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08届高三物理复习备考5第五章 机械能及其守恒定律教材分析：内容标准1举例说明功是能量变化的量度，理解功和功率。关心生活和生产中常见机械的功率的大小及其意义。2通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系。理解动能和动能定理。用动能定理解释生活和生产中的现象。3理解重力势能。知道重力势能的变化与重力做功的关系。4通过实验验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律。用机械能守恒定律分析生活和生产中的问题。5了解自然界中存在多种形式的能量。知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一。6通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性。了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持续发展的重大意义。新旧教材的比较新教材的组织思路旧教材的组织思路1追寻守恒量；2功；3功率；4重力的功和重力势能；5探究弹性势能；6探究做功与物体速度变化的关系； 7动能和动能定理； 8机械能守恒定律； 9验证实验； 10能量与能源1功；2功率；3功和能；4动能 动能定理；5重力势能； 6机械能守恒定律； 7机械能守恒定律的应用； 比较体会：1、关于“功和能”讲述旧教材的理解与处理先定义功及计算式（定义功是为了定义能）物体能对外做功，就说它具有能各种不同形式的能量可以相互转化，而且在转化过程中守恒（无直接根据）做功的过程就是能量转化的过程。作了多少功，就有多少能量发生转化。功是能量变化的量度新教材的理解与处理追寻运动中“什么是守恒量”的认识中发展能量的概念（能量并不是由功定义的）能量是一个守恒量建立功的概念表示力在空间的积累作用（认识能的过程中）功的概念表示受力物体在运动过程中，力在空间的积累作用u功可以决定能量的变化（奠定了能量转化的定量分析的基础）说明：新课程提倡以事实为基础的理性思维，守恒关系是自然界中十分重要的关系。 新教材的处理强调科学观念和科学方法的教育，同时加强了学生对守恒关系的认识。2、关于弹性势能的探究旧教材的理解与处理定性分析弹性势能的影响因素，未提及具体表达式。新教材的理解与处理u 思路根据既然功是能量变化的量度，既然重力势能表达式是通过重力做功的分析得来，那么自然会想到：通过弹力做功的分析可以得到弹性势能表达式。u 前面所展示的极限思想派上了用场。重在过程与方法，对于无任何要求。说明：通过探究，落实过程与方法和情感、态度与价值观的目标。变未知为已知的一种学习过程，其中是否包含实验，不是本质特征。此探究不含实验。3、关于动能和动能定理u 旧教材的理解与处理承接“做功越多动能越大”的经验，直接交代“做了多少功，动能就增加多少”的结论（灌输结论的目的是为了解释接下来的公式推导结论），然后通过公式推导得出动能、动能定理。u 新教材的理解与处理先通过实验探究功与物体速度变化的关系（涉及的“功速度”曲线的数据处理思想很有意义）：可能，也可能、，甚至可能，通过草图得到极可能与成正比；然后利用“物体在恒力作用下发生位移”的假设，进行公式推导得到动能的表达式，并定义动能定理。说明：尽管实验并不可能解决一切问题，但先有实验定性结论，后转变成一个理论性问题的处理使得动能、动能定理的定义显得顺理成章。同时突出了新课程强调的科学的方法与科学的价值观。4、关于 “机械能守恒定律”的处理u 旧教材的理解与处理以往以自由落体为例，得知机械能守恒，进而“人为” 地推广。新教材的理解与处理先通过实例确立动能与势能相互转化的思想，然后利用光滑曲面上下滑的情景，得到机械能守恒关系时，推导过程中不涉及EK与EP的具体表达式，所以更具普遍性。高考分析考纲要求（2007新课程标准物理科考试大纲）主题内容要求说明机械能功和功率动能和动能定理重力做功与重力势能功能关系、机械能守恒定律及其应用IIIIIIII2007新增知识点功能关系相关实验验证机械能守恒定律探究动能定理2007新增加实验探究动能定理知识结构重力做功机车的两种启动模式重点难点1、重视对物理过程，物理现象的分折。对物理概念，规律，不仅要知道它的内容，物理意义，使用条件，还要知道这些概念，规律的来龙去脉，得出的过程，这样才能真正深刻地理解这些知识并运用好。高考注重分析综合能力和对实际问题进行抽象简化的考查。高考注重对解题规范和表达论述能力的考查。现代物理学更注重寻找守恒量，要重视守恒定律的能量关系，这必然要影响到高考。2、功和能的概念是物理学中重要的基本概念，功能关系以及各种不同形式的能相互转化和守恒的规律，惯穿在全部物理学中；而机械能及机械能守恒定律是学习各种不同形式的能量转化规律的起点。功能及转化关系不仅为解决力学问题开辟了一条重要途径，而且为分析解决电磁学，热学等物理现象提供了重要依据。2007年的考试大纲把本章涉及的四个知识点都列为II要求，还有两个重要的实验，可见本章地位的特殊性和重要性。3、复习中要抓住功和能这条主线，多角度、多层面理解功的概念，通过能量转化把相关知识融合在一起。动能定理是力学中最重要、应用最广泛的基本规律，应明确其物理意义及应用步骤，重视对物理过程的分析，通过训练，提高相关能力。对机械能守恒定律，要注意守恒条件，深刻理解机械能守恒定律和动能定理的关系，深刻认识自然界中最普遍的规律能的转化与守恒思想。要注意强化与其他相关知识（如抛体运动、圆周运动、动量及电磁学知识等）的综合运用，提高综合应用能力。4、近几年高考对功和能的考查：考点三年真题回顾题型功和功率2007北京23计算题动能和动能定理2007江苏192007广东172007上海222007山东242006上海21、222005江苏10、172005北京252005天津24计算题计算题计算题计算题计算题、计算题选择题、计算题计算题计算题重力做功与重力势能2005上海19计算题功能关系、机械能守恒定律及其应用2007广东10、172007全国理综I 242007全国理综II 232007海南92006江苏172005江苏15、182005北京23选择题、计算题计算题计算题选择题计算题计算题计算题复习建议章节地位高考对本章考查的热点内容包括功、功率、动能、动能定理、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律。考查特点是灵活性强、综合性大，能力要求高。如变力做功利用能量观点的求法。本章知识与牛顿运动定律、圆周运动、动量守恒定律及电磁学知识等的综合应用。历年高考的压轴题也多与本章的功、能知识有关。近三年的高考中都对以上知识有相当份量的考查，高考复习时应对此有足够的重视。本部分大量试题是综合性质的，考生必须具有扎实的基础知识和熟练地解决实际问题的能力。要能正确分析所涉及到的物理过程能正确、合理地把全过程划分为若干阶段，弄清各阶段所遵循的规律及各阶段间的联系。特别要重视基础知识的复习和基本能力的培养，不能一味地做难题。应把复习重点放在全面地巩固基础知识、运用基础知识解决基本物理问题的能力上，这样才能解决难度较大、综合性较强的问题。基础知识复习1、功的四个基本问题涉及到功的概念的基本问题，往往会从如下四个方面提出。（1）做功与否的判断问题：物体受到力的作用，并在力的方向上通过一段位移，我们就说这个力对物体做了功。由此看来，做工功与否的判断，关键看功的两个必要因素，第一是力；第二是力的方向上的位移。而所谓的“力的方向上的位移”可作如下理解：当位移平行于力，则位移就是力的方向上的位的位移；当位移垂直于力，则位移垂直于力，则位移就不是力的方向上的位移；当位移与力既不垂直又不平行于力，则可对位移进行正交分解，其平行于力的方向上的分位移仍被称为力的方向上的位移。（2）做功多少的计算问题：做功多少的计算可直接应用功的公式：公式中是做功的力；是所作用的物体发生的位移；而则是与间的夹角。至于变力做功的计算，通常可以利用功能关系通过能量变化的计算来了解变力的功。（3）做功快慢的描述问题：做功快慢程度引入功率来描述，其定义式为：功率的计算有时还可利用形如 （4）做功意义的理解问题：做功意味着能量的转移与转化，做多少功，相应就有多少能量发生转移或转化。2、动能和动能定理（1）动能概念的理解：物体由于运动而具有的能叫动能，其表达式为： 和动能一样，动能也是用以描述机械运动的状态量。只是动量是从机械运动出发量化机械运动的状态动量确定的物体决定着它克服一定的阻力还能运动多久；动能则是从机械运动与其它运动的关系出发量化机械运动的状态，动能确定的物体决定着它克服一定的阻力还能运动多远。（2）动能定理：外力所做的总功等物体动能的变化量。动能定理实际上是在牛顿第二定律的基础上对空间累积而得：在牛顿第二定律： 两端同乘以合外力方向上的位移要，即可得和动量定理相似，动能定理也建立起过程量（功）与状态量（动能）变化间的关系，利用这一关系，也可以通过比较状态达到了解过程之目的。3、重力做功的特点与重力势能（1）重力做功的特点：重力做功与路径无关，只与始末位置的竖直高度差有关，当重力为的物体从A点运动到B点，无论走过怎样的路径，只要A、B两点间竖直高度差为，重力所做的功均为（2）重力势能：物体由于被举高而具有的能叫重力势能。其表达式为：其中为物体所在处相对于所选取的零势面的竖直高度，而零势面的选取可以是任意的，一般是取地面为重力势能的零势面。由于零势面的选取可以是任意的，所以一个物体在某一状态下所具有的重力势能的值将随零势面的选取而决定，但物体经历的某一过程中重力的势能的变化却与零势面的选取无关。（3）重力做功与重势能变化间的关系：重力做的功总等于重力势能的减少量，即4、机械能守恒定律（1）机械能：动能和势能的总和称机械能。而势能中除了重力势能外还有弹性势能。所谓弹性势能批量的是物体由于发生弹性形变而具有的能。（2）机械能守恒守律：只有重力做功时，动能和重力势能间相互转换，但机械能的总量保持不变，这就是所谓的机械能守恒定律；只有弹力做功时，动能和弹性势能间相互转换，机械能的总量也保持不变，这也叫机械能守恒定律。（3）应用机械能守恒定律解题时其鲜明特点就是突出始末两态的能量分析，要明确始末两个状态的机械能(Ek1Ep1)和(Ek2Ep2)。另外，对机械能守恒定律的应用，必须判断是否满足机械能守恒的条件。机械能守恒的条件：只有重力和系统内弹力做功，则系统的机械能总量将保持不变。（4）应用机械能守恒定律应该注意：必须准确地选择系统，在此基础上分析内力和外力的做功情况； 必须由守恒条件判断系统机械能是否守恒；必须准确地选择过程，确定初、末状态；写守恒等式时应注意状态的同一性。5、滑动摩擦力做功特点：（1）滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可以不做功；（2）一对滑动摩擦力做功的过程中能量的转化有两种情况：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，转化为内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积。（3）相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做功总是负值，其绝对值恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即恰等于系统损失的机械能。综上所述：做功的过程就是能量的转化过程。做了多少功，就有多少能量发生了转化。功是能量转化的量度。功和能量的转换关系不仅为解决力学问题开辟了一条重要途径，能量的观点、寻找守恒量的方法同时也是分析、解决电学、热学问题的重要方法。应用恰当的功能关系分析和解决问题。物体动能的改变，是物体受到所有外力做功的结果；物体重力势能的改变，是物体重力做功的结果；物体机械能的改变，则是由除重力和弹簧弹力之外的其他外力做功的结果。建议课时分配典型例题典型的物理模型AHO/OBLPC1、（2007广东17）如图所示，在同一竖直面上，质量为2m的小球A静止在光滑斜面的底部，斜面高度为H2L。小球受到弹簧的弹性力作用后，沿斜面向上运动。离开斜面后，达到最高点时与静止悬挂在此处的小球B发生弹性碰撞，碰撞后球B刚好能摆到与悬点O同一高度，球A沿水平方向抛射落在水平面C上的P点，O点的投影O/与P的距离为L/2。已知球B质量为m，悬绳长L，视两球为质点，重力加速度为g，不计空气阻力，求：（1）球B在两球碰撞后一瞬间的速度大小；（2）球A在两球碰撞前一瞬间的速度大小；（3）弹簧的弹性力对球A所做的功。解析：对B球，从机械能守恒的角度可求出碰后速度大小；对A、B两球在碰撞前后，运用系统动量、能量守恒（弹性碰撞），便可以求解碰前A球的速度大小；对A球进行过程分析，从A到B运用动能定理，即可求出弹簧做的功。需要补充的是台面到B点的高度要结合平抛运动求得。点评：本道题涉及多个典型的物理模型，须把全过程分解成三个阶段考虑：上升阶段、碰撞阶段、上摆和平抛阶段。这样各个阶段模型的处理就清楚了，注意模型间联系的物理量，这是解题的关键。这道题也突出了典型物理模型的重要性，复杂的题目中往往是由多个模型有机的组合而成。代表性的能力要求题1、（2007全国理综20）假定地球，月球都静止不动，用火箭从地球沿地月连线向月球发射一探测器。假定探测器在地球表面附近脱离火箭。用W表示探测器从脱离火箭处飞到月球的过程中克服地球引力做的功，用表示探测器脱离火箭时的动能，若不计空气阻力，则A必须大于或等于W，探测器才能到达月球 B小于W，探测器也可能到达月球CW，探测器一定能到达月球 DW，探测器一定不能到达月球解析：探测器从地球沿直线飞向月球，其动能的变化取决于总功：包括地球和月球的引力做功的代数和。地球引力做负功，月球引力做正功，但是，而且由于地球质量约为月球的81倍，所以引力做的总功主要由地球决定，所以。答案即可得出。点评：本题的难点在于，学生分析时考虑不全面，有可能漏掉月球引力做的功，这样在运用功能关系时会出错。所以在实际问题中一定要先进行完整的受力分析，这是处理这种陌生情景题的首要任务，只有这样才能把所学的物理原理、规律加以准确运用。H环棒2、（2007江苏19）如图所示，一轻绳吊着粗细均匀的棒，棒下端离地面高H，上端套着一个细环。棒和环的质量均为m，相互间最大静摩擦力等于滑动摩擦力kmg（k1）。断开轻绳，棒和环自由下落。假设棒足够长，与地面发生碰撞时，触地时间极短，无动能损失。棒在整个运动过程中始终保持竖直，空气阻力不计。求：（1）棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中，环的加速度；（2）从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间，棒运动的路程S；（3）从断开轻绳到棒和环都静止，摩擦力对环及棒做的总功W。解析：（1）棒触地反弹上升，此时开始环与棒之间出现相对滑动，对棒和环进行受力分析，即可求得加速度。a环(k1)g，方向竖直向上。（a棒(k1)g，方向竖直向下）；（2）第二问的关键在于求出棒反弹的高度。分析环和棒之间的相对滑动一直不变，即受力不变，加速度不变，这样可以套用竖直上抛、下落的规律求出上升的高度，累计的路程即可求出；（3）第三问有一定难度，如果从能量的转化和守恒的角度分析，系统的机械能在克服摩擦力过程中全部转化为内能，则可以较简单地求出答案。点评：本题是2007年江苏高考的最后一题，综合运用了自由落体、匀变速直线运动的规律以及功能关系等物理规律。解题的关键在于清楚的过程分析，受力分析以及全过程的能量分析。新的探究性题1、（2007北京23）环保汽车将为2008年奥运会场馆服务。某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量m3103 kg。当它在水平路面上以v36 km/h的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流I50 A，电压U300 V。在此行驶状态下（1）求驱动电机的输入功率P电；（2）若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机，求汽车所受阻力与车重的比值（g取10 m/s2）；（3）设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，求所需的太阳能电池板的最小面积。结合计算结果，简述你对该设想的思考。已知太阳辐射的总功率P041026 W，太阳到地球的距离r1.51011 m，太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%。解析：结合汽车启动的模型，解决前两个问题难度不大