学练考高中物理 第七章 机械能守恒定律课件 新人教版必修2.ppt

1 追寻守恒量 能量2 功3 功率专题课 机车启动问题4 重力势能5 探究弹性势能的表达式6 实验 探究功与速度变化的关系7 动能和动能定理 第七章机械能守恒定律 习题课 动能定理的应用8 机械能守恒定律专题课 系统机械能守恒问题9 实验 验证机械能守恒定律10 能量守恒定律与能源本章总结提升 第七章机械能守恒定律 第七章机械能守恒定律 1 追寻守恒量 能量2 功 1 追寻守恒量 能量2 功 1 追寻守恒量 能量2 功 教学目标 教学目标 1 追寻守恒量 能量2 功 教学重点 教学重点 1 追寻守恒量 能量2 功 教学难点 教学难点 1 追寻守恒量 能量2 功 教学建议 教学建议 1 追寻守恒量 能量2 功 新课导入 新课导入 1 追寻守恒量 能量2 功 新课导入 1 追寻守恒量 能量2 功 新课导入 1 追寻守恒量 能量2 功 新课导入 1 追寻守恒量 能量2 功 知识必备 知识必备 知识点一能量1 伽利略在斜面实验中发现一个具有启发性的事实 无论斜面陡或缓 小球的速度总会在斜面上的某点变为0 这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度 在物理学中 我们把这一事实说成是 某个量是 的 并且把这个量叫作能量或能 2 势能 相互作用的物体凭借其位置而具有的能量 3 动能 物体由于 而具有的能量 注意 在伽利略的理想斜面实验中 小球的动能和势能相互转化 但二者的总量是保持不变的 相同 守恒 运动 1 追寻守恒量 能量2 功 知识必备 知识点二功1 定义 如果一个物体受到力的作用 并在力的方向上发生了 那么这个力就对物体做了功 2 做功的因素 和物体在 上发生的位移 3 功的计算 1 若力的方向与位移的方向一致 则w 2 若力的方向与位移的方向所成的夹角为 则w 4 功的单位 在国际单位制中 功的单位是 简称 符号是j 一段位移 力 力的方向 fl flcos 焦耳 焦 1 追寻守恒量 能量2 功 知识必备 不做功 正 负 克服 1 追寻守恒量 能量2 功 知识必备 2 合力的功功是标量 当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时 这几个力对物体所做的总功等于各个力分别对物体所做功的 也等于这几个力的 对这个物体所做的功 代数和 合力 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 考点一能量转化与守恒思想的理解和应用 想一想 荡秋千是一种常见的娱乐活动 如果空气阻力和秋千各部分的摩擦力可以忽略 那么 秋千就会不停地摆动下去 这说明秋千在运动过程当中有一个保持不变的 东西 你认为这个 东西 是什么 答案 能量 学习互动 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 要点总结 能量的转化与守恒问题解题方法如下 1 分析对应的转化过程是哪些 2 看清有几种形式的能量参与转化 3 用 原理判断一种能量变化时 另一种能量怎样变化 答案 3 能量总量不变 例1试说明下列物体的能量转化情况 1 将石子竖直上抛 石子上升到最高点后又落回原处 2 小球落到竖直放置的弹簧上 并将弹簧压缩 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 答案 1 略 2 略 解析 1 石子上升阶段 高度增加 速度减小 石子的动能向势能转化 石子下落阶段 高度降低 速度增大 石子的势能向动能转化 若不考虑空气阻力 石子在空中运动的全过程中总能量保持不变 2 小球下落过程中 在接触弹簧前 高度降低 速度增大 小球的势能向动能转化 从接触弹簧到弹簧弹力与小球重力相等的过程中 高度降低 速度继续增大 弹簧被压缩 小球的势能向动能和弹簧的势能转化 在小球继续下落的过程中 小球高度降低 速度减小 弹簧进一步被压缩 小球的势能和动能向弹簧的势能转化 若不考虑空气阻力 小球与弹簧的总能量保持不变 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 点评 分析物体运动状态 把握其位置与速度的变化情况 这是分析不同形式的机械能之间转化情况的基础 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 考点二对功的正负的理解和判定 想一想 正功和负功方向相反 及 正功大于负功 这两种说法对吗 答案 这两种说法均不对 功是标量 没有方向 功的正负只表示相反的作用效果 所以说 正功和负功方向相反 是错误的 其错误根源是把功当矢量了 并且误解了正功和负功的含义 正功大于负功 的说法也不正确 例如 5j的功与 3j的功哪个大呢 当然是 5j的功大于 3j的功 这里的 号不表示大小 而表示做功的性质 号表示动力对物体做功 号表示阻力对物体做功 符号反映了做功的力的效果 与大小无关 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 要点总结 1 看力f与位移l的夹角 90 时 力做 2 看力f与速度v的夹角 90 时 力做 3 看速率是 若在力的作用下速率增大 此力做正功 反之则做负功 答案 1 负功2 负功3 增大还是减小 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 例2 多选 如图7 1 2所示 木块a b叠放在光滑水平面上 a b接触面不光滑 用水平力f拉b 使a b一起沿光滑水平面加速运动 设a b间的摩擦力为f 则以下说法正确的是 a f对b做正功 对a不做功b f对b做负功 对a做正功c f对a不做功 对b做负功d f对a和b组成的系统做功为0 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 解析 abda b一起沿光滑水平面加速运动 它们的位移相等 f作用在b上 没有作用在a上 且a b向前做加速运动 b在力f的方向上发生了位移 由w fl可知f对b做正功 对a不做功 故选项a正确 b对a的摩擦力向右 a对b的摩擦力向左 而位移水平向右 由w flcos 可知 f对b做负功 对a做正功 选项b正确 选项c错误 f对a做功为wa fl f对b做功为wb fl 故f对a b整体做功为w总 wa wb 0 故f对a和b组成的系统做功为0 选项d正确 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 点评 本题考查功的正负的判断 要掌握其基本方法 同时要特别注意此处所谈到的物体的位移是对地位移 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 考点三恒力做功的分析和计算 想一想 物理学中的 做功 与日常生活中的 工作 含义相同吗 答案 不同 力对物体做功必须具备两个因素 力和在力的方向上发生的位移 日常生活中 人们在 工作 时并不一定在 做功 例如 搬运工在搬运货物时 若扛着货物不动 则从物理学上看他不做功 而若他扛着货物向高处走则他做功了 生活中还有很多例子可以说明 做功 和 工作 的含义并不相同 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 要点总结 1 用公式w flcos 求功的两种方法 一是功等于沿力f方向的 与力的乘积 二是功等于位移与沿位移方向的力的乘积 2 计算几个力的总功 通常有以下两种不同的处理方法 1 虽然力 位移都是矢量 但功是标量 所以几个力的总功等于各个力所做功的代数和 若以w1 w2 w3 wn分别表示力f1 f2 f3 fn所做的功 含正功与负功 则这些力所做的总功为w总 2 求出物体所受的合外力 这些力所做的总功为w总 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 答案 1 位移2 1 w1 w2 w3 wn 2 f合lcos 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 例3大小相等的力f按如图7 1 3所示的四种方式作用在相同的物体上 使物体沿粗糙的水平面移动相同的距离 其中力f做功最多的是 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 解析 a根据w flcos 因为四种情况中的f和l大小都相同 只有a中的 0 所以图a中力f做功最多 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 例4一个物体置于光滑水平面上 受互相垂直的水平力f1 f2作用 如图7 1 4所示 经一段位移 f1做功为6j 克服f2做功为8j 则f1 f2的合力做功为 a 14jb 10jc 2jd 2j 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 解析 c功是标量 所以f1 f2的合力做功应等于两个力做功的代数和 即6j 8j 2j 选项c正确 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 点评 上面例题考查恒力做功和总功的计算 要注意统一成国际单位 并严格按照公式进行计算 1 追寻守恒量 能量2 功 学习互动 1 追寻守恒量 能量2 功 备用习题 1 让静止的小球沿一个斜面滚下 小球将滚上另一个对接斜面 没有摩擦时 ha hb 如图7 1 5所示 小球运动中 的量叫能量 答案 守恒 备用习题 2 质量为m的物体放在粗糙的水平面上 受到水平力f的作用 下列叙述中正确的是 a 如果物体做匀加速直线运动 则力f一定做正功b 如果物体做匀加速直线运动 则力f可能做负功c 如果物体做匀减速直线运动 则力f可能做正功d 如果物体做匀减速直线运动 则力f可能做负功 1 追寻守恒量 能量2 功 备用习题 解析 acd物体在粗糙的水平面上运动一定要受到摩擦阻力 当物体在力f作用下做匀加速直线运动时 力f与位移的夹角为0 力对物体一定做正功 当物体在力f作用下做匀减速直线运动时 力f与位移的夹角可以为0 也可以为180 故力对物体可以做正功 也可以做负功 1 追寻守恒量 能量2 功 备用习题 3 如图7 1 6所示 利用斜面从货车上卸货 每包货物的质量m 20kg 斜面倾角 37 斜面的长度l 0 5m 货物与斜面间的动摩擦因数 0 2 求货物从斜面顶端滑到底端的过程中受到的各个力所做的功以及合外力做的功 取g 10m s2 1 追寻守恒量 能量2 功 备用习题 答案 重力做的功60j支持力做的功0摩擦力做的功 16j合力做的功44j 解析 斜面上的货物受到重力g 斜面支持力fn和摩擦力ff共三个力的作用 货物位移的方向沿斜面向下 可以用正交分解法 将货物所受的重力分解到与斜面平行的方向和与斜面垂直的方向 可以看出 三个力中重力和摩擦力对货物做功 而斜面支持力对货物没有做功 其中重力g对货物做的功w1 mglsin37 20 10 0 5 0 6j 60j 支持力fn对货物没有做功w2 0 摩擦力ff对货物做负功 w3 mgcos37 lcos180 0 2 20 10 0 8 0 5j 16j 1 追寻守恒量 能量2 功 备用习题 所以 外力做的总功为w w1 w2 w3 60 0 16 j 44j 若先计算合外力再求功 则合外力做的功w f合l mgsin37 mgcos37 l 20 10 0 6 0 2 20 10 0 8 0 5j 44j 1 追寻守恒量 能量2 功 备用习题 1 追寻守恒量 能量2 功 自我检测 1 能量转化与守恒思想的理解和应用 如果某一物体在某一过程中动能和势能总量是守恒的 则对这句话的理解正确的是 a 就是指势能和动能都不变化b 当动能增加时 势能一定减少c 当动能增加时 势能有可能增加d 这样的过程是不存在的 自我检测 解析 b动能和势能总量守恒是指在一个过程中 动能 势能都发生了变化 但其总量不变 因此a错误 在总量不变的前提下 动能增加了 必定是势能减少了 此时是势能转化为动能 而不可能两者都增加或两者都减少 所以b正确 c错误 在一定的条件下 动能和势能总量是有可能守恒的 所以d错误 1 追寻守恒量 能量2 功 自我检测 2 对功的正负的理解和判定 一个人乘电梯从1楼到18楼 在此过程中经历了先加速 后匀速 再减速的运动过程 则电梯支持力对人做功情况是 a 始终做正功b 加速时做正功 匀速时不做功 减速时做负功c 加速时做正功 匀速和减速时做负功d 加速和匀速时做正功 减速时做负功 1 追寻守恒量 能量2 功 自我检测 解析 a人坐电梯向上加速运动时受到的支持力向上且大于重力 做正功 匀速运动时 支持力竖直向上且等于重力 做正功 减速运动时 支持力竖直向上且小于重力 做正功 故选项a正确 1 追寻守恒量 能量2 功 自我检测 3 多选 恒力做功的分析和计算 如图7 1 8所示 坐在雪橇上的人与雪橇的总质量为m 在与水平面成 角的恒定拉力f作用下 沿水平地面向右移动了一段距离l 已知雪橇与地面间的动摩擦因数为 则雪橇受到的 a 支持力做功为mglb 重力做功为0c 拉力做功为flcos d 滑动摩擦力做功为 mgl 1 追寻守恒量 能量2 功 自我检测 解析 bc根据功的概念可知 重力和支持力的方向为竖直方向 而位移的方向为水平方向 所以支持力和重力做功均为零 选项a错误 选项b正确 拉力做功为w flcos 选项c正确 雪橇受地面的摩擦力为 mg fsin 所以滑动摩擦力做功为 mg fsin l 选项d错误 1 追寻守恒量 能量2 功 自我检测 3 功率 3 功率 3 功率 教学目标 教学目标 3 功率 教学重点 教学重点 3 功率 教学难点 教学难点 3 功率 教学建议 教学建议 3 功率 新课导入 新课导入 3 功率 新课导入 3 功率 新课导入 3 功率 新课导入 3 功率 知识必备 知识必备 知识点一功率1 物理意义 功率是表示做功快慢的物理量 2 定义 功w与完成这些功所用时间t的比值 3 定义式 4 单位 在国际单位制中 功率的单位是 简称 符号是 1w 1j s 1kw 103w 5 功率有平均功率与瞬时功率之分 利用公式p w t计算的是一段时间内的平均功率 p w t 瓦特 瓦 w 3 功率 知识必备 6 额定功率和实际功率 1 额定功率 电动机 内燃机等动力机械在额定转速条件下可以长时间工作时输出的功率 2 实际功率 电动机 内燃机等动力机械工作时 的功率 3 实际功率一般情况下小于额定功率 但在特殊情况下 如汽车越过障碍物时 可以使实际功率在短时间内大于额定功率 实际输出 3 功率 知识必备 知识点二功率与速度1 当一个力与物体运动方向在同一条直线上时 这个力对物体做功的功率等于 与物体 的乘积 2 关系式 p 1 若v是物体的平均速度 则p fv对应这段时间内的 功率 2 若v是瞬时速度 则p表示该时刻的 功率 力 运动速度 fv 平均 瞬时 3 功率 学习互动 考点一功率的理解和计算 想一想 不论是人力直接做功 还是使用牛 马等畜力做功 或者是利用机械来做功 人们除了关注做功的多少 为什么还要关注做功的快慢呢 答案 这其实就是功率问题 功率大 则做功快 完成同样的功需要的时间短 学习互动 3 功率 学习互动 要点总结 1 功率的概念是通过比值形式定义的 因此不能笼统地说完成的功越多 功率就一定越大 2 对于功率的计算主要有以下途径 通过定义式 计算 得到的是平均功率 通过 计算 v是平均速度则p为平均功率 v是瞬时速度则p为瞬时功率 说明 如果f v二者存在夹角 则用p fvcos 来计算功率 答案 2 p w tp fv 例1在f 6n的水平力作用下 质量m 3kg的物体在光滑水平面上从静止开始运动 运动时间t 3s 求 1 力f在t 3s内对物体做的功 2 力f在t 3s内对物体做功的平均功率 3 在3s末力f对物体做功的瞬时功率 3 功率 学习互动 答案 1 54j 2 18w 3 36w 解析 在水平力的作用下 物体在光滑水平面上做初速度为零的匀加速直线运动 根据牛顿第二定律可求出加速度a 2m s2 则物体在3s末的速度v at 6m s物体在3s内的位移x at2 9m 1 力f做的功w fx 54j 2 力f在3s内的平均功率p 18w 3 3s末力f的瞬时功率p fv 6 6w 36w 3 功率 学习互动 点评 在功率的两个公式中 用定义式计算的一定是平均功率 而用p fv计算时 如果v是平均速度则功率为平均功率 如果v是瞬时速度则功率为瞬时功率 3 功率 学习互动 考点二功率和速度的关系 想一想 汽车上坡时 司机要通过换挡来减小速度 这是为什么呢 答案 上坡时需要的牵引力大 同样功率下需要减小速度以增大牵引力 3 功率 学习互动 要点总结 1 公式p fv中 f为作用在物体上的力 v为物体 大小 p为f对物体做功的功率 2 当发动机的功率p一定时 牵引力f与机车速度v成 答案 1 对地速度2 反比 3 功率 学习互动 例2已知飞机飞行时所受阻力与其速度成正比 如果某战斗机以v的速度水平匀速行驶时 其发动机的功率为p 当该战斗机以3v的速度水平匀速行驶时 战斗机发动机的功率为 a pb 3pc 6pd 9p 3 功率 学习互动 解析 d根据题意可知 战斗机以速度v水平匀速行驶时 战斗机的动力为f ff kv 此时战斗机的功率为p fv kv2 当战斗机以3v的速率匀速行驶时 战斗机的动力变为f f f k 3v 此时战斗机的功率变为p f 3v 9kv2 结合 两式可得p 9p 3 功率 学习互动 点评 本题的分析要注意以下两点 第一 战斗机水平匀速飞行 其动力与阻力大小相等 第二 战斗机速度发生变化时 其所受阻力也相应发生变化 3 功率 学习互动 例3一个质量是1 0kg的物体从地面上方20m高处开始做自由落体运动 第1s时间内下落的位移是多少 这1s内重力对物体做多少功 第2s时间内物体下落的位移是多少 这1s内重力对物体做多少功 第1s时间内重力对物体做功的平均功率为多大 第2s时间内重力对物体做功的平均功率为多大 第1s末重力对物体做功的瞬时功率为多大 第2s末重力对物体做功的瞬时功率为多大 g取10m s2 3 功率 学习互动 答案 5m50j15m150j50w150w100w200w 解析 设物体第1s时间内下落的位移为h1 第2s时间内下落的位移为h2 据自由落体运动规律可得h1 gt 5mh2 gt gt 15m设第1s时间内重力对物体做功为w1 第2s时间内重力对物体做功为w2 据功的定义式可得w1 mgh1 50jw2 mgh2 150j 3 功率 学习互动 设第1s时间内重力对物体做功的瞬时功率为p1 第2s时间内重力对物体做功的瞬时功率为p2 根据功率的定义式可得p1 50wp2 150w设第1s末重力对物体做功的瞬时功率为p1 设第2s末重力对物体做功的瞬时功率为p2 根据功率的瞬时值计算公式可得p1 mgv1 mg gt1 100wp2 mgv2 mg gt2 200w 3 功率 学习互动 点评 本题考查对瞬时功率 平均功率的理解与应用 平均功率与一段时间对应 瞬时功率与某一时刻对应 公式p w t算出的是功率的平均值 而p fv既可以计算平均值 也可以计算瞬时值 通过本题可以看到 对于做变速运动的物体 即使受到的力为恒力 但在不同时刻该力对物体做功的瞬时功率是不同的 在不同时间段内该力对物体做功的平均功率也是不同的 不能想当然地认为作用力不变 则其功率不变 3 功率 学习互动 考点三生活中的功率问题 想一想 你能设法估测一名滑冰运动员沿水平直线滑行时的功率吗 需要做哪些测量工作 答案 能够估测 需要估测滑冰运动员的体重 滑行速度 还要知道冰鞋与冰面间的动摩擦因数 3 功率 学习互动 要点总结 现实生活 工作以及体育比赛中有很多做功情景 如跑步 跳绳 搬运货物 抛接物体等都涉及做功问题 也都会涉及功率问题 将这些活动进行合理的模型化转化是计算其功率的关键 3 功率 学习互动 例42014年9月22日 林清峰代表中国举重队出战韩国仁川亚运会男子举重项目男子69公斤级的比赛 并且拿到了金牌 比赛中 林清峰第二次试举 他成功举起187公斤杠铃 历时约3s 则林清峰在举起杠铃过程中的平均功率是 a 一百瓦左右b 一千瓦左右c 几千瓦d 几十千瓦 3 功率 学习互动 3 功率 学习互动 点评 本题的分析主要是做好两方面工作 其一 举重运动的模型化转化 将举重运动视为物体竖直上升的运动 且其始 末速度为零 其二 做好相关数据的估计 例如本题中杠铃上升的高度近似为2m 举重过程持续的时间约为3s等数值的估计 不能出现脱离实际的错误 3 功率 学习互动 3 功率 备用习题 1 质量为m的物体沿倾角为 的斜面滑至底端时的速度大小为v 此时斜面对物体的支持力的瞬时功率为 a mgvb 0c mgvcos d mgvtan 答案 b 备用习题 2 一辆汽车以功率p1在平直公路上匀速行驶 若驾驶员突然减小油门 使汽车的功率减小为p2并继续行驶 若整个过程中阻力恒定不变 此后汽车发动机的牵引力将 a 保持不变b 不断减小c 突然减小 再增大 后保持不变d 突然增大 再减小 后保持不变 3 功率 备用习题 解析 c由p1 fv知 当汽车以功率p1匀速行驶时 f ff 加速度a 0 若突然减小油门 汽车的功率由p1减小到p2 则f突然减小 整个过程中阻力ff恒定不变 即f ff 此时加速度a 0 所以汽车将减速 由p2 fv知 此后保持功率p2不变继续行驶 v减小 f增大 当f ff时 汽车不再减速 而以一较小速度匀速行驶 牵引力不再增大 3 功率 备用习题 3 功率 自我检测 1 多选 功率的理解 关于功率 下列说法中正确的是 a 功率是表示力做功多少的物理量b 功率是表示力做功快慢的物理量c 做功时间越长 功率一定越小d 力做功越多 功率不一定越大 自我检测 解析 bd做功快 即单位时间内做功多 根据w pt可知 w等于功率的大小和做功时间的乘积 3 功率 自我检测 2 多选 功率的计算 如图7 3 1甲所示 滑轮质量 摩擦均不计 质量为2kg的物体在f作用下由静止开始向上做匀加速运动 其速度随时间变化的关系如图乙所示 由此可知 g取10m s2 a 物体加速度大小为2m s2b f的大小为21nc 4s末f的功率大小为42wd 4s内f做功的平均功率为21w 3 功率 自我检测 3 功率 自我检测 3 生活中的功率问题 图7 3 2为一种测定运动员体能的装置 运动员的质量为m1 绳的一端拴在运动员腰间并沿水平方向跨过滑轮 不计滑轮质量与摩擦 绳的下端悬挂一个质量为m2的重物 人用力蹬传送带而人的重心不动 使传送带以速度v匀速向右运动 下列说法中正确的是 a 绳子拉力对人做正功b 绳子拉力对人做负功c 运动员对传送带做功的瞬时功率为m2gvd 运动员对传送带做功的瞬时功率为 m1 m2 gv 3 功率 自我检测 3 功率 自我检测 解析 c人的位移x 0 由公式w fx可知绳子拉力对人不做功 选项a b错误 由平衡条件知人受传送带的摩擦力大小为m2g 因而人作用于传送带上的摩擦力大小也为m2g 由公式p fv可知 运动员对传送带做功的瞬时功率为m2gv 选项c正确 选项d错误 3 功率 自我检测 专题课 机车启动问题 专题课 机车启动问题 专题课 机车启动问题 教学目标 教学目标 专题课 机车启动问题 教学重点 教学重点 专题课 机车启动问题 教学难点 教学难点 专题课 机车启动问题 教学建议 教学建议 专题课 机车启动问题 新课导入 新课导入 专题课 机车启动问题 新课导入 专题课 机车启动问题 学习互动 考点一机车以恒定功率启动例1某车以相同的功率在两种不同的水平路面上启动 受到的阻力分别为车重的k1和k2倍 最后达到的最大速率分别为v1和v2 则 a v2 k1v1b v2 v1c v2 v1d v2 k2v1 学习互动 专题课 机车启动问题 学习互动 答题要点 本题考查机车启动过程中功率的相关知识 难度一般 解答本题需要清楚以下两点 第一 机车功率 牵引力 瞬时速度三者间的定量关系 第二 达到最大速度时 机车牵引力与阻力相等 机车以恒定功率启动过程分析如下表所示 要认真领会和把握 专题课 机车启动问题 学习互动 专题课 机车启动问题 学习互动 考点二机车以恒定加速度启动例2质量为m的汽车沿平直公路行驶 当它的加速度为a时 速度为v 此时发动机的实际功率为p 设汽车运动中所受阻力恒定 发动机的额定功率为pm 则它在平直公路行驶的最大速度是 专题课 机车启动问题 学习互动 答题要点 下面例题都侧重于对机车启动的动力学分析 机车以恒定加速度启动是本讲学习的难点 相关过程和动力学分析如下表所示 在具体题目中要灵活应用 专题课 机车启动问题 学习互动 专题课 机车启动问题 学习互动 专题课 机车启动问题 学习互动 例3汽车发动机的额定功率为60kw 汽车质量为5t 在水平路面上行驶时 汽车所受的阻力是车重的0 1倍 g取10m s2 问 1 汽车保持额定功率从静止启动后能达到的最大速度是多少 2 若汽车保持0 5m s2的加速度做匀加速运动 则这一过程能维持多长时间 专题课 机车启动问题 学习互动 专题课 机车启动问题 学习互动 专题课 机车启动问题 学习互动 考点三启动类问题综合分析例4起重机的钢索将重物由地面吊到空中某个高度 其速度图像如图z3 1所示 则钢索拉力的功率随时间变化的图像是图z3 2中的 不计空气阻力 专题课 机车启动问题 学习互动 答题要点 本题属于机车启动的综合应用问题 关于此类问题的分析要注意以下几点 1 机车启动的方式不同 机车运动的规律就不同 因此机车启动时 其功率 速度 加速度 牵引力等物理量的变化规律也不相同 分析图像时应注意坐标轴的意义及图像所描述的规律 2 恒定功率下的加速过程一定不是匀加速过程 这种加速过程发动机做的功可用w pt计算 不能用w fl计算 因为f为变力 3 以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定 这种加速过程发动机做的功常用w fl计算 不能用w pt计算 因为功率p是变化的 专题课 机车启动问题 学习互动 专题课 机车启动问题 学习互动 专题课 机车启动问题 学习互动 专题课 机车启动问题 备用习题 1 汽车以恒定功率p由静止出发 沿平直路面行驶 最大速度为v 则下列判断正确的是 a 汽车先做匀加速运动 最后做匀速运动b 汽车先做加速度越来越大的加速运动 最后做匀速运动c 汽车先做加速度越来越小的加速运动 最后做匀速运动d 汽车先做加速运动 再做减速运动 最后做匀速运动 备用习题 解析 c汽车在恒定功率下的启动中 力的大小与v的大小有关 专题课 机车启动问题 备用习题 2 汽车由静止开始运动 若要使汽车在开始运动后一小段时间内保持匀加速直线运动 则 a 不断增大牵引力和牵引力的功率b 不断减小牵引力和牵引力的功率c 保持牵引力不变 不断增大牵引力功率d 不能判断牵引力功率怎样变化 专题课 机车启动问题 备用习题 解析 c汽车保持匀加速直线运动 所受合力不变 其中牵引力也不变 但速度增大 牵引力的功率增大 c对 a b d错 专题课 机车启动问题 备用习题 专题课 机车启动问题 自我检测 自我检测 专题课 机车启动问题 自我检测 专题课 机车启动问题 自我检测 专题课 机车启动问题 自我检测 专题课 机车启动问题 自我检测 3 启动类问题综合分析 质量为5t的汽车在水平路面上以加速度a 2m s2启动 所受阻力为1 0 103n 汽车启动后第1s末的瞬时功率是 a 22kwb 2kwc 1 1kwd 20kw 专题课 机车启动问题 自我检测 解析 a设汽车牵引力为f 由牛顿第二定律得f f阻 ma 可得f 11000n 因为v at 2m s 所以p fv 22000w 22kw 选项a正确 专题课 机车启动问题 自我检测 4 重力势能 4 重力势能 4 重力势能 教学目标 教学目标 4 重力势能 教学重点 教学重点 4 重力势能 教学难点 教学难点 4 重力势能 教学建议 教学建议 4 重力势能 教学建议 4 重力势能 新课导入 新课导入 4 重力势能 新课导入 4 重力势能 新课导入 4 重力势能 知识必备 知识必备 知识点一重力做功1 判断重力做功 1 由于重力的方向是 的 所以当物体在水平方向运动时 重力 2 当物体向下运动时 无论物体的运动方向是竖直向下还是斜向下 重力一定 3 当物体向上运动时 无论物体的运动方向是竖直向上还是斜向上 重力一定 竖直向下 不做功 做正功 做负功 4 重力势能 知识必备 2 重力做功的大小 1 重力做功的大小与物体的 无关 只与物体的重力以及初 末位置的 有关 2 公式 wg mgh 运动路径 高度差 mgh1 mgh2 4 重力势能 知识必备 知识点二重力势能1 定义 由于mgh这个量既与 密切相关 又恰与 的基本特征 与重力 高度有关 一致 所以我们把物理量mgh叫作物体的重力势能 常用ep表示 即ep 2 相对性 由于物体的高度h总是相对于某一水平面来说的 所以重力势能是 3 正负 重力势能是 量 但有正 负之分 其正 负不表示方向 而表示物体位于参考平面 零势能面 的上方还是下方 也就表示了重力势能的大小 重力做的功 势能 mgh 相对的 标 4 重力势能 知识必备 4 系统共有 由于重力是属于物体和地球所组成的系统的 因此重力势能也是属于这个系统的 通常我们会简单地说 某个物体具有重力势能 4 重力势能 知识必备 知识点三重力做功与重力势能变化的关系1 当重力对物体做正功时 物体的重力势能 当重力对物体做负功时 物体的重力势能 2 重力对物体做多少功 物体的重力势能就 3 重力做功与重力势能的关系为wg ep1 ep2 减少 增加 变化多少 4 重力势能 学习互动 考点一重力做功的计算 想一想 重力做功与路径有关吗 答案 无关 学习互动 4 重力势能 学习互动 要点总结 对重力做功特点的理解要注意以下两点 1 重力做功与物体的运动路径 只与初 末位置的高度差有关 利用这一点在解一些往复运动或多个运动过程的复杂问题时 可省去大量中间过程 根据高度差 由功的公式一步求解 尤为方便 2 重力做的功利用重力mg乘以物体在竖直方向上的 进行计算 答案 1 无关2 位移h 4 重力势能 学习互动 解析 b重力对物体做功wg mgh 60j 选项a错误 物体克服摩擦力做功w克 mgcos l 24j 选项b正确 物体沿斜面下滑过程中 只有重力和摩擦力做功 所以合力做功 60 24 j 36j 选项c错误 物体沿斜面下滑过程中 重力势能减小 选项d错误 4 重力势能 学习互动 点评 对于重力做功的计算要用wg mgh进行计算 不要受轨迹 速度变化等情况的干扰 4 重力势能 学习互动 考点二重力势能的计算 想一想 青山绿水 这是人们对自然风光的描述 但如果出现山体滑坡 将会给人们带来巨大的灾难 静止的山哪来如此大的能量 答案 滑坡时 山石的重力势能转化为动能 4 重力势能 学习互动 要点总结 1 重力势能的相对性重力势能ep mgh与参考平面的选择 式中的h是物体重心到参考平面的高度 重力势能是标量 只有大小而无方向 但有正负之分 当物体在参考平面以上时 重力势能ep为正值 当物体在参考平面以下时 重力势能ep为负值 2 参考平面选择的任意性选择参考平面视处理问题的方便而定 一般可选择 或物体运动时所达到的最低点为零势能参考平面 4 重力势能 学习互动 3 重力势能变化的绝对性物体从一个位置到另一个位置的过程中 重力势能的变化与参考平面的选择 它的变化是绝对的 我们关注的是重力势能的变化 这意味着存在能的转化问题 答案 1 有关2 地面3 无关 4 重力势能 学习互动 例2如图7 4 2所示 桌面高为h 质量为m的小球从离桌面高h处自由落下 不计空气阻力 重力加速度为g 假设桌面处的重力势能为0 则小球落到地面上时 它的重力势能为 a mghb mghc mg h h d mgh 4 重力势能 学习互动 解析 d据题意知 已选定桌面为参考平面 则小球在最高点时的高度为h 小球在桌面处的高度为零 小球在地面时的高度为 h 所以小球落到地面上时 它的重力势能为ep mgh 4 重力势能 学习互动 点评 重力势能的大小是相对参考平面而言的 参考平面选择不同 物体的高度不同 重力势能的大小则不同 4 重力势能 学习互动 考点三对重力势能相对性的理解 想一想 重力势能的变化与零势能面的选取有关吗 答案 无关 4 重力势能 学习互动 要点总结 重力对物体做多少正功 物体的重力势能就 多少 重力对物体做多少负功 物体的重力势能就 多少 物体克服重力做的功等于物体重力势能的增量 也就是重力做的功等于重力势能变化量的 即wg ep 注 ep为末态重力势能减去初态重力势能 答案 减少增加负值 4 重力势能 学习互动 例3如图7 4 3所示 长为2m 质量为10kg的一条铁链放在水平地面上 从提起铁链一端直到铁链全部离开地面的瞬间 铁链克服重力做功为多少 g取9 8m s2 4 重力势能 学习互动 4 重力势能 学习互动 点评 对于链条类物体重力势能及其变化的分析要研究其重心 4 重力势能 学习互动 例4 多选 如图7 4 4所示 一个物体从a点沿粗糙面ab与光滑面ac分别滑到同一水平面上的b点与c点 则下列说法中正确的是 a 沿ab面重力做功多b 沿两个面重力做的功相同c 沿ab面重力势能减少多d 沿两个面减少的重力势能相同 4 重力势能 学习互动 4 重力势能 学习互动 点评 功是能量转化的量度 重力做功与重力势能变化量之间的关系要熟记 正确理解它们之间的关系对以后的学习是有帮助的 4 重力势能 学习互动 4 重力势能 备用习题 备用习题 4 重力势能 备用习题 4 重力势能 备用习题 4 重力势能 备用习题 4 重力势能 备用习题 4 重力势能 备用习题 4 重力势能 自我检测 1 重力做功的计算 一条长为l 质量为m的均质绳平放在水平地面上 现在缓慢地把绳子提起来 设提起前半段绳子时人做的功为w1 全部提起来时人做的功为w2 则w1 w2等于 a 1 1b 1 2c 1 3d 1 4 自我检测 4 重力势能 自我检测 2 重力势能的计算 如图7 4 8所示 用力将质量相同的甲 乙两物体分别沿斜面ab dc推至平台bc上 将甲物体推上平台做的功w甲比将乙物体推上平台做的功w乙多 下列说法正确的是 a 甲物体的重力势能大b 乙物体的重力势能大c 两个物体的重力势能一样大d 无法判断哪个物体的重力势能大 4 重力势能 自我检测 4 重力势能 自我检测 3 多选 对重力势能相对性的理解 下列说法正确的是 a 力很大 位移也很大 这个力做的功可能为零b 一对作用力与反作用力对相互作用的系统做功之和一定为零c 静摩擦力对物体一定不做功 滑动摩擦力对物体一定做负功d 重力势能与参考面的选择有关 重力势能的变化量与参考面的选择无关 4 重力势能 自我检测 解析 ad根据功的定义w flcos 可知 当力f与位移l垂直 即 90 时 无论力多大 位移多大 功都为零 选项a正确 一对相互作用力对系统做功之和可以是正功 可以是负功 也可能是零 选项b错误 做功的正负决定于力的方向与位移方向的关系 滑动摩擦力可以做正功 也可以做负功 静摩擦力可能不做功 也可能做正功或负功 选项c错误 根据重力势能的概念可知 ep mgh 而高度h是一个相对概念 只有选取了参考平面 h才有意义 ep才有意义 而重力势能的变化量 ep mg h h是一个与参考平面无关的量 故 ep与参考面的选择无关 选项d正确 4 重力势能 自我检测 5 探究弹性势能的表达式 5 探究弹性势能的表达式 5 探究弹性势能的表达式 教学目标 教学目标 5 探究弹性势能的表达式 教学重点 教学重点 5 探究弹性势能的表达式 教学难点 教学难点 5 探究弹性势能的表达式 教学建议 教学建议 5 探究弹性势能的表达式 新课导入 新课导入 5 探究弹性势能的表达式 新课导入 5 探究弹性势能的表达式 新课导入 5 探究弹性势能的表达式 新课导入 5 探究弹性势能的表达式 知识必备 知识必备 知识点一弹性势能发生弹性形变的物体各部分之间由于存在着 的相互作用而具有的势能 称为弹性势能 弹力 5 探究弹性势能的表达式 知识必备 知识点二弹性势能的表达式与哪些因素有关1 我们可以将弹性势能与重力势能做一个类比 重力势能与物体被举起的 有关 则弹性势能可能与弹簧被拉伸的 有关 重力势能与物体被举起的高度成 弹性势能与弹簧被拉伸的长度 理由是 物体被举高时 其重力为定值 而弹簧被拉伸时 其弹力是个 2 我们可以很容易地发现 弹性势能与弹簧的劲度系数有关 理由 在拉伸相同长度的情况下 劲度系数越大 所需的拉力也 高度 长度 正比 不成正比 变力 越大 5 探究弹性势能的表达式 知识必备 知识点三弹力做功的计算弹簧的弹力是变力 所以计算弹力的功不能直接利用功的公式 但我们可以把整个过程分成很多的小段 使每小段中的弹力可以看成是 再将每小段的功累加起来就可以得到全程的功了 恒力 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 考点一对弹性势能概念的理解 想一想 拉开弦的弯弓在恢复原状时 可以将利箭发射出去 这说明什么 答案 说明拉开弦的弓对利箭做了功 拉开弦的弓具有能量 学习互动 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 要点总结 1 弹性势能如图7 5 3所示 弹簧的劲度系数为k 左端固定 不加外力时 右端在a处 今用力f缓慢向右拉弹簧 使弹簧伸长到b处 若规定弹簧在自由长度时的弹性势能为0 则手克服弹簧弹力所做的功等于弹簧的 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 点评 多与刚学过的重力势能对比可加深对弹性势能的理解 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 考点二弹力做功与弹性势能变化的关系 想一想 重力做功可以直接应用公式w flcos 来求 弹力做功可以用此公式求吗 为什么 答案 不可以 因为弹力是变力 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 要点总结 如图7 5 6所示 o为弹簧的原长处 1 物体由o向a运动 压缩 或者由o向a 运动 伸长 时 弹力做负功 弹性势能 其他形式的能转化为弹性势能 2 物体由a向o运动或者由a 向o运动时 弹力做正功 弹性势能 弹性势能转化为其他形式的能 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 3 弹力做功与弹性势能变化的关系可表示为 特别提醒 弹力做功与弹性势能变化有唯一的对应关系 弹力做多少正 负 功 弹性势能就减少 增加 多少 答案 1 增大2 减小3 w弹 ep 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 例2如图7 5 7所示 在水平地面上放一个竖直轻弹簧 弹簧上端与一个质量为2kg的木块相连 若在木块上再作用一个竖直向下的力f 使木块缓慢向下移动0 1m 此时木块再次处于平衡状态 力f的大小为50n 力f做功为2 5j g取10m s2 求 1 在此过程中弹簧弹性势能的增加量 2 弹簧的劲度系数 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 答案 1 4 5j 2 500n m 解析 弹性势能的增加量等于弹力做负功的值 所以设法求出弹簧弹力做的功是解决问题的关键 1 木块下移0 1m过程中 力f与重力的合力等于弹簧弹力 所以力f和重力做的功等于弹簧弹性势能的增加量 故弹性势能的增加量为 ep wf mgh 2 5j 2 10 0 1j 4 5j 2 由平衡条件得 木块再次处于平衡时 有f kh 所以劲度系数k 500n m 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 点评 弹力做功与弹性势能变化的关系要多和重力做功与重力势能变化的关系进行对比 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 考点三涉及弹性势能的计算 想一想 功是能量转化的量度 对弹力做功和弹性势能的变化也适用吗 答案 适用 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 要点总结 弹性势能的计算可以通过以下途径进行 1 通过弹力做功与弹性势能的变化关系 求解 注 ep为末态弹性势能减去初态弹性势能 2 通过弹性势能的决定式计算 例如弹簧的弹性势能为ep 答案 1 w弹 ep2 k l2 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 例3通过探究得到弹性势能的表达式为ep 1 2kx2 式中k为弹簧的劲度系数 x为弹簧伸长 或缩短 的长度 请利用弹性势能表达式计算以下问题 放在地面上的物体上端系在劲度系数k 400n m的弹簧上 弹簧的另一端拴在跨过定滑轮的绳子上 如图7 5 8所示 手拉绳子的另一端 当往下拉0 1m时 物体开始离开地面 继续拉绳 使物体缓慢升高到离地h 0 5m高处 如果不计弹簧重力及滑轮与绳的摩擦 求拉力所做的功以及此时弹簧弹性势能的大小 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 点评 要能准确通过两个基本方法计算弹性势能 5 探究弹性势能的表达式 学习互动 5 探究弹性势能的表达式 备用习题 备用习题 5 探究弹性势能的表达式 备用习题 5 探究弹性势能的表达式 备用习题 5 探究弹性势能的表达式 备用习题 5 探究弹性势能的表达式 备用习题 5 探究弹性势能的表达式 自我检测 1 对弹性势能概念的理解 关于弹簧的弹性势能 下列说法错误的是 a 弹簧的弹性势能跟拉伸 或压缩 的长度有关b 弹簧的弹性势能跟弹簧的劲度系数有关c 同一弹簧 在弹性限度内 形变量越大 弹性势能越大d 弹性势能的大小跟使弹簧发生形变的物体有关 自我检测 5 探究弹性势能的表达式 自我检测 2 多选 弹力做功与弹性势能变化的关系 如图7 5 11所示 一个物体以速度v0冲向与竖直墙壁相连的轻质弹簧 弹簧被物体压缩 在此过程中 以下说法正确的是 a 物体对弹簧做的功与弹簧的压缩量成正比b 物体向墙壁运动相同的位移 弹力做的功不相等c 弹簧的弹力做正功 弹性势能减少d 弹簧的弹力做负功 弹性势能增加 5 探究弹性势能的表达式 自我检测 5 探究弹性势能的表达式 自我检测 3 涉及弹性势能的计算 两只不同的弹簧a b劲度系数分别为k1 k2 并且k1 k2 现在用相同的力从自然长度开始拉弹簧 当弹簧处于平衡状态时 下列说法中正确的是 ep 1 2kl2 a a的弹性势能大b b的弹性势能大c 弹性势能相同d 无法判断 5 探究弹性势能的表达式 自我检测 5 探究弹性势能的表达式 自我检测 6 实验 探究功与速度变化的关系 6 实验 探究功与速度变化的关系 6 实验 探究功与速度变化的关系 教学目标 教学目标 6 实验 探究功与速度变化的关系 教学重点 教学重点 6 实验 探究功与速度变化的关系 教学难点 教学难点 6 实验 探究功与速度变化的关系 教学建议 教学建议 6 实验 探究功与速度变化的关系 教学建议 6 实验 探究功与速度变化的关系 新课导入 新课导入 6 实验 探究功与速度变化的关系 新课导入 6 实验 探究功与速度变化的关系 学习互动 实验目的 1 领会 探究功与速度变化的关系 的实验的设计思路 经历探究学习的情感体验过程 2 知道用一根橡皮筋所做的功为 单位的功 理解小车做匀速运动阶段测量速度比较合理 3 能进行实验操作 会采集实验数据 理解实验数据处理时寻找w与v的关系的方法 学习互动 6 实验 探究功与速度变化的关系 学习互动 实验原理 让橡皮筋拉动小车做功使小车的速度增加 使拉小车的橡皮筋的条数由1条变为2条 3条 则橡皮筋对小车做的功为w 2w 3w 通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次实验后小车的速度 最后分析每次做的功与获得的速度的关系 总结出功与获得的速度的关系 实验器材 木板 橡皮筋 若干 小车 打点计时器 低压交流电源 纸带 刻度尺等 6 实验 探究功与速度变化的关系 学习互动 6 实验 探究功与速度变化的关系 学习互动 6 实验 探究功与速度变化的关系 学习互动 6 实验 探究功与速度变化的关系 学习互动 3 逐一与w的一组数值对照 判断w与v的可能关系或分别试探画出w与v w与v2 w与v3 w与间关系的图像 找出哪一组的图像是直线 从而找出功与速度