【强烈推荐】高考~物理复习预习资料大全第五章机械能守恒定律.doc
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1、.第五章 机械能守恒定律考纲要览主题 内容 要求 说明机械能功和功率动能和动能定理重力做功与重力势能功能关系 机械能守恒定律及其应用实验与探究 实验五:探究动能定理实验六:验证机械能守恒定律考向预测纵观近几年高考,对本章考查的热点包括功和功率、动能定理、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律.考查的特点是灵活性强、综合面大、能力要求高.涉及本章知识的命题不仅年年有、题型全、份量重,而且多年的高考压轴题均与本章的功和能知识有关.解题时需对物体或系统的运动过程进行详细分析、挖掘隐含条件,寻找临界点,综合使用动量守恒、机械能守恒或能的转化与守恒定律求解.第 1 课时 追寻守恒量 功基础知识回顾1追寻守恒
2、量(1) 能量:简称“能“.物质运动的一般量度.任何物质都离不开运动,如引力运动、机械运动、分子热运动、电磁运动、化学运动、原子核与基本粒子运动.等.对运动所能作的最一般的量度就是能量,用数学的语言说,能量是物质运动状态的一个单值函数.相应于不同形式的运动,能量分为机械能、内能、电能、磁能、化学能、原子能等.当物质的运动形式发生转变时,能量形式同时发生转变.能量可以在物质之间发生传递,这种传递过程就是作功或传递热量.例如,河水冲击水力发电机作功的过程就是河水的机械能传递给发电机,并转变为电能.自然界一切过程都服从能量转化和守恒定律,物体要对外界作功,就必须消耗本身的能量或从别处得到能量的补充.
3、因此.一个物体的能量愈大,它对外界就有可能做更多的功.(2) 机械能:物质机械运动的量度.包括动能、重力势能和弹性势能.(3) 动能:物体由于运动而具有的能量.(4) 势能:相互作用的物体凭借其位置而具有的能量.2功的概念(1)定义:一个物体受到力的作用,如果在力的方向上发生一段位移,就说这个力做了功. (2)做功的两个必要条件:a、力; b、物体在力的方向上发生位移.(3)功的单位:在国际单位制中,功的单位是焦耳,符号 J,其物理意义是:1J 等于 1N 的力使物体在力的方向上发生 1m 的位移时所做的功.(4)功是标量,只有大小,没有方向.(5)功是过程量,即做功必定对应一个过程(位移)应
4、明确是哪个力在哪个过程中对哪个物体做功.3、功的计算(1)功的一般计算公式: W=Flcos(2)条件:适用于恆力所做的功(3)字母意义:F力l物体对地位移F、 l 正方向之间的夹角4、正负功的意义 (1)根据功的计算公式 W=Flcos 可得到以下几种情况: 当 90o 时,cos 0,则 W0 即力对物体不做功;当 000,则 W0,即力对物体做正功;当 90oW2CW 1W2W3 D. W1W 2W3【解析】 功的两个必要因素是力和在力的方向上发生的位移.比较力的功,就是要比较做功的两个必要因素。由题意知:三种情况下,水平力 F 相同,沿水平面发生的位移相同,则两个必要因素都相同,所以力
5、对物体做的功必然相同.【答案】A7如图 5-1-7 所示,某个力F10N 作用于半径为 Rlm的转盘的边缘上,力 F 的大小保持不变,但方向保持在任何时刻均与作用点的切线一致,则转动一周这个力 F做的总功为A. 0 B. J20C. 10J D. J1【解析】 本题中 F 的大小不变,但方向时刻发生变化,属于变力做功的问题.可以考虑把圆周分割为很多的小段采研究.当各小段的弧长足够小时,可以认为力的方向与弧长代表的位移方向一致.所求的总功为: JRFsssFW20.)( .31 32【答案】B8如图 5-1-8 所示,滑轮和绳的质量及摩擦不计,用力F 开始提升原来静止的质量为 m10kg 的物体
6、,以大小为 a2ms 2 的加速度匀加速上升,求头 3s 内力 F 做的功.(取 g10ms 2) 【解析】利用 w Fscosa 求力 F 的功时,要注意其中的 s 必须是力 F 作用的质点的位移.可以利用等效方法求功,要分析清楚哪些力所做的功具有等效关系.物体受到两个力的作用:拉力 F 和重力 mg,由牛顿第二定律得mag所以 1010+102=120NF则力 =60N 物体从静止开始运动,3s 内的2位移为 = 232=9m21ats解法一: 力 F 作用的质点为绳的端点,而在物体发生 9m 的位移的过程中,绳的端点的位移为s/2s18m,所以,力 F 做的功为6018=1080Js2解
7、法二 :本题还可用等效法求力 F 的功. 由于滑轮和绳的质量及摩擦均不计,所以拉力F 做的功和拉力 F对物体做的功相等 .即 1209=1080JsWFF图 5-1-8FR图 5-1-7.第 2 课时 功率基础知识回顾1.功率的概念(1)功 W 跟完成这些功所用的时间 t 的比值叫做功率.(2)物理意义:描述做功的快慢.(3)单位:在国际单位制中,功率的单位是瓦特,符号 W.2.功率的计算(1)功率的计算公式 tP(2)平均功率与瞬时功率 FvPFvtsW0cosco式中当 v 是平均速度时,功率 P 是平均功率;当 v 是瞬时速度时,功率 P 是瞬时功率;其区别在于:平均功率粗略描述做功的快
8、慢;瞬时功率精确描述做功快慢.3.机械的额定功率与实际功率 任何机械都有一个标牌,标牌上所注功率为这部机械的额定功率.它是提供人们对机械进行选择、配置的一个重要参数,它反映了机械的做功能力或机械所能承担的“ 任务”. 机械运行过程中的功率是实际功率.机械的实际功率可以小于其额定功率(称机械没吃饱) ,可以等于其额定功率(称满负荷运行),还可以在短时间内略大于其额定功率(称超负荷运行).机械不能长时间处于超负荷运行,这样会损坏机械设备,缩短其使用寿命. 重点难点例析一、功率的计算1.平均功率即某一过程的功率,其计算既可用,也可用 P= FvtW2.瞬时功率即某一时刻的功率,其计算只能用 P= F
9、v【例1】一个质量为m的物体,从高度为h,长度为L的光滑斜面顶端由静止开始下滑,求物体到达斜面底端时重力做功的功率?【解析】本题所求重力做功的功率,应为瞬时功率 P=mgv cos,而速度v 是沿着斜面向下的.如图5-2-1,设斜面的倾角为,根据而= (90) ,所以sin2gLalhmv/sinco【点拨】本题主要考查对瞬时功率的计算,要求同学们对三角关系理解通彻,并且灵活运用公式 拓展从空中以 40m/s 的初速度沿着水平方向抛出一个重为 10N 的物体,不计空气阻力,取 g=10m/s2,求(1)在抛出后 3s 内重力的功率.(2)在抛出后 3s时重力的功率(设 3s 时未落地).【解析
10、】 (1)3s 内的功率是指平均功率,3s 内重力做功 ,21gtmhWc(2) WttPC 150303s 时的功率是指瞬时功率,应用 求cosFvP解,结合平抛知识得 ymgvFvcosmggt=10103=300W二、机车的启动问题发动机的额定功率是指牵引力的功率,而不是合外力的功率.P=Fv 中,F 指的是牵引力.在 P 一定时,F 与 v 成反比;在 F 一定时, P 与 v 成正比.1.在额定功率下启动对车在水平方向上受力分析如图 5-2-2,由公式P=Fv 和 F-f=ma 知,由于 P 恒定,随着 v 的增大,F 必将减小,a 也必将减小,汽车做加速度不断减小的加速运动,直到
11、F=f,a=0,这时 v 达到最大值fvm可见,恒定功率的加速一定不是匀加速这种图 5-2-1.加速过程发动机做的功只能用 W=Pt 计算,不能用W=Fs 计算(因为 F 为变力) 其速度图象如图 5-2-3所示2.以恒定加速度 a 启动:由公式 P=Fv 和 Ff=ma 知,由于 a 恒定,所以 F 恒定, 汽车做匀加速运动,而随着 v 的增大,P 也将不断增大,直到 P 达到额定功率 Pm,功率不能再增大了这时匀加速运动结束,此时速度为,此后汽车要想继续加速就只mmvfv能做恒定功率的变加速运动了,由于机车的功率不变,速度增大,牵引力减小,从而加速度也减小,直到 F=f 时,a=0,这时速
12、度达到最大值 .fPvm可见,恒定牵引力的加速,即匀加速运动时,功率一定不恒定.这种加速过程发动机做的功只能用 W=Fs 计算,不能用 W=Pt 计算(因为 P 为变功率).其速度图象如图 5-2-4 所示 .要注意两种加速运动过程的最大速度的区别.【例 2】质量是 2000kg、额定功率为 80kW 的汽车,在平直公路上行驶中的最大速度为 20m/s.若汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为2m/s2,运动中的阻力不变.求:汽车所受阻力的大小.3s 末汽车的瞬时功率.汽车做匀加速运动的时间。汽车在匀加速运动中牵引力所做的功.【解析】 所求的是运动中的阻力,若不注意“ 运动中的阻力不变”
13、,则阻力不易求出.以最大速度行驶时,根据 P=Fv,可求得 F=4000N.而此时牵引力和阻力大小相等. 由于 3s 时的速度 v=at=6m/s,而牵引力由FFf=ma 得 F=8000N,故此时的功率为 P= Fv =4.8104W. 设匀加速运动的时间为 t,则 t 时刻的速度为 v=a t=2t,这时汽车的功率为额定功率.由 P=Fv,将 F=8000N 和 v=2 t 代入得 t=5s. 匀加速运动阶段牵引力为恒力,牵引力所做的功J1025218052atFsW【点拨】中的时间,有的学生用 v=at,得t=vm/a=10s,这是错误的.要注意,汽车不是一直匀加速到最大速度的. 拓展汽
14、车质量 5t,额定功率为 60kW,当汽车在水平路面上行驶时,受到的阻力是车重的 0.1 倍,问:(1)汽车在此路面上行驶所能达到的最大速度是多少?(2)若汽车从静止开始,保持以 0.5m/s2 的加速度作匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?【解析】(1) 当汽车达到最大速度时,加速度a=0,此时 mgfFvP由、解得 sgm/12(2) 汽车作匀加速运动,故 F 牵 -mg=ma,解得F 牵 =7.5103N设汽车刚达到额定功率时的速度为 v,则 P = F牵 v,得 v=8m/s设汽车作匀加速运动的时间为 t,则 v=at得 t=16s三、利用 求变力做功问题PtW如果汽车是以恒定功率
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