2024_2025年新教材高中物理第4章能源与可持续发展章末综合提升学案教科版必修第三册.docVIP

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第4章能源与可持续发展

[巩固层·学问整合]

(老师用书独具)

[提升层·实力强化]

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，能量的转化有两种状况：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，其肯定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肯定值，恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即Q＝Ffl相对。

【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，一木块以肯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)系统机械能的改变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)

系统机械能的改变量即为小车、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)－FfdFfd

[一语通关]

1．滑动摩擦力对物体做的功W＝Ff·l地·cosα，(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)。

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改变的缘由

W＞0

势能削减

W＜0

势能增加

W＝0

势能不变

功能关系

表达式

物理意义

正功、负功含义

弹簧弹力做功与弹性势能

W＝－ΔEp

弹力做功是弹性势能改变的缘由

W＞0

势能削减

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改变的缘由

W＞0

动能增加

W＜0

动能削减

W＝0

动能不变

功能关系

表达式

物理意义

正功、负功含义

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改变的缘由

W＞0

机械能增加

W＜0

机械能削减

W＝0

机械能守恒

【例2】(多选)如图所示，假设质量为m的跳伞运动员，由静止起先下落，在打开伞之前受恒定阻力作用，下落的加速度为eq\f(4,5)g，在运动员下落h的过程中，下列说法正确的是()

A．运动员的重力势能削减了eq\f(4,5)mgh

B．运动员克服阻力所做的功为eq\f(4,5)mgh

C．运动员的动能增加了eq\f(4,5)mgh

D．运动员的机械能削减了eq\f(1,5)mgh

CD[在运动员下落h的过程中，重力势能削减了mgh，故A错误；依据牛顿其次定律得，物体所受的合力为F合＝ma＝eq\f(4,5)mg，则依据动能定理得，合力做功为eq\f(4,5)mgh，则动能增加了eq\f(4,5)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eq\f(1,5)mgh，故B错误；重力势能削减了mgh，动能增加了eq\f(4,5)mgh，故机械能削减了eq\f(1,5)mgh，故D正确。]

[一语通关]

应用功能关系解题的步骤

(1)明确探讨对象，探讨对象是一个物体或是几个物体组成的系统。

(2)隔离探讨对象，分析哪些力对它做功，它的哪些能量发生改变。

(3)依据能量的改变类型确定用哪一类功能关系去求解。

(4)依据相应的功能关系列方程、求解。

[培育层·素养升华]

(老师用书独具)

动力学方法与能量观点的综合应用

如图所示，绷紧的皮带与水平面的夹角θ＝30°，皮带在电动机的带动下，始终保持v0＝2m/s的速率运行，现把一质量为m＝10kg的工件(可看成质点)轻轻放在皮带的底端，经过时间1.9s，工件被传送到h＝1.5m的高处，取g＝10m/s2，求：

[设问探究]

(1)工件与皮带间的动摩擦因数；

(2)电动机由于传送工件多消耗的电能。

[解析](1)由题图可知，皮带长x＝eq\f(h,sinθ)＝3m

工件速度达到v0前，