(讲义)第4章 能源与可持续发展 章末综合提升-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(教科版2019)

主题1　滑动摩擦力做功与“热” 1．滑动摩擦力做功的特点 (1)滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可以不做功。 (2)一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化有两种情况：一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，即摩擦生热。 (3)相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的总功总是负值，其绝对值恰等于系统损失的机械能。其意义是系统损失的这些机械能转化成了系统的内能。 2．摩擦生“热”公式 因摩擦而产生的热等于一对滑动摩擦力所做的总功的绝对值，恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即Q＝Ffl相对。 【典例1】　如图所示，表面粗糙的小车足够长，小车放在光滑的水平地面上，一木块以一定速度由小车左端滑上小车，当小车与木块相对静止时，木块相对小车的位移为d，小车相对地面的位移为l，木块与小车间的滑动摩擦力为Ff，求： (1)滑动摩擦力对木块做的功； (2)滑动摩擦力对小车做的功； (3)两滑动摩擦力做功之和； (4)系统机械能的变化量及系统产生的热量。 [解析]　(1)由题意可知木块的位移x＝l＋d，所以滑动摩擦力对木块做的功 W木＝－Ff(d＋l)。 (2)滑动摩擦力对小车做的功 W车＝Ffl。 (3)两滑动摩擦力做功之和 W＝W木＋W车＝－Ffd。 (4)由动能定理知 小车动能的增量为ΔEk车＝Ffl 木块动能的增量为ΔEk木＝－Ff(d＋l) 系统机械能的变化量即为小车、木块动能增量之和 ΔE＝ΔEk车＋ΔEk木＝－Ffd 由能量守恒知，系统损失的机械能等于系统产生的热量Q＝|ΔE|＝Ffd。 [答案]　(1)－Ff(d＋l)　(2)Ffl　(3)－Ffd (4)－Ffd　Ffd [一语通关]　 (1)滑动摩擦力对物体做的功W＝Ff·l地·cos α，(l地为物体对地位移)。 (2)摩擦生热Q＝Ff·l相对(l相对为两物体间的相对位移)。 主题2　常见功能关系的理解 功能关系 表达式 物理意义 正功、负功含义 重力做功与重力势能 W＝－ΔEp 重力做功是重力势能变化的原因 W＞0 势能减少 W＜0 势能增加 W＝0 势能不变 弹簧弹力做功与弹性势能 W＝－ΔEp 弹力做功是弹性势能变化的原因 W＞0 势能减少 W＜0 势能增加 W＝0 势能不变 合力做功与动能 W＝ΔEk 合外力做功是物体动能变化的原因 W＞0 动能增加 W＜0 动能减少 W＝0 动能不变 除重力或系统内弹力外其他力做功与机械能 W＝ΔE 除重力或系统内弹力外其他力做功是机械能变化的原因 W＞0 机械能增加 W＜0 机械能减少 W＝0 机械能守恒 【典例2】　(多选)如图所示，假设质量为m的跳伞运动员，由静止开始下落，在打开伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为g，在运动员下落h的过程中，下列说法正确的是(　　) A．运动员的重力势能减少了mgh B．运动员克服阻力所做的功为mgh C．运动员的动能增加了mgh D．运动员的机械能减少了mgh CD　[在运动员下落h的过程中，重力势能减少了mgh，故A错误；根据牛顿第二定律得，物体所受的合力为F合＝ma＝mg，则根据动能定理得，合力做功为mgh，则动能增加了mgh，故C正确；合力做功等于重力做功与阻力做功的代数和，因为重力做功为mgh，则克服阻力做功为mgh，故B错误；重力势能减少了mgh，动能增加了mgh，故机械能减少了mgh，故D正确。] [一语通关]　 应用功能关系解题的步骤 (1)明确研究对象，研究对象是一个物体或是几个物体组成的系统。 (2)隔离研究对象，分析哪些力对它做功，它的哪些能量发生变化。 (3)根据能量的变化类型确定用哪一类功能关系去求解。 (4)根据相应的功能关系列方程、求解。 学科网（北京）股份有限公司 $$