（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.pptVIP

专题六机械能守恒定律,高考物理（浙江专用）,考点一功和功率考向基础一、功1.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: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:功是能量转化的量度。,考点清单,4.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=Fxcos。即力对物体所做的功,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,但有正负。6.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。,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。,考向突破考向一功1.对功的理解(1)公式W=Fxcos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=Fxcos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00,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(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=,答案(1)2(2)3r(3),考点三势能、机械能守恒定律考向基础一、势能1.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(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,在国际单位制中是焦耳(J)。3.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: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(1)根据机械能守恒的条件判断。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,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。,考向突破考向一重力势能重力做功与重力势能及其变化的关系(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B,考向二机械能守恒定律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的能量参与转化来判定机械能是否守恒。(4)在系统机械能守恒的过程中,物体可以受重力和系统内弹力以外的其他力的作用,只要这些力不做功,或做功的代数和为零,系统的机械能便守恒。,例5(2019届浙江稽阳联谊学校10月联考,7)世界杯足球比赛中,球员凭借精湛的脚法,常常踢出高质量的“香蕉球”。该足球在空中飞行时,下列说法中正确的是()A.只受重力B.机械能守恒C.处于失重状态D.合外力有可能为零,解析由题意可知,足球在空中飞行时,水平分运动不是直线运动,所以它除了受竖直方向的重力以外,还受到了水平方向的空气对它的作用力,机械能不守恒,因而A、B、D错误,C正确。,答案C,考点四功能关系、能量守恒定律考向基础一、常见的力做功与能量转化的对应关系1.重力做功:重力势能和其他形式的能相互转化。2.弹簧弹力做功:弹性势能和其他形式的能相互转化。3.滑动摩擦力做功:机械能转化为内能。4.电场力做功:电势能与其他形式的能相互转化。5.安培力做功:电能和机械能相互转化。二、功和能的关系1.功是能量转化的量度,做了多少功,就有多少能量发生了转化。2.WF=E,该式的物理含义是除重力和系统内弹力以外所有其他,力对物体系统所做的功等于物体系统机械能的变化。要注意的是物体的内能(所有分子热运动的动能和分子势能的总和)、电势能不属于机械能。三、滑动摩擦力做功与物体内能变化的关系滑动摩擦力做功转化成的内能等于滑动摩擦力乘以相对滑动的两个物体的相对路程,即W=Ffx相对。四、能量守恒定律能量不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中其总量保持不变,这就是能量守恒定律。能量守恒是最基本、最普遍、最重要的自然规律之一,它揭示了自然界,各种运动形式不仅具有多样性,而且具有统一性。它指出了能量既不能无中生有,也不能消灭,只能在一定条件下相互转化。目前我们所了解的能量的种类或形式有机械能、内能、电能、电磁能、核能、化学能等。,考向突破考向能量守恒定律与能源1.功和能的关系功是能量转化的量度。这一结论道出了功和能量的深刻关系。它告诉人们:做功的过程实际上是能量转化的过程,能量的转化由功来量度。功是过程量,它和一段位移(或一段时间)相对应,能是状态量,它和一个位置(或一个时刻)相对应。常见的功和能关系如下:(1)物体动能的增量由外力做的总功来量度,W外=Ek,这就是动能定理;(2)物体重力势能的增量由重力做的功来量度:WG=-Ep,这就是重力做功与重力势能变化的关系;,(3)系统机械能的增量由重力和系统内弹力以外的其他力做的功来量度:W其他=E机(W其他表示除重力和系统内弹力以外的其他力做的功)。(4)一对互为作用力与反作用力的摩擦力做的总功,用来量度该过程系统由于摩擦而减少的机械能:Ffx相对=Q热(x相对为这两个物体间相对移动的路程),也就是系统增加的内能。2.用功和能量的关系分析问题功是能转化的量度。掌握此项内容的关键是一定要理解透以下问题:(1)机械能的改变与什么力做功有关?(2)动能的改变与什么力做功有关?(3)重力势能的改变与什么力做功有关?,例6(2019届浙江温州九校10月第一次联考,7)如图是一位小孩在玩“跳跳鼠”,该玩具弹簧上端连接脚踏板,下端连接跳杆,儿童在脚踏板上用力向下压缩弹簧,然后弹簧将人向上弹起,最终弹簧将跳杆带离地面,下列说法正确的是()A.从人被弹簧弹起到弹簧第一次恢复原长,人一直向上加速运动B.无论弹簧的压缩量多大,弹簧都能将跳杆带离地面,C.人用力向下压缩弹簧至最低点的过程中,人和“跳跳鼠”组成的系统机械能增加D.人用力向下压缩弹簧至最低点的过程中,人和“跳跳鼠”组成的系统机械能守恒,解析从人被弹簧弹起到弹簧第一次恢复原长,人先向上做加速运动,当人的重力与弹力相等时,速度最大,之后重力大于弹力,人向上做减速运动,故A错误;当下压弹簧的压缩量较小时,弹簧的拉伸量也较小,弹力小于跳杆的重力时,跳杆不能离开地面,故B错误;人用力向下压缩弹簧至最低点的过程中,人的内能转化为系统的机械能,所以人和“跳跳鼠”组成的系统机械能增加,故C正确,D错误。故应选C。,答案C,方法1求解变力做的功1.应用动能定理求解。2.应用W=Pt求解,其中变力的功率P不变。3.应用力(F)-位移(l)图像的物理意义计算力对物体所做的功,如图中阴影部分的面积在数值上等于力所做功的大小。,方法技巧,例1滑块(可视为质点)经水平轨道AB进入竖直平面内的四分之一圆弧形轨道BC。已知滑块的质量m=0.50kg,滑块经过A点时的速度vA=5.0m/s,AB长x=4.5m,滑块与水平轨道间的动摩擦因数=0.10,圆弧形轨道的半径R=0.50m,滑块离开C点后竖直上升的最大高度h=0.10m。取g=10m/s2。求:(1)滑块第一次经过B点时速度的大小;(2)滑块刚刚滑上圆弧形轨道时,对轨道上B点压力的大小;(3)滑块在从B运动到C的过程中克服摩擦力所做的功。,解析(1)滑块由A到B的过程中,由动能定理得-fx=m-m又f=mg解得:vB=4.0m/s(2)在B点,滑块开始做圆周运动,由牛顿第二定律可知FN-mg=m解得轨道对滑块的支持力FN=21N根据牛顿第三定律可知,滑块对轨道上B点压力的大小也为21N(3)滑块从B经过C上升到最高点的过程中,由动能定理得-mg(R+h)-Wf=0-m解得滑块克服摩擦力做功Wf=1.0J,答案(1)4.0m/s(2)21N(3)1.0J,方法2动能定理在多阶段过程中的应用多过程问题的求解方法1.首先分析物体的运动,确定物体运动过程中不同阶段的受力情况,分析各个力所做的功。2.分析物体各个过程中的初末速度,在不同阶段运用动能定理求解,此为分段法。3.如果能够得到物体全过程初末动能的变化及全过程中各力做的功,对全过程列一个方程即可,一般对全过程列方程的方法较为简便。,例2如图所示,AB是倾角为的粗糙直轨道,BCD是光滑的圆弧轨道,AB恰好在B点与圆弧相切,圆弧的半径为R。一个质量为m的物体(可以看做质点)从直轨道上的P点由静止释放,结果它能在两轨道间做往返运动。已知P点与圆弧的圆心O等高,物体与轨道AB间的动摩擦因数为,求:(1)物体做往返运动的整个过程中在AB轨道上通过的总路程;(2)最终当物体通过圆弧轨道最低点E时,对圆弧轨道的压力;(3)为使物体能顺利到达圆弧轨道的最高点D,释放点距B点的距离L应满足什么条件。,解析(1)因为摩擦力始终对物体做负功,所以物体最终在圆心角为2的圆弧上往复运动。对整个过程由动能定理得mgRcos-mgcoss总=0,所以s总=。(2)对BE过程mgR(1-cos)=mFN-mg=由式得FN=(3-2cos)mg。,(3)设物体刚好到D点,则mg=对全过程由动能定理得mgLsin-mgcosL-mgR(1+cos)=m由式得:L=R。,答案(1)(2)(3-2cos)mg(3)L=R,方法3应用功能关系和能量守恒定律解题的方法一些实际问题中,往往物体的受力情况或做功情况不易分析,但有哪些能量增加,哪些能量减少比较清晰,可以应用功能关系和能量守恒定律来求解问题。,例3为了降低潜艇噪声,提高其前进速度,可用电磁推进器替代螺旋桨。潜艇下方有左、右两组推进器,每组由6个相同的、用绝缘材料制成的直线通道推进器构成,其原理示意图如下。在直线通道内充满电阻率=0.2m的海水,通道中abc=0.3m0.4m0.3m的空间内,存在由超导线圈产生的匀强磁场,其磁感应强度B=6.4T、方向垂直通道侧面向外。磁场区域上、下方各有ab=0.3m0.4m的金属板M、N,当其与推进器