专题15 功能关系　能量守恒定律-【全攻略】备战2023年高考物理一轮重难点复习

专题15 功能关系　能量守恒定律 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的关系. 3.会应用能量守恒观点解决综合问题． 考点一　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．常见的功能关系 能量 功能关系 表达式 势能 重力做功等于重力势能减少量 W＝Ep1－Ep2＝－ΔEp 弹力做功等于弹性势能减少量 静电力做功等于电势能减少量 分子力做功等于分子势能减少量 动能 合外力做功等于物体动能变化量 W＝Ek2－Ek1＝mv2－mv02 机械能 除重力和弹力之外的其他力做功等于机械能变化量 W其他＝E2－E1＝ΔE 摩擦 产生 的内能 一对相互作用的滑动摩擦力做功之和的绝对值等于产生的内能 Q＝Ff·x相对 电能 克服安培力做功等于电能增加量 W电能＝E2－E1＝ΔE 1．功的正负与能量增减的对应关系 (1)物体动能的增加与减少要看合外力对物体做正功还是做负功． (2)势能的增加与减少要看对应的作用力(如重力、弹簧弹力、静电力等)做负功还是做正功． (3)机械能的增加与减少要看重力和弹簧弹力之外的力对物体做正功还是做负功． 2．摩擦力做功的特点 (1)一对静摩擦力所做功的代数和总等于零； (2)一对滑动摩擦力做功的代数和总是负值，差值为机械能转化为内能的部分，也就是系统机械能的损失量； (3)说明：无论是静摩擦力还是滑动摩擦力，都可以对物体做正功，也可以做负功，还可以不做功． 【典例1】在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项．质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F，当地的重力加速度为g，那么在他减速下降高度为h的过程中，下列说法正确的是(　　) A．他的动能减少了Fh B．他的重力势能增加了mgh C．他的机械能减少了(F－mg)h D．他的机械能减少了Fh 【典例2】(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(　　) A．物块下滑过程中机械能不守恒 B．物块与斜面间的动摩擦因数为0.5 C．物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2 D．当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J 【典例3】(多选)如图所示，一个长为L，质量为M的木板，静止在光滑水平面上，一个质量为m的物块(可视为质点)，以水平初速度v0，从木板的左端滑向另一端，设物块与木板间的动摩擦因数为μ，当物块与木板相对静止时，物块仍在长木板上，物块相对木板的位移为d，木板相对地面的位移为s，重力加速度为g.则在此过程中(　　) A．摩擦力对物块做功为－μmg(s＋d) B．摩擦力对木板做功为μmgs C．木板动能的增量为μmgd D．由于摩擦而产生的热量为μmgs 考点二　能量守恒定律的理解和应用 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．应用能量守恒定律解题的步骤 (1)首先确定初、末状态，分清有几种形式的能在变化，如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等． (2)明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，并且列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式． 【典例4】（2022·浙江·高三专题练习）光伏发电系统是利用半导体材料的光伏效应将太阳的辐射能转化为电能的一种发电系统。如图所示，某居民的楼顶平台安装了的太阳能电池板，当太阳直射时满载发电功率可达5.0kW，输出电压为380V的直流电。已知太阳直射时地面附近单位时间单位面积内的太阳能为，全年发电总量相当于平均每天满载发电4小时的总量，其中30%的电能供居民自家使用，其余电能并入国家电网。下列说法正确的是（　　） A．该居民家全年用电总量约为 B．电池板将太阳能转化为电能的效率约为2% C．太阳能是一种清洁、安全、不可再生的能源 D．太阳能电池板输出的电流可直接并入国家电网 【典例5】（2022·辽宁·模拟预测）如图（a）所示，一个可视为质点的小球从地面竖直上抛，小球的动能随它距离地面的高度的变化关系如图（b）所示，取小球在地面时的重力势能为零，小球运动过程中受到的空气阻