（江苏版 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.ppt

专题六机械能守恒定律,高考物理（江苏专用）,考点一功和功率,考点清单,考向基础一、功1.功的定义:一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生一段位移,就说这个力对物体做了机械功,简称功。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。4.公式:a.当恒力F的方向与位移l的方向一致时,力对物体所做的功为W=Fl。,b.当恒力F的方向与位移l的方向成某一角度时,力F对物体所做的功为W=Flcos。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。二、功率1.功率是描述做功快慢的物理量,在数值上等于功与完成这些功所用时间的比值。所以功率的大小只与该比值有直接联系,与做功多少和时间长短无直接联系。比较功率的大小,就要比较这个比值:比值越大,功率就越大,做功就越快;比值越小,功率就越小,做功就越慢。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,但是机械不能长时间超负荷运行,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,考向一功的分析与计算1.判断力是否做功及做正、负功的方法,2.恒力做功的计算方法直接用W=Flcos计算,3.合力做功的计算方法方法一:先求合力F合,再用W合=F合lcos求功;方法二:先求各个力做的功W1、W2、W3,再应用W合=W1+W2+W3+求合力做的功。,例1如图所示,人站在自动扶梯上不动,随扶梯向上匀速运动,下列说法中正确的是()A.重力对人做负功B.摩擦力对人做正功C.支持力对人做正功D.合力对人做功为零,解析人随电梯向上匀速运动时只受重力和竖直向上的支持力,所以重力做负功,支持力做正功,合力为零所以做功为零,A、C、D正确。,答案ACD,考向二摩擦力做功的特点1.静摩擦力做的功(1)单个静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。(2)相互摩擦的系统内,一对静摩擦力所做功的代数和总为零,即W1+W2=0。(3)在静摩擦力做功的过程中,只有机械能的相互转移(静摩擦力起着传递机械能的作用),而没有机械能转化为其他形式的能。2.滑动摩擦力做的功(1)单个滑动摩擦力可以对物体做正功,也可以对物体做负功,当然也可以不做功。,(2)相互摩擦的系统内,一对滑动摩擦力所做功的代数和总为负值,其绝对值恰等于滑动摩擦力与相对路程的乘积,即恰等于系统因摩擦而损失的机械能。(W1+W2=-Q,其中Q就是在摩擦过程中产生的内能)(3)一对滑动摩擦力做功的过程中,能量的转化和转移的情况:一是相互摩擦的物体之间机械能的转移;二是机械能转化为内能,转化为内能的数值等于滑动摩擦力与相对路程的乘积,即Q=Ffl相。,例2如图所示,倾斜的传送带始终以恒定速率v2运动。一小物块以v1的初速度冲上传送带,v1v2。小物块从A到B的过程中一直做减速运动,则()A.小物块到达B端的速度可能等于v2B.小物块到达B端的速度不可能等于零C.小物块的机械能一直在减少D.小物块所受合力一直在做负功,解析由题意可知,物块上滑过程中一直减速,则合外力一直做负功,D项正确;物块开始上滑时初速度v1大于传送带速度v2,上滑过程中,可能情况是物块受摩擦力斜向下,沿斜向下还存在重力的分力,两力作用使物块一直减速,达到顶端时物块速度恰好减到与v2一样大,则A项正确;物块上滑过程中,还可能,当物块速度减小到v2过程中摩擦力做负功,物块的机械能减小,若还存在tan,物块速度达到v2后还会继续减小,此后物块受到的摩擦力会变为斜向上,与上滑方向一致,物块在重力斜向下的分力和摩擦力的作用下可恰好运动到顶端,速度变为零,这一过程中摩擦力方向与物块运动方向相同,摩擦力做正功,机械能增大,则B、C项错误。,答案AD,考向三功率的理解与计算1.平均功率的计算方法(1)利用=。(2)利用=Fcos,其中为物体运动的平均速度。2.瞬时功率的计算方法(1)利用公式P=Fvcos,其中v为t时刻的瞬时速度。(2)利用公式P=FvF,其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度。(3)利用公式P=Fvv,其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力。,例3如图所示,质量为m=2kg的木块在倾角=37的斜面上由静止开始下滑,木块与斜面间的动摩擦因数为=0.5,已知:sin37=0.6,cos37=0.8,g取10m/s2,则前2s内重力的平均功率和2s末的瞬时功率分别为()A.48W24WB.24W48WC.24W12WD.12W24W,解题导引,解析木块所受的合外力F合=mgsin-mgcos=mg(sin-cos)=210(0.6-0.50.8)N=4N木块的加速度a=m/s2=2m/s2前2s内木块的位移x=at2=222m=4m所以,重力在前2s内做的功为W=mgxsin=21040.6J=48J重力在前2s内的平均功率为=W=24W,木块在2s末的速度v=at=22m/s=4m/s2s末重力的瞬时功率P=mgvsin=21040.6W=48W故选项B正确。,答案B,考向四机动车启动问题1.模型一以恒定功率启动(1)动态过程(2)这一过程的P-t图像和v-t图像如图所示:,2.模型二以恒定加速度启动(1)动态过程(2)这一过程的P-t图像和v-t图像如图所示:,3.三个重要关系式(1)无论哪种启动过程,机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度,即vm=(式中Fmin为最小牵引力,其值等于阻力F阻)。(2)机车以恒定加速度启动的过程中,匀加速过程结束时,功率最大,速度,不是最大,即v=vm=。(3)机车以恒定功率启动时,牵引力做的功W=Pt。由动能定理得:Pt-F阻x=Ek。此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小。,例5一列火车总质量m=500t,发动机的额定功率P=6105W,在轨道上行驶时,轨道对列车的阻力Ff是车重的0.01。(取g=10m/s2)(1)求列车在水平轨道上行驶的最大速度;(2)在水平轨道上,发动机以额定功率P工作,求当行驶速度为v1=1m/s和v2=10m/s时,列车的瞬时加速度a1、a2的大小;(3)列车在水平轨道上以36km/h的速度匀速行驶时,求发动机的实际功率P;(4)若列车从静止开始,保持0.5m/s2的加速度做匀加速运动,求这一过程维持的最长时间。,解析(1)列车以额定功率行驶,当牵引力等于阻力,即F=Ff=kmg时,列车的加速度为零,速度达到最大值vm,则vm=12m/s;(2)当v0表示物体的动能增加,Ek,使物体A开始沿斜面向下运动,物体B向上运动,物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点。已知重力加速度为g,不计空气阻力,整个过程中,轻绳始终处于伸直状态,求:,(1)物体A向下运动刚到达C点时的速度;(2)弹簧的最大压缩量;(3)弹簧的最大弹性势能。,解析(1)A与斜面间的滑动摩擦力Ff=2mgcos,物体A向下运动到C点的过程中,根据功能关系有:2mgLsin+3m=3mv2+mgL+FfL,解得v=(2)从物体A接触弹簧,将弹簧压缩到最短后又恰回到C点,对系统应用动能定理:-Ff2x=0-3mv2解得x=-,(3)弹簧从压缩到最短到恰好能弹到C点的过程中,对系统根据能量关系有:Epm+mgx=2mgxsin+Ffx解得Epm=Ffx=-,答案(1)(2)-(3)m-mgL,方法1求变力做功的方法,方法技巧,例1(2015海南单科,4,3分)如图,一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置,轨道两端等高;质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下,滑到最低点Q时,对轨道的正压力为2mg,重力加速度大小为g。质点自P滑到Q的过程中,克服摩擦力所做的功为()A.mgRB.mgRC.mgRD.mgR,解题导引,解析当质点由P点滑到Q点时,对轨道的正压力为2mg,则质点所受支持力FN=2mg,由牛顿第二定律得FN-mg=m,=gR。对质点自P点滑到Q点应用动能定理得:mgR-Wf=m-0,得:Wf=mgR,因此,A、B、D错误,C正确。,答案C,例2如图所示,一质量为m=2.0kg的物体从半径为R=5.0m的圆弧的A端,在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B端(圆弧AB在竖直平面内)。拉力F大小不变,始终为15N,方向始终与物体所在位置的切线成37角。圆弧所对应的圆心角为60,BO边为竖直方向,g取10m/s2。求这一过程中(cos37=0.8):(1)拉力F做的功;(2)重力mg做的功;(3)圆弧面对物体的支持力FN做的功;(4)圆弧面对物体的摩擦力Ff做的功。,解题导引(1)拉力F大小不变,但方向不断改变,为变力做功,应该用微元法求其做功。(2)重力做功与运动路径无关,只要得到始末位置的高度差即可求出。(4)摩擦力Ff为变力,利用动能定理求其做功较方便。,解析(1)将圆弧分成很多小段l1、l2、ln,拉力在每小段上做的功为W1、W2、Wn,因拉力F大小不变,方向始终与物体所在位置的切线成37角,所以:W1=Fl1cos37,W2=Fl2cos37,Wn=Flncos37,所以拉力F做的功为:WF=W1+W2+Wn=Fcos37(l1+l2+ln)=Fcos37R=20J=62.8J。(2)重力mg做的功WG=-mgR(1-cos60)=-50J。(3)物体受到的支持力FN始终与物体的运动方向垂直,所以=0。(4)因物体在拉力F作用下缓慢移动,合外力做功为零,所以WF+WG+=0。所以=-WF-WG=(-62.8+50)J=-12.8J。,答案(1)62.8J(2)-50J(3)0(4)-12.8J,方法2系统机械能守恒问题的解题方法对系统机械能守恒问题,若选取势能零点列方程,方程往往较繁琐,所以多采用Ep=-Ek的形式列方程,即系统势能的减少(增加)等于动能的增加(减少)。,例3(2015天津理综,5,6分)如图所示,固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环,圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接,弹簧的另一端连接在墙上,且处于原长状态。现让圆环由静止开始下滑,已知弹簧原长为L,圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L(未超过弹性限度),则在圆环下滑到最大距离的过程中()A.圆环的机械能守恒B.弹簧弹性势能变化了mgLC.圆环下滑到最大距离时,所受合力为零D.圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变,解析圆环在下滑过程中,圆环的重力和弹簧的弹力对圆环做功,圆环的机械能不守恒