教科版高三物理复习材料：机械能和能源复习策略.ppt

机械能和能源复习策略 考试说明及分析 机械能部分是力学中的重点以及难点 以二级要求为主 与2011年考试说明相比 其中功和功率的计算升为二级要求 这一点应当注意 备考方向 一 机车启动问题 1 恒定加速度启动2 恒定功率启动 1 机车以恒定功率启动过程中牵引力是变力 发动机做的功只能用w pt计算 而以恒定加速度启动时 发动机的功率在不断增大 所以发动机做的功只能用w f l计算 2 p fv中的f仅是机动车的牵引力 而非机动车所受合力 同时还要注意匀加速过程的最大速度v1和全程的最大速度vm的区别及求解方法 二 对动能定理的理解 1 动能定理中 外力 指作用在物体上包含重力在内的所有外力 求功的代数和时要注意功的正 负 2 不论物体做什么形式的运动 其受力如何 动能定理总是适用的 3 动能定理表达式中的 表示一种因果联系的数值上相等的符号 说明了功是引起物体动能变化的原因 4 动能定理以单个物体为研究对象 表达式w合 ek是个标量方程式 三 对功能关系和能量守恒定律的理解1 常见的功能关系 2 对能量转化和守恒定律的进一步理解 1 某种形式能量的减少 一定存在另外形式能量的增加 且减少量与增加量相等 2 某个物体能量的减少 一定存在别的物体能量的增加 且减少量与增加量相等 3 机械能守恒定律是有条件的 能量守恒定律是无条件的 1 恒力的功w flcos 2 变力的功 1 变力f的功率p恒定 w pt 2 利用动能定理及功能关系等方法间接求解 即w合 ek或w e 3 转换法也叫等效替代 即若某一变力做的功和某一恒力做的功相等 可以通过计算该恒力做的功来求变力做的功 4 微元法 适用于大小不变 方向总与运动方向相同或相反的变力做功 5 平均力法 如果力的方向不变 大小随位移按线性规律变化时 1 对涉及单个物体的受力 位移及过程始 末速度的问题的分析 尤其不涉及时间时 应优先考虑用动能定理求解 2 若物体运动包含几个不同过程时 可分段运用动能定理列式 也可以全程列式 当所求解的问题不涉及中间速度时 3 应用动能定理解题的思路和一般步骤 确定研究对象和物理过程 找出始末状态的速度情况 分析研究对象的受力情况 包括重力 求出各力做功的代数和 注意求功时 位移必须是相对地面的 确定过程始 末状态的动能 以及动能的变化量 利用动能定理列方程求解 要注意方程的左边是功 右边是动能的变化量 如图 abcd为一竖直平面的轨道 其中bc水平 a点比bc高出h 10m bc长l 1m ab和cd轨道光滑 一质量为m 1kg的物体 从a点以v1 4m s的速度开始运动 经过bc后滑到高出c点h 10 3m的d点时速度为零 求 g 10m s2 1 物体与bc轨道的动摩擦因数 2 物体第5次经过b点时的速度 3 物体最后停止的位置 距b点 解析 本题明确给出物体在a d两点的速度和高度 从a点到d点过程的受力情况及其做功也容易分析 可以应用动能定理研究 直接得到物体与bc轨道的动摩擦因数 滑动摩擦力做功与实际路径的长短有关 特别是研究多过程运动时 如从开始运动至物体第5次经过b点或物体最后停止 往往全程考虑应用动能定理研究 克服摩擦力做功应表示为摩擦力与总路程的乘积 答案 1 0 5 2 13 3m s 3 0 4m 1 应注意的问题 1 研究对象的选取 有的问题选单个物体为研究对象 机械能不守恒 但选此物体与其他几个物体组成的系统为研究对象 机械能却是守恒的 如图所示 单选a机械能减少 但a b二者组成的系统机械能守恒 2 研究过程的选取 有些问题研究对象的运动过程分几个阶段 有的阶段机械能守恒 而有的阶段机械能不守恒 因此在应用机械能守恒定律解题时要注意过程的选取 3 表达式的选取 机械能守恒的表达式有三种不同的形式 系统初 末态总机械能相等 即e1 e2 系统减少的总重力势能 ep减等于系统增加的总动能 ek增 即 ep减 ek增或 ep增 ek减 若系统只有a b两物体 则a减少的机械能 ea减等于b增加的机械能 eb增 第一种表达式是从 守恒 的角度反映机械能守恒 解题必须选取参考平面 而后两种表达式都是从 转化 的角度来反映机械能守恒 不必选取参考平面 2 机械能守恒的判定 1 利用机械能的定义判断 分析动能和势能的和是否变化 2 用做功判断 若物体或系统只有重力做功 或弹簧弹力做功 或有其他力做功但其他力做功的代数和为零 则机械能守恒 3 根据能量转化来判断 若系统中只有动能与势能的相互转化 则系统的机械能守恒 4 对一些绳子突然绷紧 物体间非弹性碰撞等问题机械能一般不守恒 特别说明除外 一质量为50kg的男孩在距离河流40m高的桥上作 蹦极跳 未跳前长度ab为14m的弹性绳一端缚着他的双脚 另一端则固定在桥上的a点 如图甲所示 然后男孩从桥面下坠直至贴近水面的最低点d 男孩的速率v跟下坠的距离s的变化关系如图乙所示 假定绳在整个运动过程中遵守胡克定律 不考虑空气阻力 男孩的大小和绳的质量 求 1 当男孩在d点时 绳所储存的弹性势能 2 弹性绳的劲度系数 3 讨论男孩在ab bc和cd期间运动时作用于男孩的力的情况 解析 根据图像可知 男孩的运动可分为三个不同的阶段 分别为自由落体运动 加速度减小的加速运动 加速度增大的减速运动 1 整个运动过程中 只有重力和弹力做功 系统的机械能守恒 故绳储存的弹性势能为 ep mgh 50 10 40j 2 104j 答案 1 2 104j 2 62 5n m 3 见解析 命题视角2 如图所示 物体受到水平推力f的作用在粗糙水平面上做直线运动 通过力传感器和速度传感器监测到推力f 物体速度v随时间t变化的规律如图所示 取g 10m s2 则 冲关锦囊 1 计算功时 要注意分析受力情况和能量转化情况 分清是恒力的功还是变力的功 选用合适的方法进行计算 2 计算功率时 要明确是求瞬时功率还是平均功率 若求瞬时功率应明确是哪一时刻或位置 若求平均功率则应明确是哪段时间内的平均功率 3 对于图像问题要首先看懂图像的物理意义 根据图像求出加速度 位移并明确求哪个力的功或功率是合力的功率还是某个力的功率 命题视角1 如图所示 用轻质细绳悬挂一质量为m 0 5kg的小圆球 圆球套在可沿水平方向移动的框架槽内 框架槽竖直放置在水平面上 自细绳静止在竖直位置开始 框架槽在水平力f 20n的恒力作用下移至图中位置 此时细绳与竖直方向的夹角为 30 绳长l 0 2m 不计一切摩擦 g取10m s2 1 求水平力f做的功 2 若不计框架槽的质量 求小球在此位置的速度的大小 3 若框架槽的质量为0 2kg 求小球在此位置的速度的大小 答案 1 2j 2 2 73m s 3 2 40m s 命题视角2 2011 宜昌模拟 如图所示是游乐场中过山车的实物图片及过山车的模型图 在模型图中半径分别为r1 2 0m和r2 8 0m的两个光滑圆形轨道 固定在倾角为 37 斜轨道面上的q z两点 且两圆形轨道的最高点a b均与p点平齐 圆形轨道与斜轨道之间圆滑连接 现使小车 视做质点 从p点以一定的初速度沿斜面向下运动 已知斜轨道面与小车间的动摩擦因数为 1 24 g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 问 1 若小车恰好能通过第一个圆形轨道的最高点a处 则其在p点的初速度应为多大 2 若小车在p点的初速度为10m s 则小车能否安全通过两个圆形轨道 冲关锦囊 运用动能定理时应注意 1 对于单个物体 若运动过程为多阶段应用动能定理列式时 要注意运动过程的选取以及运动过程中各力的做功情况 2 对于物体做往复运动的问题 尤其要注意滑动摩擦力做功的情况 计算滑动摩擦力做的功 应用路程计算而不是用位移 命题视角1 2011 北京高考 如图所示 长度为l的轻绳上端固定在o点 下端系一质量为m的小球 小球的大小可以忽略 1 在水平拉力f的作用下 轻绳与竖直方向的夹角为 小球保持静止 画出此时小球的受力图 并求力f的大小 2 由图示位置无初速释放小球 求当小球通过最低点时的速度大小及轻绳对小球的拉力 不计空气阻力 规范解题 1 受力图如图所示 根据平衡条件 应满足tcos mg tsin f拉力大小f mgtan 命题视角2 如图所示 倾角为 的光滑斜面上放有两个质量均为m的小球a和b 两球之间用一根长为l的轻杆相连 下面的小球b离斜面底端的高度为h 两球从静止开始下滑 不计球与地面碰撞时的机械能损失 且地面光滑 求 1 两球在光滑水平面上运动时的速度大小 2 整个运动过程中杆对a球所做的功 冲关锦囊 机械能守恒定律的三种表达式及用法 1 守恒观点 或e1 e2 运用此法求解只有一个物体 实际是单个物体与地球组成的系统 的问题较方便 注意选好参考平面 2 转化观点 ep ek 此法的优点是不用选取参考平面 3 转移观点 e增 e减 此法适用于求解两个或两个以上物体 实际是两个或两个以上物体与地球组成的系统 的问题 命题视角1 如图所示 一平直的传送带以速度v 2m s匀速运动 传送带把a处的工件不断地运送到同一水平面上的b处 a b相距l 30m 在a处把工件轻轻放到传送带上 经过时间t 20s能传送到b处 假设在a处每隔相等时间放上一个工件 每小时能运送工件7200个 每个工件的质量均为m 2kg g取10m s2 求 1 传送带上靠近b端的相邻两工件间的距离 2 带动传送带的电动机的平均输出功率 不计轮轴处的摩擦力 答案 1 1m 2 16w 1 小物块刚到