浙江版5年高考3年模拟A版2020年物理总复习专题六机械能守恒定律课件.pdf
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1、专题六 机械能守恒定律 高考物理(浙江专用)高考物理(浙江专用) 考点一 功和功率考点一 功和功率 考向基础考向基础 一、功一、功 1.功的定义功的定义:一个物体受到力的作用,如果在力的方向上 发生一段位移 , 就说这个力对物体做了功。 2.做功的两个必要因素做功的两个必要因素: 力 和 物体在力的方向上发生的位移 ,缺一 不可。 3.功的物理意义功的物理意义:功是 能量转化 的量度。 考点考点清单清单 4.公式公式:a.当恒力F的方向与位移x的方向一致时,力对物体所做的功为 W= Fx 。 b.当恒力F的方向与位移x的方向成某一角度时,力F对物体所做的功为 W= Fx cos 。即力对物体所
2、做的功,等于力的大小、位移的大 小、力与位移的夹角的余弦这三者的乘积。 5.功是标量功是标量,但有正负。但有正负。 6.合力的功合力的功 当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,这几个力的合力对物体 所做的功,等于各个力分别对物体所做功的 代数和 。 求合力的功可以先求各个力所做的功,再求这些力所做功的 代数和 ;也 可先求合外力,再求合外力做的功;还可用动能定理求解。 二、功率二、功率 1.功率是描述 做功快慢 的物理量,定义为功与完成这些功所用时 间的比值。所以功率的大小只与功与做功的时间的比值有直接联系,与 做功多少和时间长短无直接联系。 2.计算功率的两种表达式 a.P= ,用此公式
3、求出的是 平均 功率。 b.P=Fv,若v为平均速度,则P为 平均功率 ;若v为瞬时速度,则P为 瞬时 功率。 3.发动机铭牌上所标注的功率为这部机械的 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。 W t 机械的 实际 功率可以 小于 其额定功率,可以 等于 其额定功率(称满负荷运行)。但是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。由P=Fv可知,在功率一定的条件 下,发动机产生的牵引力F跟运转速度v成 反比 。 考向突破考向突破 考向一考向一 功功 1.对功的理解对
4、功的理解 (1)公式W=Fx cos 表明力对物体做多少功由力的大小、位移的大小、 力和位移方向间的夹角共同决定,只适用于恒力功的计算。 (2)公式W=Fx cos 中x的物理意义是物体的绝对位移(相对于地面的位移)。 (3)功的正负由力和位移方向间的夹角决定。 a.当0Ek1,即W总0,合力对物体做正功,物体的动能增加;若Ek2Ek1,即W总 0,合力对物体做负功,物体的动能减少。 3.运用动能定理解题的基本步骤和方法 (1)明确研究对象和研究过程,找出始、末状态的速度情况。 (2)要对物体进行正确的受力分析(包括重力、弹力等),明确各力做功的 大小及正、负情况。 (3)有些力在运动过程中不
5、是始终存在的,若物体运动过程中包含几个 物理过程,物体运动状态、受力情况等均发生变化,则在考虑外力做功 时,必须根据不同情况,分别对待。 (4)若物体运动过程中包含几个不同的物理过程,解题时,可以分段 考虑,也可视为一个整体过程,根据动能定理求解。 例例3 (2019届浙江杭州高二10月模拟,20)如图所示,光滑曲面AB与水平 面BC平滑连接于B点,BC右端连接内壁光滑、半径为r的1/4细圆管CD, 管口D端正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧,轻弹簧一端固定,另一 端恰好与管口D端平齐。质量为m的滑块在曲面上距BC的高度为2r处 从静止开始下滑,滑块与BC间的动摩擦因数=0.5,进入管口C端时
6、与圆 管恰好无作用力,通过CD后压缩弹簧,在压缩弹簧过程中滑块速度最大 时弹簧的弹性势能为Ep。求: (1)滑块到达B点时的速度大小vB; (2)水平面BC的长度x; (3)在压缩弹簧过程中滑块的最大速度vm。 解析解析 (1)滑块在曲面上下滑过程,由动能定理得 mg2r= m ,解得vB=2 (2)在C点,由mg=m 得vC= 滑块从A点运动到C点过程,由动能定理得mg2r-mgx= m 解得x=3r (3)设在压缩弹簧过程中速度最大时,滑块离D端的距离为x0,则有kx0=mg, 得x0= 由能量守恒得mg(r+x0)= m - m +Ep 解得vm= 1 2 2 B vgr 2 C v r
7、 gr 1 2 2 C v mg k 1 2 2 m v 1 2 2 C v 2 p 2 2 3 E mg gr km 答案答案 (1)2 (2)3r (3) gr 2 p 2 2 3 E mg gr km 考点三 势能、机械能守恒定律考点三 势能、机械能守恒定律 考向基础考向基础 一、势能一、势能 1.势能势能:与相互作用的物体的 相对位置 有关的能量叫做势能。 2.重力势能重力势能 (1)物体由于 被举高 而具有的能量称为重力势能,物体的质量越 大,高度越高,它的重力势能越大。 (2)计算公式为 Ep=mgh ,其中h为相对于参考平面的高度。 (3)重力势能是标量,其单位与功的单位相同,在
8、国际单位制中是焦耳(J)。 3.弹性势能弹性势能:发生弹性形变的物体,在恢复原状时都能够对外界做功,因 而具有能量,这种能量叫做弹性势能。弹性势能的大小跟 弹性形变量 的大小有关系。 二、机械能守恒定律二、机械能守恒定律 1.机械能:动能、 重力势能和弹性势能统称为机械能。 2.机械能守恒定律:在 只有重力 和 弹力 做功的物体系统内, 动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。 3.表达式表达式: m +mgh1 = m +mgh2 或 Ek1+Ep1 = Ek2+Ep2 或 E1=E2 。 4.判断机械能守恒的方法一般有两种判断机械能守恒的方法一般有两种 (1)根据机械能守恒的条件判断
9、。分析物体系统所受的力,判断重力和 系统内弹力以外的力(不管是系统内部物体间的力还是系统外部其他 物体施加给系统内物体的力)是否对物体做功,如果重力和系统内弹力 1 2 2 1 v 1 2 2 2 v 以外的力对物体系统做了功,则物体系统的机械能不守恒,否则,机械能 守恒。 (2)根据能量的转化判断。对于一个物体系统,分析是否只存在动能、 重力势能、弹性势能的相互转化。如果只存在动能、重力势能、弹性 势能的相互转化,而不存在机械能和其他形式的能量的转化,则机械能 守恒,否则,机械能不守恒。 考向突破考向突破 考向一考向一 重力势能重力势能 重力做功与重力势能及其变化的关系重力做功与重力势能及其
10、变化的关系 (1)重力做功的特点 如图所示,物体的质量为m,由A处沿任意路径运动到B处,发生的位移 为s,位移方向跟竖直方向间的夹角为。因物体所受重力是恒力,由恒 力做功的计算式可得运动过程中重力对物体所做的功WG=mgscos ,由 图中的几何关系可得h=scos 。综合以上两式可得WG=mgh。由此可以 得到结论:重力对物体所做的功跟物体运动的路径无关,仅由重力跟物 体的初、末位置的高度差决定。需要注意的是:上式中h表示物体在初 末位置的重心在竖直方向的距离,若物体的末位置较高,则重力做功的 值应为WG=-mgh。 (2)重力势能的相对性 物体的重力势能的值跟参考平面的选择有关,重力势能的
11、计算式为Ep= mgh,式中h为物体的重心相对参考平面的高度。若物体在参考平面以 上则h为正值,若物体在参考平面以下则h为负值,若物体恰好处在参考 平面上则h=0。参考平面的选择不同,物体的重力势能的大小也不相同, 即重力势能具有相对性,不选择参考平面而说物体的重力势能是多少是 没有物理意义的。对于参考平面有三点值得注意:参考平面也称为零 势能面,如果物体正处在零势能面上,则物体的重力势能为零;零势能 面的选择原则上是任意的,在实际应用中,往往以解决问题方便为依据 选择零势能面;如果物体的重力势能为负值,则表明物体处在零势能 面以下。 (3)重力做功与重力势能的变化之间的关系 将质量为m的物体
12、由距离参考平面h1处移至距离参考平面h2处,由重力 做功的特点可知WG=mg(h1-h2)=Ep1-Ep2=-Ep。上式表明,重力对物体做的 功等于物体重力势能的减少量。重力对物体做了多少功,物体的重力势 能就减少多少;物体克服重力做了多少功,物体的重力势能就增加多 少。应该注意的是:重力势能的值与参考平面的选择有关,但是重力势 能的变化跟参考平面的选择无关。 例例4 (2019届浙江湖州五中高考二模,8)2016年巴西里约奥运会上,中国 选手邓薇以262公斤(抓举115公斤,挺举147公斤)的总成绩打破奥运会 纪录、世界纪录。某次抓举,在杠铃被举高的整个过程中,不计空气阻 力,下列说法中正确
13、的是 ( ) A.杠铃的动能一直增大 B.杠铃的重力势能一直增大 C.杠铃的机械能守恒 D.杠铃一直处于超重状态 解析解析 杠铃被举高的整个过程中,速度先增大后减小,故动能先增大后 减小,选项A错误;重力势能Ep=mgh,h一直增大,故杠铃的重力势能一直 增大,B正确;因为除重力之外还有运动员的举力对杠铃做功,故杠铃的 机械能不守恒,C错误;杠铃被举高的整个过程中,先超重后失重,故D错误。 答案答案 B 考向二考向二 机械能守恒定律机械能守恒定律 对机械能守恒定律的理解对机械能守恒定律的理解 (1)因为重力势能是物体和地球所共有的,而弹性势能是物体和弹力装 置共有的,所以机械能守恒定律的研究对
14、象一定是系统。 (2)守恒条件的理解:当有除了重力或系统内弹力以外的力做功时,就会 使物体或系统的机械能与其他形式的能量发生转化,机械能就不能恒定 了,故机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功。当只有重力做 功时,物体的动能与重力势能之间互相转化;当只有弹簧弹力做功时,物 体的动能与弹簧的弹性势能之间互相转化;若重力、弹簧弹力都在做 功,则重力势能、弹性势能和动能三者之间互相转化,总机械能不变。 (3)当研究对象(除地球以外)只有一个物体时,往往根据是否“只有重力 做功”来判定机械能是否守恒;当研究对象(除地球以外)由多个物体组 成时,往往根据除重力势能、弹性势能和动能以外是否还有其他形式
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