将电动车的前轮装有发电机,发电机蓄电池连接.当在骑车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时,自行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500J的初动能在粗糙的水平路面上滑行,第一次关闭自充电装置,让车自由滑行,其动能随位移变化关系如图线①所示;第二次启动自充电装置,其动能随位移变化关系如图线②所示,则第二次向蓄电池所充的电能是( )
| A. | 200J | B. | 250J | C. | 300J | D. | 500J |
考点:
能量守恒定律.
分析:
根据能量转化与守恒定律分析两种情况能量的转化情况:第一次关闭自充电装置,让车自由滑行,其动能全部转化为摩擦产生的内能;第二次启动自充电装置,其动能转化为摩擦产生的内能和蓄电池所充的电能.研究第一次自动滑行过程,根据功能关系求出摩擦力的大小,再根据能量守恒定律求解第二次向蓄电池所充的电能.
解答:
解:第一次关闭自充电装置,让车自由滑行过程,由图读出:位移大小为x1=10m,初动能为500J,末动能为0,根据功能关系得到,fx=Ek,则滑动摩擦力大小f==.
第二次启动自充电装置,让车自由滑行过程,由图读出:位移大小为x2=6m,初动能为500J,末动能为0,根据能量守恒定律得,Ek=fx2+E,得到第二次向蓄电池所充的电能E=Ek﹣fx2=500J﹣50×6J=200J
故选A
点评:
本题首先要搞清两种情况下能量是如何转化的,其次要抓住两种情况的联系:滑动摩擦力大小不变.
判定机械能守恒的方法:
(1)条件分析法:应用系统机械能守恒的条件进行分析。分析物体或系统的受力情况(包括内力和外力),明确各力做功的情况,若对物体或系统只有重力 (或弹力)做功,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则系统的机械能守恒。
(2)能量转化分析法:从能量转化的角度进行分析:若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,机械能也没有转化成其他形式的能(如内能),则系统的机械能守恒。
(3)增减情况分析法:直接从机械能的各种形式的能量的增减情况进行分析。若系统的动能与势能均增加或均减少,则系统的机械能不守恒;若系统的动能不变,而势能发生了变化,或系统的势能不变,而动能发生了变化,则系统的机械能不守恒;若系统内各个物体的机械能均增加或均减少,则系统的机械能不守恒。
(4)对一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等,除非题目特别说明,否则机械能必定不守恒。
竖直平面内圆周运动与机械能守恒问题的解法:
在自然界中,违背能量守恒的过程肯定是不能够发生的,而不违背能量守恒的过程也不一定能够发生,因为一个过程的进行要受到多种因素的制约,能量守恒只是这个过程发生的一个必要条件。如在竖直平面内的变速圆周运动模型中,无支撑物的情况下,物体要到达圆周的最高点,从能量角度来看,要求物体在最低点动能不小于最高点与最低点的重力势能差值。但只满足此条件物体并不一定能沿圆弧轨道运动到圆弧最高点。因为在沿圆弧轨道运动时还需满足动力学条件:所需向心力不小于重力,由此可以推知,在物体从圆弧轨道最低点开始运动时,若在动能全部转化为重力势能时所能上升的高度满足时,物体可在轨道上速度减小到零,即动能可全部转化为重力势能;在,物体上升到圆周最高点时的速度)时,物体可做完整的圆周运动;若在时,物体将在与圆心等高的位置与圆周最高点之间某处脱离轨道,之后物体做斜上抛运动,到达最高点时速度不为零,动能不能全部转化为重力势能,物体实际上升的高度满足。故在解决这类问题时不能单从能量守恒的角度来考虑。
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