直线，则滑块做匀速直线运动，所以运动，所以Ek保持不变，选项保持不变，选项B错误；滑块位移错误；滑块位移x与时间与时间t成正比，产生的热量成正比，产生的热量QFfx，所以产生的热量，所以产生的热量Q与时间与时间t成正比，选项成正比，选项A正确；则重力势能随位移正确；则重力势能随位移x均匀增大，滑块的机械能增加，选项均匀增大，滑块的机械能增加，选项C正确，正确，D错误。错误。33创新设计创新设计核心素养培养图图92.如图如图9所示，质量为所示，质量为m的物体在水平传送带上由静止释放，传送的物体在水平传送带上由静止释放，传
18、送带由电动机带动，始终保持以速度带由电动机带动，始终保持以速度v匀速运动，物体与传送带间匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为的动摩擦因数为，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对静止这一过程下列说法正确的是于物体从静止释放到相对静止这一过程下列说法正确的是()34创新设计创新设计核心素养培养答案答案A35创新设计创新设计核心素养培养科学态度与责任系列科学态度与责任系列生产、生活中的能量问题生产、生活中的能量问题1.与生产、生活相联系的能量守恒问题往往具有试题情景新颖，所叙述的内容可能平与生产、生活相联系的能量守恒问题往往具有试题情
19、景新颖，所叙述的内容可能平时很少涉及，但问题的实质仍是能量转化与守恒定律的应用。时很少涉及，但问题的实质仍是能量转化与守恒定律的应用。2.对于该类问题，可通过认真读题，确定所研究的物理过程的初、末状态，分析在状对于该类问题，可通过认真读题，确定所研究的物理过程的初、末状态，分析在状态变化过程中哪些形式的能量减少了，又有哪些形式的能量增加了，然后根据态变化过程中哪些形式的能量减少了，又有哪些形式的能量增加了，然后根据E减减E增增列式求解。列式求解。36创新设计创新设计核心素养培养1.如图如图10是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图。图中是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图。图中和和为楔块，为
20、楔块，和和为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦。在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦。在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中()一、列车车厢间的缓冲装置一、列车车厢间的缓冲装置图图10A.缓冲器的机械能缓冲器的机械能守恒守恒B.摩擦力做功消耗机械能摩擦力做功消耗机械能C.垫板的动能全部转化为垫板的动能全部转化为内能内能D.弹簧的弹性势能全部转化为动能弹簧的弹性势能全部转化为动能37创新设计创新设计核心素养培养答案答案B解析解析在车厢相互撞击使弹簧压缩过程中，由于要克服摩擦力做功，且缓冲在车厢相互撞击使弹簧压缩过程中，由于要克服摩擦力做功，且缓冲器所受合外力做功不为零，
21、因此机械能不守恒，选项器所受合外力做功不为零，因此机械能不守恒，选项A错误；克服摩擦力做功错误；克服摩擦力做功消耗机械能，选项消耗机械能，选项B正确；撞击以后垫板和车厢有相同的速度，因此动能并不正确；撞击以后垫板和车厢有相同的速度，因此动能并不为零，选项为零，选项C错误；压缩弹簧过程弹簧的弹性势能增加，并没有减少，选项错误；压缩弹簧过程弹簧的弹性势能增加，并没有减少，选项D错误。错误。38创新设计创新设计核心素养培养2.在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和蹦床的协助在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和蹦床的协助下实现上下弹跳。如图下实现上下弹跳。如图11所示，某次蹦床活动中小孩静止
22、时所示，某次蹦床活动中小孩静止时处于处于O点，当其弹跳到最高点点，当其弹跳到最高点A后下落可将蹦床压到最低点后下落可将蹦床压到最低点B，小孩可看成质点，不计空气阻力，下列说法正确的是小孩可看成质点，不计空气阻力，下列说法正确的是()二、儿童乐园中的蹦床运动二、儿童乐园中的蹦床运动图图11A.从从A运动到运动到O，小孩重力势能减少量大于动能增加量，小孩重力势能减少量大于动能增加量B.从从O运动到运动到B，小孩动能减少量等于蹦床弹性势能增加量，小孩动能减少量等于蹦床弹性势能增加量C.从从A运动到运动到B，小孩机械能减少量小于蹦床弹性势能增加量，小孩机械能减少量小于蹦床弹性势能增加量D.若从若从B返
23、回到返回到A，小孩机械能增加量等于蹦床弹性势能减少量，小孩机械能增加量等于蹦床弹性势能减少量39创新设计创新设计核心素养培养答案答案A解析解析从从A运动到运动到O，小孩重力势能减少量等于动能增加量与弹性绳的弹性势，小孩重力势能减少量等于动能增加量与弹性绳的弹性势能的增加量之和，选项能的增加量之和，选项A正确；从正确；从O运动到运动到B，小孩动能和重力势能的减少量，小孩动能和重力势能的减少量等于弹性绳和蹦床的弹性势能的增加量，选项等于弹性绳和蹦床的弹性势能的增加量，选项B错误；从错误；从A运动到运动到B，小孩机械，小孩机械能减少量大于蹦床弹性势能增加量，选项能减少量大于蹦床弹性势能增加量，选项C
24、错误；若从错误；若从B返回到返回到A，小孩机械，小孩机械能增加量等于蹦床和弹性绳弹性势能减少量之和，选项能增加量等于蹦床和弹性绳弹性势能减少量之和，选项D错误。错误。40创新设计创新设计核心素养培养3.构建和谐型、节约型社会深得民心，节能器材遍布于生活的方方构建和谐型、节约型社会深得民心，节能器材遍布于生活的方方面面，自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发面面，自动充电式电动车就是很好的一例，电动车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动车自动滑电机，发电机与蓄电池连接。当骑车者用力蹬车或电动车自动滑行时，电动车就可以连通发电机向蓄电池充电，将其他形式的能行时，
25、电动车就可以连通发电机向蓄电池充电，将其他形式的能转化成电能储存起来。现有某人骑车以转化成电能储存起来。现有某人骑车以5 kJ的初动能在粗糙的水平的初动能在粗糙的水平路面上滑行，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能路面上滑行，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化关系如图随位移变化关系如图12直线直线a所示；第二次启动自动充电装置，其所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化关系如图曲线动能随位移变化关系如图曲线b所示，则第二次向蓄电池所充的电所示，则第二次向蓄电池所充的电能可接近能可接近()三、自动充电式电动车三、自动充电式电动车图图12A.5 kJ B.4 kJ
26、 C.3 kJ D.2 kJ41创新设计创新设计核心素养培养答案答案D42创新设计创新设计核心素养培养4.飞机场上运送行李的装置为一水平放置的环形传送带，飞机场上运送行李的装置为一水平放置的环形传送带，如图如图13所示，所示，AB、CD段为直线，段为直线，BC段为同心半圆，段为同心半圆，其中的虚线为半径为其中的虚线为半径为R的半圆弧。每隔时间的半圆弧。每隔时间t将质量为将质量为m的行李依次轻轻放到传送带上的行李依次轻轻放到传送带上A端，在端，在D端附近看到端附近看到相邻行李间的距离均为相邻行李间的距离均为L。求：。求：四、飞机场上运送行李的传送带四、飞机场上运送行李的传送带图图13(1)传送带运行的速度传送带运行的速度v；(2)在在BC段每一个工件受到的摩擦力大小段每一个工件受到的摩擦力大小f；(3)每件行李放至传送带后与传送带摩擦产生的热量每件行李放至传送带后与传送带摩擦产生的热量Q。43创新设计创新设计核心素养培养44创新设计创新设计核心素养培养(3)设工件与传送带间的动摩擦因数为设工件与传送带间的动摩擦因数为，工件相对传送带滑动的时间为，工件相对传送带滑动的时间为t0，加，加速度为速度为a，则，则mgma，vat045本节内容结束
