功与能物理课题报告.doc

功与能1功 （1）功的概念:一个物体受到力的作用，如果在力的方向上发生一段位移，我们就说这个力对物体做了功力和在力的方向上发生位移，是做功的两个不可缺少的因素（2）功的计算式：力对物体所做的功的大小，等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦三者的乘积：W=Fs cos2功的计算恒力的功：根据公式W=Fscos，当0a90时，cos0，W0，表示力对物体做正功；当=90时，cos=0，W0，表示力的方向与位移的方向垂直，力不做功；当90180时，cos0， W0，表示力对物体做负功，或者说物体克服力做了功(2)合外力的功:等于各个力对物体做功的代数和,即:W合=W1+ W2+ W3+（3）动能定理：W=Ek或功能关系求功。二、功率 1功率（1）功率的定义及物理意义功踉完成这些功所用时间的比值叫做功率功率表示做功的快慢（2）功率定义式P=W/t如果把w=Fs代入功率的定义式还可得PFv，即功率等于力和物体运动速度的乘积（3）功率的单位在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W技术上常用千瓦（kw）做功率的单位 1w=1J/s； 1kw= 1000 W2根据公式P=W/t、p=Fv计算功率（1）根据功率的定义式pW/t，可以计算恒力的功率，也可以计算变力做功的平均功率；根据公式PFv，当V为物体某时刻的瞬时速度时，P为力F在该时刻的瞬时功率当V为一段时间内的平均速度时，P为恒力F在这段时间内的平均功率（2）运用公式P=Fv计算功率时，要注意F与力的方向须在一直线上第二节 动能定理 一、动能 1动能（1）动能的概念 物体由于运动而具有的能叫做动能（2）动能的表达式：Ek=mv2，动能是标量，只有大小，没有方向（3）动能的单位：kgm2s2，即J二动能定理1、动能这理及数学表达式（1）动能定理：合力所做的功等于动能的改变（这里的合外力指物体受到的所有外力的合力，包括重力）。（2）动能定理的数学表达式：W=Ek2Ek1 (3)不论做什么运动形式,受力如何,动能定理总是适用的. (4)W总0时,Ek2Ek1,物体的动能增加;W总0时,Ek2Ek1,物体的动能减小;W总=0时,Ek2=Ek1,物体的动能不变.3、动能定理的应用（1）应用动能定理处理问题，建立具体方程的步骤是：选定研究对象，明确研究过程；注意：动能定理的研究对象只能是单个物体,如果是系统,那么系统内的物体间不能有相对运动.(原因是:系统内所有内力的总冲量一定是零,而系统内所有内力做的总功不一定是零).在受力分析的基础上，确定有哪些力对物体做功（以“”表示），或物体克服哪些力做功（以“”表示），以代数和的形式完成方程左边对合力功的表述；(研究对象以外的物体施于研究对象的力都要分析,含重力）.分析所研究的过程初、末状态时的动能，完成方程右边对动能变化的表述；（2）应用动能定理，不涉及物体运动过程中的时间、加速度等，物体所受的力也不一定是恒力，所以处理问题会更方便。第三节 势能 一、重力势能 1重力势能（1）重力势能：地球上的物体具有的跟它的高度有关的能，叫做重力势能（2）重力势能的表达式：Ep=mgh，（3）重力势能的单位在国际单位制中为J2重力做功与重力势能变化的关系（1）重力做功的特点重力做功与物体所经路径无关，只取决于初、末两位置间的高度差（2）重力做功与重力势能的变化重力对物体做正功时，物体的重力势能减少，重力对物体做负功时，物体的重力势能增加重力做正功或负功的多少等于重力势能的减少量或增加量WG=-(EP2-EP1)=EP1-EP2,或WG=-EP.重力势能的变化量与零重力势能面的选取无关.二弹性势能 发生弹性形变的弹簧所具有的由各部分之间相对位置所决定的能叫做弹性势能外力使弹簧发生弹性形变时做功，使其他形式的能转变成弹性势能；发生弹性形变的弹簧在恢复形变时能对外做功，使弹性势能转变为其他形式的能第四节 机械能守恒定律 1机械能守恒定律的内容和条件（1）机械能：动能、重力势能和弹性势能都是与机械运动相关的能，统称为机械能不同形式的机械能是可以相互转化的（2）机械能守恒定律：如果没有摩擦和介质阻力，物体只发生动能和势能的相互转化时，机械能的总量保持不变这就是机械能守恒定律（3）机械能守恒的条件：机械能总量不变，指既无其他形式的能转换成机械能，也无机械能转换成其他形式的能根据功与能量转换的关系可知： 重力做功使重力势能与动能发生转换，（弹簧的）弹力做功使弹性势能与动能发生转换，但机械能总量不变；除了重力和（弹簧的）弹力以外的力对物体做正功，会使其他形式的能转变为物体的机械能，物体的机械能增加；除了重力和（弹簧的）弹力以外的力对物体做负功，会使物体的机械能转换成其他形式的能，物体的机械能减少 由上可知机械能守恒的条件是：除重力功与（弹簧的）弹力功外，没有任何其他力（外力或内力）对物体做功2.对机械能守恒定律的理解(1)机械能守恒定律的研究对象一定是系统，至少包括地球在内.通常我们说“小球的机械能守恒”其实一定也就包括地球在内,因为重力势能就是小球和地球所共有的.另外物体动能中的v,也是相对于地面的速度.(2)当研究对象(除地球以外)只有一个物体时,往往根据是否“只有重力做功”来判定机械能是否守恒;当研究对象(除地球以外)由多个物体组成时,往往根据是否“没有摩擦和介质阻力”来判定机械能是否守恒.(3)“只有重力做功”不等于“只受重力作用”,在该过程中,物体可以受其它力的作用,只要这些力不做功,或所做功的代数和为零,就可以认为是“只有重力做功”.3、机械能守恒定律的表达形式1/2*m(v1)2+mgh1+1/2*k(x1)2=1/2*m(v2)2+mgh2+1/2*k(x2)24机械能守恒定律的应用 应用机械能守恒定律必须： 确认研究对象是一个满足机械能守恒条件、只发生动能与重力势能、弹性势能转换而机械能总量不变的系统和过程； 确定所研究的守恒过程初、末两状态的动能与势能的表达式； 根据机械能守恒定律列出数学方程式；同一研究对象，选定同一参照面例题【例题1】如图1所示，轻绳下悬挂一小球，在小球沿水平面作半径为R的匀速圆周运动转过半圈的过程中，下列关于绳对小球做功情况的叙述中正确的是（ ）A.绳对小球没有力的作用，所以绳对小球没做功；B.绳对小球有拉力作用,但小球没发生位移，所以绳对小球没做功；C.绳对小球有沿绳方向的拉力，小球在转过半圈的过程中的位移为水平方向的2R，所以绳对小球做了功；D.以上说法均不对.【分析与解】从表面上看似乎选项说得有道理，但事实上由于绳对小球的拉力是方向不断变化的变力，而变力做功与否的判断应该这样来进行：在小球转过半圆周的过程中任取一小段圆弧，经考察发现小球在通过这一小段圆弧时所受拉力方向与这一小段位移垂直，因此可以断定在小球通过每一小段圆弧时绳均不对小球做功，由此可知此例应选D.【例题2】把两个大小相同的实心铝球和实心铁球放在同一水平面上，它们的重力势能分别为 和 若把它们移至另一个较低的水平面上时，它们的重力势能减少量分别为 和 则必有（ ）. . . . 【分析与解】如果重力势能的零势面比两球所处的水平面较低，则显然由于铁的密度较大，同体积的铁球质量较大而使 ；但如就取两球心所在的水平面为重力势能零势面，则又有 0；当然若两球所在的水平面在重力势能的零势面下方，甚至可以有 0.考虑到重力势能的“相对性”，选项、均不应选.但无论重力势能的零势面如何选取，在两球下降相同高度的过程中，质量较大的铁球所减少的重力势能都是较多的，所以此例应选择.【例题3】如图，质量分别为m、M的A、B两物体叠放在光滑的水平面上，A与B之间的动摩擦因数为，用一水平力作用于物体B上，使A和B保持相对静止向右运动，位移为L，则在此过程中摩擦力对A做