第五章~第六章.DOC

第五章机 械 能一、三年高考考点统计与分析考点试题题型分值功和功率2012年江苏T32012年海南T72012年北京T232011年海南T92011年上海T152010年新课标全国T16选择选择计算选择选择选择3分4分18分4分3分6分动能定理及其应用2012年福建T212012年江苏T142011年新课标全国T152011年江苏T42011年山东T182010年山东T242010年浙江T22计算计算选择选择选择计算计算19分16分6分3分4分15分16分机械能守恒定律及其应用2012年安徽T162012年山东T162012年上海T162012年天津T102011年上海T72011年福建T212010年福建T172010年江苏T14选择选择选择计算选择计算选择计算6分5分3分16分3分19分6分16分功能关系、能量守恒定律2012年福建T172012年上海T152011年浙江T242010年山东T222010年江苏T8选择选择计算选择选择6分3分20分4分4分 (1)从近三年高考试题考点分布可以看出，高考对本章内容的考查重点有4个概念(功、功率、动能、势能)和三个规律(动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律)。(2)高考对本章内容考查题型全面，既有选择题，也有计算题，二者考查次数基本相当，命题灵活性强、综合面广，过程复杂，环节多，能力要求也较高，既有对基本概念的理解、判断和计算，又有对重要规律的灵活应用。二、2014年高考考情预测(1)功和功率、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律仍将是本章命题的热点。(2)将本章内容与牛顿运动定律、圆周运动、电磁学知识相结合，并与生产、生活实际和现代科技相联系进行命题的趋势较强。备课札记 第五章机 械 能学习目标定位考 纲 下 载考 情 上 线1.功和功率()2重力势能()3弹性势能()4动能动能定理()5机械能守恒定律及其应用()6验证机械能守恒定律(实验、探究)()7能源和能量耗散()高考地位高考对本章知识点考查频率最高的是动能定理、机械能守恒定律，单独考查功和功率时多以选择题形式出现，与牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动及电磁学知识相结合时，多以计算题的形式出现。考点布设1.功和功率的理解与计算。2动能定理、机械能守恒定律常结合牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动以及电磁学知识进行考查。3动能定理及能量守恒定律与生产、生活、科技相结合进行综合考查。第1单元功和功率功想一想图511为某人提包运动的情景图，试分析各图中该人提包的力做功的情况。图511提示：甲图中将包提起来的过程中，提包的力对包做正功，乙图中人提包水平匀速行驶时，提包的力不做功，丙图中人乘电梯上升过程中，提包的力对包做正功，丁图中人提包上楼的过程中，提包的力对包做正功。记一记1做功的两个必要条件力和物体在力的方向上发生的位移。2公式WFlcos_，适用于恒力做功，其中为F、l方向间夹角，l为物体对地的位移。3功的正负判断夹角功 的 正 负90力对物体做正功90力对物体做负功，或者说物体克服这个力做了功90力对物体不做功试一试1.如图512所示，拖着旧橡胶轮胎跑是身体耐力训练的一种有效方法。如果某受训者拖着轮胎在水平直道上跑了100 m，那么下列说法正确的是()图512A轮胎受到地面的摩擦力做了负功B轮胎受到的重力做了正功C轮胎受到的拉力不做功D轮胎受到地面的支持力做了正功解析：选A根据力做功的条件，轮胎受到的重力和地面的支持力都与位移垂直，这两个力均不做功，B、D错误；轮胎受到地面的摩擦力与位移反向，做负功，A正确；轮胎受到的拉力与位移夹角小于90，做正功，C错误。功率想一想如图513所示，用水平恒力F将物体m由静止开始从A位置拉至B位置，前进距离为l，设地面光滑时，力F做功为W1，做功的功率为P1，地面粗糙时，力F做功为W2，做功的功率为P2，试比较W1和W2及P1和P2的大小。图513提示：力F做功的大小与有无摩擦力无关，W1W2，但有摩擦时，物体m由A到B的时间长，故有P1P2。记一记1物理意义描述力对物体做功的快慢。2公式(1)P(P为时间t内的平均功率)。(2)PFvcos_(为F与v的夹角)。3额定功率机械长时间工作时的最大功率。4实际功率机械实际工作时的功率，要求不大于额定功率。试一试2一质量为m的木块静止在光滑的水平面上，从t0开始，将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上，在tt1时刻力F的瞬时功率是()A.t1B.tC.t1 D.t解析：选C在tt1时刻木块的速度为vat1t1，此时刻力F的瞬时功率PFvt1，选C。功的正负判断及计算1.功的正负的判断方法(1)恒力做功的判断：若物体做直线运动，依据力与位移的夹角来判断。(2)曲线运动中功的判断：若物体做曲线运动，依据F与v的方向夹角来判断。当090，力对物体做正功；90180，力对物体做负功，90，力对物体不做功。(3)依据能量变化来判断：根据功是能量转化的量度，若有能量转化，则必有力对物体做功。此法常用于判断两个相联系的物体之间的相互作用力做功的判断。2功的计算方法(1)恒力做功： (2)变力做功：用动能定理：Wmvmv当变力的功率P一定时，可用WPt求功，如机车恒功率启动时。将变力做功转化为恒力做功：当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程(不是位移)的乘积。如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等。(3)总功的计算：先求物体所受的合外力，再求合外力的功；先求每个力做的功，再求各功的代数和。例1一滑块在水平地面上沿直线滑行，t0时其速度为1 m/s。从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力F，力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图514甲和乙所示。求：(1)在第1秒内、第2秒内力F对滑块做的功W1、W2；(2)前两秒内力F的总功WF及滑块所受合力的功W。图514审题指导(1)力F在第1秒内、第2秒内均为恒力，可以用公式WFlcos 求功。(2)位移l可由vt图的“面积”求出。(3)前两秒内力F的总功与滑块所受合力的功不相同。尝试解题(1)第1秒内滑块的位移为l10.5 m，第2秒内滑块的位移为l20.5 m。由WFlcos 可得，W10.5 JW21.5 J。(2)前2秒内力F的总功WFW1W21.0 J。由动能定理可求合力的功Wmvmv0。答案(1)0.5 J1.5 J(2)1.0 J0在求力做功时，首先要区分是求某个力的功还是合力的功，是求恒力的功还是变力的功，若为变力做功，则要考虑应用动能定理或将变力做功转化为恒力做功进行求解。功率的计算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，F为恒力。2瞬时功率的计算方法(1)利用公式PFvcos ，其中v为t时刻的瞬时速度。(2)PFvF，其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度。(3)PFvv，其中Fv为物体受的外力F在速度v方向上的分力。例2多选一质量为1 kg的质点静止于光滑水平面上，从t0时起，第1秒内受到2 N的水平外力作用，第2秒内受到同方向的1 N的外力作用。下列判断正确的是()A02 s内外力的平均功率是 WB第2秒内外力所做的功是 JC第2秒末外力的瞬时功率最大D第1秒内与第2秒内质点动能增加量的比值是审题指导(1)02 s内外力是变力，应使用求平均功率。(2)第2 s末质点速度最大，但外力的瞬时功率不一定最大。尝试解题根据牛顿第二定律得：物体在第1 s内的加速度a12 m/s2，在第2 s内的加速度a21 m/s2；第1 s末的速度v1a1t2 m/s，第2 s末的速度v2v1a2t3 m/s；02 s内外力做的功Wmv J，功率P W，故A正确；第2 s内外力所做的功W2mvmv(132122) J J，故B错误；第1 s末的瞬时功率P1F1v14 W。第2 s末的瞬时功率P2F2v23 W，故C错误；第1 s内动能的增加量Ek1mv2 J，第2 s内动能的增加量Ek2W2 J，所以，故D正确。答案AD求力做功的功率时应注意的问题(1)首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率，对应于某一过程的功率为平均功率，对应于某一时刻的功率为瞬时功率。(2)求功率大小时要注意F与v方向间的夹角对结果的影响。(3)用PFcos 求平均功率时， 应容易求得，如求匀变速直线运动中某力的平均功率。机车的启动问题1.机车的输出功率PFv，其中F为机车的牵引力，v为机车运动速度。2两种启动方式对比两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动Pt图和vt图OA段过程分析vFaa不变F不变PFv直到P额Fv1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动，维持时间t0AB段过程分析运动性质以vm做匀速直线运动加速度减小的加速运动BC段FF阻a0F阻，以vm做匀速直线运动3三个重要关系式(1)无论哪种运行过程，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运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大，即vgtan ，摩擦力沿斜面向下，摩擦力与位移夹角小于90，则做正功；当amg时，随着形变量x的减小，加速度a将减小；当kxmvmvBWmvmvCWmvmvD由于F的方向未知，W无法求出解析：选B物块由A点到B点的过程中，只有力F做功，由动能定理可知，Wmvmv，故B正确。对动能定理的理解1.动能定理公式中等号的意义(1)数量关系：即力所做的功与物体动能的变化具有等量代换关系。(2)单位相同，国际单位都是焦耳。(3)因果关系：力的功是引起物体动能变化的原因。2总功的计算(1)先由力的合成或根据牛顿第二定律求出合力F，然后由WFlcos 计算。(2)由WFlcos 计算各个力对物体做的功W1、W2、Wn，然后将各个外力所做的功求代数和，即W合W1W2Wn。例1如图523所示，电梯质量为M，在它的水平地板上放置一质量为m的物体。电梯在钢索的拉力作用下竖直向上加速运动，当电梯的速度由v1增加到v2时，上升高度为H，则在这个过程中，下列说法或表达式正确的是()图523A对物体，动能定理的表达式为WFNmv，其中WFN为支持力的功B对物体，动能定理的表达式为W合0，其中W合为合力的功C对物体，动能定理的表达式为WFNmgHmvmvD对电梯，其所受合力做功为MvMv尝试解题电梯上升的过程中，对物体做功的有重力mg、支持力FN，这两个力的总功才等于物体动能的增量Ekmvmv，故A、B均错误，C正确；对电梯，无论有几个力对它做功，由动能定理可知，其合力的功一定等于其动能的增量，故D正确。答案CD(1)应用动能定理时，也要进行受力分析，分析在这个过程中有哪些力做功，注意区分功的正负。(2)应用动能定理时要注意选取的研究对象和对应过程，合力做的功和动能增量一定是对应同一研究对象的同一过程。利用动能定理求解多过程问题1.基本步骤(1)选取研究对象，明确它的运动过程。(2)分析研究对象的受力情况和各力的做功情况。(3)明确研究对象在过程的始末状态的动能Ek1和Ek2。(4)列出动能定理的方程W合Ek2Ek1及其他必要的解题方程，进行求解。2注意事项(1)动能定理的研究对象可以是单一物体，或者是可以看做单一物体的物体系统。(2)动能定理是求解物体的位移或速率的简捷公式。当题目中涉及到位移和速度而不涉及时间时可优先考虑动能定理；处理曲线运动中的速率问题时也要优先考虑动能定理。(3)若过程包含了几个运动性质不同的分过程，既可分段考虑，也可整个过程考虑。例2(2012苏北四市模拟)如图524所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成，轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接，其中轨道AB、CD段是光滑的，水平轨道BC的长度s5 m，轨道CD足够长且倾角37，A、D两点离轨道BC的高度分别为h14.30 m、h21.35 m。现让质量为m的小滑块自A点由静止释放。已知小滑块与轨道BC间的动摩擦因数0.5，重力加速度g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。求：图524(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小；(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔；(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离。审题指导第一步：抓关键点关键点获取信息轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接小滑块在B、C轨道交接处速度大小不变轨道AB、CD段是光滑的小滑块在AB、CD段只有重力做功，小滑块只能停在BC段自A点由静止释放小滑块的初速度为零第二步：找突破口要求小滑块到达D点的速度大小，可应用动能定理，对小滑块从ABCD的过程全程列方程求解。尝试解题(1)小滑块从ABCD过程中，由动能定理得：mg(h1h2)mgsmv0将h1、h2、s、g代入得：vD3 m/s(2)小滑块从ABC过程中，由