第六章 第6讲　小专题 功能关系　能量守恒定律 课件 -2027届高考物理一轮专题复习（人教版）

该高中物理高考复习课件聚焦“功能关系 能量守恒定律”专题，依据高考评价体系梳理了动能定理应用、机械能守恒条件分析、摩擦力做功与能量转化三大核心考点，通过近三年高考真题统计明确“功能关系理解”占45%、“能量守恒综合应用”占30%的高频考点分布，归纳出选择、计算等常考题型的解题框架。 课件亮点在于“真题解析+模型建构+素养落地”的备考路径，如以2025年安徽二模图像题为例，通过v-t、E_k-x图像斜率分析加速度与动能变化，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力；结合传送带模型（例4）拆解摩擦力做功与热量计算，强化能量观念。提供“能量守恒解题四步法”和“相对位移计算易错警示”，助力学生掌握得分技巧，教师可依托此课件实现考点精准突破与学情高效诊断。

第6讲 小专题:功能关系　能量守恒 定律 【学习目标】 1.理解功能关系和能量守恒定律的内涵,明确不同能量形式间的转化规律。形成“功是能量转化的量度”的物理观念,能用能量守恒观点分析自然现象或实际问题。 2. 能根据实际问题建立物理模型,并分析系统中功能关系的适用条件。运用动能定理、机械能守恒定律推导相关问题,并解释结论的物理意义。通过能量守恒定律批判性分析“永动机”等错误观点,培养科学论证能力。结合函数图像、代数运算或微积分解决功能关系问题。 3. 能提出与能量转化相关的探究性问题,并设计简单实验方案。利用传感器或光电门等工具测量动能、势能变化,通过图像法验证功能关系。 4. 理解能量守恒定律的普适性,认识其在物理学发展史上的重要意义。结合能源问题,讨论能量守恒定律对可持续发展的指导意义,树立节能环保意识。 考点一 对功能关系的理解与应用 几种常见的功能关系及其表达式 做功 能的变化 定量关系 合力做功 动能变化 W=Ek2-Ek1=ΔEk 重力做功 重力势能 变化 (1)重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加。 (2)WG=-ΔEp=Ep1-Ep2 弹簧弹 力做功 弹性势能 变化 (1)弹力做正功,弹性势能减少;弹力做负功,弹性势能增加。 (2)W弹=-ΔEp=Ep1-Ep2 只有重力、弹簧弹力 做功 机械能 不变化 机械能守恒,ΔE=0 除重力和 弹簧弹力 之外的其 他力做功 机械能 变化 (1)其他力做多少正功,物体的机械能就增加多少;其他力做多少负功,物体的机械能就减少多少。 (2)W其他=ΔE 一对相互 作用的滑 动摩擦力 做功 机械能 减少, 内能增加 (1)作用于系统的一对滑动摩擦力做的总功一定为负功,系统内能增加。 (2)摩擦生热Q=Ffx相对 安培力 做功 电能变化 (1)克服安培力做的功等于电能的增加量。 (2)W克安=E电 C [例2] 【功能关系与图像结合】 (多选)(2025·安徽二模)如图所示,一物块以一定的速度冲上足够长的固定斜面,物块和斜面之间的动摩擦因数随高度的增加而减小。v、a、Ek、E分别为物块的速度大小、加速度大小、动能、机械能。在物块运动过程中,上述物理量与运动的时间t或位移x的图像可能正确的是(　　 ) AC A B C D 【解析】 上滑时的加速度a=gsin θ+μgcos θ,由于随高度增加,动摩擦因数减小,则加速度减小,v-t 图像斜率的绝对值减小;下滑时的加速度a′=gsin θ-μgcos θ,则随高度减小,动摩擦因数增大,则加速度减小,v-t图像斜率的绝对值也减小,A正确,B错误。上滑时根据动能定理有Ek=Ek0-(mgxsin θ+μmgxcos θ),则随x增大,动摩擦因数减小,Ek-x 图像斜率的绝对值减小;下滑时有Ek′=mg(xm-x)sin θ-μmg(xm-x)cos θ=mgxm(sin θ-μcos θ)-mgx(sin θ-μcos θ),则随x减小,动摩擦因数增大,Ek-x图像斜率的绝对值减小,回到底端时的动能小于刚开始上滑时的动能,C正确。上滑时的机械能E=E0-μmgxcos θ,随x增大,动摩擦因数减小,E-x图像斜率的绝对值减小;下滑时E′=E1-μmg(xm-x)cos θ,则随x减小,动摩擦因数变大,则E′-x图像斜率的绝对值变大,但向上运动和向下运动过程中摩擦力做功相等,即机械能的改变量相等,D错误。 考点二 摩擦力做功与能量转化 如图所示,光滑水平面上有一质量为M的长木板以速度v1向右运动,将一质量为m、速度为v2的物块放置在长木板左侧,一段时间后两者相对静止且以v3向右运动。已知v1小于v2,长木板的位移为x1,物块的位移为x2,物块与长木板间的动摩擦因数为μ。 模理探真·深度学习 (1)分别对长木板和物块运动过程应用动能定理列出相关表达式。 (2)结合(1)中所列关系式你能求出该系统损失的动能吗?你认为损失的动能转化成了什么能?这一能量与滑动摩擦力做功存在什么关系? 两种摩擦力的做功情况比较 项目 静摩擦力 滑动摩擦力 不 同 点 能量的 转化 方面 不会引起系统机械能的变化,只使系统中物体间机械能发生转移 引起系统机械能的变化,一方面使系统中物体间机械能转移,另一方面使系统总机械能减少,减少的机械能转化为内能 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=-Ffx相对,即相对滑动时产生的热量 相 同 点 做功的 性质方面 两种摩擦力对物体可以做正功、负功,还可以不做功 [例3] 【对摩擦力做功的理解】 关于各类恒力做功问题,下列说法正确的是(　　) A.滑动摩擦力对物体可能做负功,也可能做正功,但不可能不做功 B.静摩擦力发生在相对静止的物体之间,所以静摩擦力对物体一定不做功 C.一对作用力与反作用力所做的功一定大小相等,正负相反 D.一对相互作用的滑动摩擦力做功代数和一定不为零,且为负值 D 【解析】 滑动摩擦力的方向与物体相对接触面的运动方向相反,但与物体相对地面的位移可能同向,也可能反向,还有可能物体在滑动摩擦力方向上没有位移,故滑动摩擦力对物体可能做正功,也可能做负功,还可能不做功,A错误;静摩擦力发生在相对静止的物体之间,静摩擦力可以对物体做正功,如物体相对倾斜传送带静止被送到顶端的过程,B错误;一对作用力与反作用力所做的功可能大小相等,正负相同,如冰面上的两人相互推一下之后朝相反的方向运动,相互作用的推力均做正功,C错误;两个物体间存在相互作用的滑动摩擦力,由发生相对运动,两物体对地位移一定不同可知,这对相互作用的滑动摩擦力做功代数和一定不为零,且为负值,D正确。 [例4] 【摩擦力做功与能量转化】 (多选)(2025·江西模拟)如图所示,物流传送带在电动机的带动下始终以大小为v0的水平速度匀速运动。某时刻在传送带的左端轻放一个质量为m的货物,货物在传送带上做匀变速运动,经时间t货物的速度与传送带的速度相同,重力加速度大小为g,则在这段时间内,下列说法正确的是( 　　) BC 方法点拨 摩擦力做功的分析方法 (1)无论是滑动摩擦力,还是静摩擦力,计算做功时都是用力与对地位移的乘积。 (2)摩擦生热的计算公式Q=Ff·x相对,其中x相对为两接触物体间的相对位移,若物体相对接触面做往复运动,则代入总的相对路程s相对。 考点三 对能量守恒定律的理解与应用　　 [例5] 【能量转化和守恒定律的简单应用】 (多选)(2025·云南卷,10)如图所示,倾角为θ的固定斜面,其顶端固定一劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧处于原长时下端位于O点。质量为m的滑块Q(视为质点)与斜面间的动摩擦因数μ=tan θ。过程Ⅰ:Q以速度v0从斜面底端P点沿斜面向上运动恰好能滑至O点;过程Ⅱ:将Q连接在弹簧的下端并拉至P点由静止释放,Q通过M点(图中未画出)时速度最大,过O点后能继续上滑。 弹簧始终在弹性限度内,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,忽略空气阻力,重力加速度为g。则(　 　) BCD [例6] 【能量转化和守恒定律在实际生活中的应用】 (2025·广西桂林阶段检测)某品牌电动汽车电动机最大输出功率为120 kW,最高车速可达180 km/h,车载电池最大输出电能为75 kW·h。已知该车以90 km/h的速度在平直公路上匀速行驶时,电能转化为机械能的总转化率为90%。若汽车行驶过程中受到阻力F阻与车速v的关系符合F阻=kv2,其中k为未知常数,则该电动汽车以 90 km/h 行驶的最大里程约为(　　) A.350 km B.405 km C.450 km D.500 km B 方法点拨 (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。 感谢观看 [例1] 【对功能关系的理解】 (2025·浙江慈溪期末)如图所示,一滑板爱好者沿着倾角为30°的斜坡从静止开始下滑,下滑过程中的加速度大小恒为g,已知滑板爱好者连同滑板的总质量为m,重力加速度为g。在滑板爱好者(含滑板)沿斜坡下滑距离为L的过程中,下列说法正确的是(　　) A.滑板爱好者下滑过程中机械能守恒 B.滑板爱好者减少的重力势能为mgL C.滑板爱好者增加的动能为mgL D.滑板爱好者减少的机械能为mgL 【解析】 滑板爱好者下滑过程中的加速度大小为a下=,若不受阻力,则a下′= 0.5g,因此滑板受到阻力,机械能不守恒,A错误;下滑的过程中,重力做功WG= mgLsin 30°=mgL,即减少的重力势能为mgL,合力做功W合=ma下L=mgL,其增加的动能为mgL,B错误,C正确;根据牛顿第二定律有mgsin 30°-Ff=mg,滑板爱好者减少的机械能等于克服摩擦力所做的功,即为ΔE=FfL,解得ΔE=mgL。D错误。 提示:(1)对长木板由动能定理得μmgx1=M-M, 对物块由动能定理得-μmgx2=m-m。 提示:(2)该系统损失的动能为ΔEk损=M+m-(M+m)。 系统损失的能量转化成了系统的内能,即Q=ΔEk损, 结合(1)中动能定理表达式可得Q=μmg(x2-x1), 即滑动摩擦力做功产生的热量数值上等于系统损失的动能,Q=Ff(x2-x1)。 A.货物相对传送带的位移大小为v0t B.货物与传送带间的动摩擦因数为 C.货物与传送带间因摩擦产生的热量为m D.因传送货物,电动机至少要多做的功为m 【解析】 货物相对传送带的位移就是传送带与货物在时间t内的位移差,有Δx= v0t-t=v0t,A错误;货物在时间t内做匀加速直线运动,加速度a==μg,速度v0=at,解得μ=,B正确;货物与传送带间因摩擦产生的热量Q=FfΔx=μmg×v0t=m,C正确;由功能关系可知因传送货物,电动机至少要多做的功等于货物增加的动能与系统摩擦产生的热量之和,有W=m+Q=m,D错误。 A.P、M两点之间的距离为 B.过程Ⅱ中,Q在从P点单向运动到O点的过程中损失的机械能为m C.过程Ⅱ中,Q从P点沿斜面向上运动的最大位移为 D.连接在弹簧下端的Q无论从斜面上何处释放,最终一定静止在OM(含O、M点)之间 【解析】 设PO的距离为L,过程Ⅰ,根据动能定理有-mgsin θ·L-μmgcos θ·L=0-m,设MO的距离为L1,过程Ⅱ中,当Q速度最大时,根据平衡条件有kL1=mgsin θ+μmgcos θ,P、M两点之间的距离L2=L-L1,联立可得L2=,A错误;根据功能关系,可知过程Ⅱ中,Q在从P点单向运动到O点的过程中损失的机械能ΔE=μmgcos θ·L,结合-mgsin θ·L-μmgcos θ·L=0-m,可得ΔE=m,B正确;设过程Ⅱ中,Q从P点沿斜面向上运动的最大位移为x,根据能量守恒定律有kL2=mgsin θ·x+μmgcos θ·x+k(x-L)2,结合-mgsin θ·L-μmgcos θ·L=0-m,解得x= ,C正确;无论Q从何处释放,Q在斜面上运动过程中,弹簧与Q初始时的势能变为摩擦热,当在M点时,满足kL1=mgsin θ+μmgcos θ,当在O点时,满足mgsin θ=μmgcos θ,Q在OM之外的任意位置,合力均不为0,所以在OM(含O、M点)之间速度为零时,Q将静止,D正确。 【解析】 根据题意可知,vm=180 km/h=50 m/s,v1=90 km/h=25 m/s,车速最大时,牵引力为Fm==2 400 N,此时车的加速度为0,即Fm=F阻m=k,解得k=0.96;当车速 为90 km/h时,有F1=F阻1=k=600 N,由能量守恒定律有ηWm=F1s,解得s== m=405 000 m=405 km,故选B。 $