《高中物理大难点强行突破》之五功和能 .docx
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1、精品名师归纳总结一、难点形成缘由:功与能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1、对功的概念及运算方法把握不到位高中同学刚接触矢量与标量,对功有正负但又是标量不能懂得,而在运算的时候,又不能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结精确应用公式WFlcos,误以为运算功套上该公式就万事大吉,岂不知该公式一般仅可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结仅适用于恒力做功。2、不能敏捷运用动能定理动能定理是高中物理中应用特别广泛的一个定理,应用动能定理有许多优点,但是同学对该定理懂得不深,或者不能正确的分析初、末状态,或者不能正确的求出合外力的功, 或者不能正确的表示动能变化量
2、,导致对该规律的应用错误百出。3、对守恒思想懂得不够深刻在高中物理学习过程中,既要学习到普遍适用的守恒定律能量守恒定律,又要学习到条件限制下的守恒定律机械能守恒定律。同学把握守恒定律的困难在于:对于能量守恒定律,分析不清晰哪些能量发生了相互转化,即哪几种能量之和守恒。而对于机械能守恒定律,又不能正确的分析何时守恒,何时不守恒。4、对功和能混淆不清在整个高中物理学习过程中,许多同学始终错误的认为功与能是一回事,甚至可以相互代换,其实功是功,能是能,功和能是两个不同的概念,对二者的关系应把握为:功是能量转化的量度。二、难点突破:1、加深对功概念的懂得、把握功的常用运算方法功是力对位移的积存,其作用
3、成效是转变物体的动能,力做功有两个不行缺少的因素:力和物体在力的方向上的位移,这两个因素同时存在,力才对物体做功。特别要明 确,功虽有正负,但功是标量,功的正负不表示方向,仅仅是表示力做正功仍是克服力做功。功的常用运算方法有以下几种:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结( 1 )功的公式:WFlcos,其中l cos是力的作用点沿力的方向上的位移,该公可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式主要用于求恒力做功和F 随 l 做线性变化的变力功(此时F 须取平均值)( 2)公式 WPt ,适用于求恒力做功,也适用于求以恒定功率做功的变力功。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品
4、名师归纳总结( 3)由动能定理WEK求恒力做功,也可以求变力做功。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结( 4)依据 F-s 图象的物理意义运算力对物体做的功,如图5-1 所示,图中阴影部分面积的数值等于功的大小,但要留意,横轴上方的面积表示做正功,横轴下方的面积表示做负功。图 5-1( 5)功是能量转化的量度,由此,对于大小、方向都随时变化的变力F 所做的功,可可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结以通过对物理过程的分析,从能量转化多少的角度来求解。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结例 1: 如图 5-2 所示,质量为m 的小物体相对静止在楔形物体的倾角为
5、的光滑斜面上,楔形物体在水平推力F 作用下向左移动了距离s,在此过程中,楔形物体对小物体做的功等于.A 0B mgscos C FsD mgstan 图 5-2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【审题】 在审查该题时,肯定要留意到两点:一是小物体与楔形物体相对静止,二是接触面光滑。【解读】 由于接触面光滑,所以小物体只受重力和斜面的支持力,又小物体随楔形物体一起向左移动,故二力合力方向水平向左,即重力和支持力的竖直分力平稳,小物体所受的合外力就是楔形物体对小物体支持力的水平分力,该力大小为 mgtan,又物体向左移动了距离 s,所以做功为 mgstan,答案应选 D。【总结】 利
6、用楔形物体对小物体的支持力的竖直方向的分力与重力平稳条件,可求出支持力的大小,从而求出支持力的水平分力大小。例 2:一辆汽车在平直大路上从速度 v0 开头加速行驶,经时间 t 后,前进了距离 s,此时恰好达到其最大速度 vmax ,设此过程中发动机始终以额定功率 P 工作,汽车所受阻力恒为 F,就在这段时间里,发动机所做的功为 .A FsB Pt可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1212Cmv max+Fs-mv0D Fvmaxv0 t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结222【审题】 审题中要留意到,此过程中发动机始终以额定功率工作,这样牵引力大小是变可编辑资料 -
7、 - - 欢迎下载精品名师归纳总结化的,求牵引力的功就不能用公式WFlcos,而要另想他法。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【解读】 由于发动机额定功率为P,工作时间为 t, 故发动机所做的功可表示为Pt, B 正可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结确。仍要留意到求发动机的功仍可以用动能定理,即W-Fs=12mv max-21mv022,所以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结12W=mv max2+Fs-1 mv02, C 正确,所以此题答案应选BC 。2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【总结】 此题易错之处就在于简洁把牵引力分析成恒力
8、,而应用W=Fs求解。例 3: 用铁锤将一铁钉击入木块,设木块对铁钉的阻力与铁钉进入木块内的深度成正比.在铁锤击第一次时,能把铁钉击入木块内1 cm. 问击其次次时,能击入多少深度?(设铁锤每次做功相等)【审题】 可依据阻力与深度成正比这一特点,将变力求功转化为求平均阻力的功,进行等效替代,也可进行类比迁移,采纳类似依据匀变速直线速度-时间图象求位移的方式,依据 F-x 图象求功 .【解读】 解法一:(平均力法)铁锤每次做功都用来克服铁钉阻力做的功,但摩擦阻力不是恒力,其大小与深度成正比,F=f=kx,可用平均阻力来代替 .如 图 5-3 所 示 , 第 一 次 击 入 深 度 为 x1, 平
9、 均 阻 力可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1F =kx ,做功为 W= F x12=kx.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结12111121可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次次击入深度为x1 到 x2,平均阻力F2 =1 k(x2 +x1),图 5-32可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结位移为 x-x ,做功为 W= F (x-x ) =1k( x2-x 2 ).可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结212221221两次做功相等: W1=W2.解后有: x2=2 x1 =1.41 cm, x=x2-x1=0.41 cm
10、.解法二:(图象法)由于阻力 F=kx,以 F 为纵坐标, F 方向上的位移 x 为横坐标,作出 F-x 图象(如图 5-4 所示),曲线上面积的值等于 F 对铁钉做的功。由于两次做功相等,故有:S1=S2(面积),即:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结12kx1 =21k( x2+x12)( x2-x1),可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结所以 x=x2-x1=0.41 cm【总结】 利用平均力求力做的功,或者利用F-x 图象求面积得到力做的功,这两种方法应用不多,但在探究问题时应用较大,比如探究弹簧弹力做功的特点就可以用这两种方法。2、深刻懂得动能定理,充分利用
11、其优越性动能定理不涉及物体运动过程中的细节,因此用它处理某些问题一般要比应用牛顿其次定律和运动学公式更为便利,同时它仍可以解决中学阶段用牛顿运动定律无法求解的一些变力问题和曲线运动问题,因此能用动能定懂得决的问题(特别是不涉及加速度和时间的问题)应尽量用动能定懂得决。应用动能定懂得决问题时,要留意以下几点:( 1)对物体进行正确的受力分析,肯定要做到不漏力,不多力。图 5-4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结( 2)分析每个力的做功情形,弄清每个力做不做功,是做正功仍是负功,总功是多少。( 3)有的力不是存在于物体运动的全过程,导致物体的运动状态和受力情形都发生了变化,物体的运动
12、被分成了几个不同的过程,因此在考虑外力做功时,必需看清该力在哪个过程做功,不能一概认为是全过程做功。( 4)当物体的运动由几个物理过程组成时,如不需要争论全过程的中间状态时, 可以把这几个物理过程看成一个整体过程,从而防止分析每个运动过程的详细细节,这时运用动能定理具有过程简明、方法奇妙、运算简洁等优点。例 4: 一列火车由机车牵引沿水平轨道行使,经过时间t,其速度由 0 增大到 v。已知列车总质量为M ,机车功率 P 保持不变,列车所受阻力f 为恒力。求:这段时间内列车通过的路程。【审题】 以列车为争论对象,水平方向受牵引力F 和阻力 f ,但要留意机车功率保持不变,就说明牵引力大小是变化的
13、,而在中学阶段用功的定义式求功要求F 是恒力。【解读】 以列车为争论对象,列车水平方向受牵引力和阻力, 设列车通过路程为s。依据动能定理:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结WFWf1 Mv 22可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【总结】 发动机的输出功率P 恒定时,据 P = F V 可知 v 变化, F 就会发生变化,牵引力 F 变化, a 变化。应对上述物理量随时间变化的规律有个定性的熟悉,下面通过图象给出定性规律。(如图5-5 所示)图 5-5例 5: 某的强风的风速是20m/s,空气的密度是=1.3kg/m 3。一风力发电机的有效受风面积为 S=20m2 ,
14、假如风通过风力发电机后风速减为12m/s ,且该风力发电机的效率为=80% ,就该风力发电机的电功率多大?【审题】 风通过风力发电机后速度减小说明风的动能转化为电能,但要留意到削减的动能并没有全部转化为电能,仍有一个效率问题。1 mv 201 mv2 12v 2222【解读】 风力发电是将风的动能转化为电能,争论时间t 内的这种转化,这段时间内通过风力发电机的空气是一个以S为底、 v0t 为高的横放的空气柱,其质量为m=Sv0t,它通过风力发电机所削减的动能用以发电,设电功率为P,就PtSv0tv0代入数据解得P=53kW【总结】 解决该类问题,要留意争论对象的选取,可以挑选t 时间内通过风力
15、发电机的空气为争论对象,也可以挑选单位时间内通过风力发电机的空气为争论对象,仍可以挑选单位长度的空气为争论对象。例 6: 如图 5-6 所示,斜面倾角为 ,滑块质量为 m,滑块与斜面的动摩擦因数为,从距挡板为s0 的位置以 v0 的速度沿斜面对上滑行 . 设重力沿斜面的分力大于滑动摩擦力,且每次与P 碰撞前后的速度大小保持不变,斜面足够长. 求滑块从开头运动到最终停止滑行的总路程 s.图 5-6【审题】 该题中滑块初速度沿斜面对上,而且是一个多次碰撞问题,所以不行能用运动学公式解决,而每次碰撞没有能量缺失就示意了可以考虑应用动可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结能定理。【解读】 选
16、取滑块为争论对象,由于重力沿斜面的分力大于滑动摩擦力,所以滑块最终肯定停在挡板上,在此过程中,只有重力和摩擦力对滑块做功,故由动能定理可得:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结mgssinmg coss01 mv 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结002可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结所以: s=s0 tan2v02 gcos可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结【总结】 取全过程进行分析,应用动能定懂得决该问题,可使该问题大大简化,但肯定留意分析力做功的特点,此题中,重力做正功且与路径无关,摩擦力总做负功,与路程成正比。3、紧扣守恒条件,
17、抓住初末状态,表达守恒法优越性在物理变化的过程中,常存在着某些不变的关系或不变的量,在争论一个物理变化过程时,对其中的各个量或量的变化关系进行分析,查找到整个过程中或过程发生前后存在着的不变关系或不变的量,就成为争论这一变化的过程的中心和关键。这就是物理学中最常用到的一种思维方法守恒法。高中阶段涉及到的守恒量主要有普遍意义的“能量” 和条件限制下的“机械能”,这里主要阐述一下机械能守恒定律的应用。第一是机械能是否守恒的判定,这是能否应用机械能守恒定律的前提。机械能守恒的条件是:只有重力或弹力做功。这句话本身很笼统,事实上可以这样懂得,要分析一个物体机械能是否守恒,可先对该物体进行受力分析,如该
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