【红对勾】高考物理 机械能守恒定律课件.ppt

本章内容是必修内容部分的重点内容 在2012年的高考中涉及本部分内容出题的几率非常大 考查的热点包括重力势能 机械能守恒 动能定理 能量的转化和守恒定律等 而单一知识点命题的几率小综合性命题的几率大 在2012年的高考中对本部分内容的考查以计算题形式出现的可能性较大 应是与功能关系知识 牛顿运动定律 圆周运动及平抛运动 含类平抛 电磁学等知识相联系的综合应用 1 复习本章内容应把重点放在 级要求的内容中 即 1 功和功率概念 2 动能变化和动能定理 3 机械能守恒定律与能的转化守恒定律 2 复习本章内容时应注意 对本章的复习应抓住功和能的关系这一基本线索 通过 能量转化 把知识联系在一起 1 求一个力做功及做功功率 应从恒力做功 变力做功及功能关系 动能定理多角度进行训练 并应进一步使学生明确 功是能量转化的量度 这一说法的内涵 2 机动车启动问题对大多数同学而言是一个难关 关键应让学生通过复习明白公式p f v的意义 学会过程分析方法 对两种启动方式进行详细剖析是非常有必要的 3 动能定理的复习 首先使学生明确其物理意义及应用步骤 强调必须具有所有外力做功的总和才等于物体动能变化量 其次要重视对物理过程进行分析 特别是对复杂过程整体使用动能定理 4 对机械能守恒定律的三种表达形式 可通过一组相对简单的题目进行比较讲解 使学生真正理解三种形式的实质是相同的 但使用不同的形式解题在文字说明上应有所体现 并注意选择最简解法 5 机械能知识有非常强的综合性 大部分试题都与牛顿定律 圆周运动 动量守恒 电磁学 热学知识相互联系 在指导学生解答这类问题时 一定要让学生养成 首先理清物理情景 其次建立物理模型 然后把复杂的过程问题 分解成几个简单过程 最后列规律方程并求解的好习惯 课时1功功率 知识点一功 知识回顾 1 物理意义 功是描述力对效果的物理量 是过程量 2 做功的二要素 和的位移 3 定义 力和物体在力的方向上位移的乘积称为力对物体做的功 空间积累 力 力的方向上 4 计算式 w f表示恒力的大小 l表示物体运动的位移 为的夹角 5 特点 功是 取值不同 功会出现正负 正功表示做功 负功表示做功 合力的功等于各分力分别做功的和 flcos 力的方向与位移方向 标量 动力 阻力 代数 要点深化 1 功的计算公式w flcos 应用注意要点 1 w flcos 是恒力做功的计算式 对变力做功的计算不适用 因此 每当使用w flcos 计算功时 要先弄清是恒力做功还是变力做功 2 恒力做功多少只与f l及二者夹角余弦有关 而与物体的加速度大小 速度大小 运动时间长短等都无关 即与物体的运动性质无关 同时还与有无其他力做功也无关 3 公式w flcos 中的l是物体相对地面的位移 而不是相对于和它接触的物体的位移 2 合力做功的计算 1 合力做的功等于各力做功的代数和 即w合 w1 w2 w3 2 先求出物体受到的合力f合 再由w合 f合lcos 求解 但应注意 应为合力与位移l的夹角 f合在运动过程中保持不变 基础自测 1 下列说法正确的是 a 当作用力做正功时 反作用力一定做负功b 当作用力不做功时 反作用力也不做功c 作用力与反作用力的功 一定大小相等 正负符号相反d 作用力做正功 反作用力也可能做正功 解析 要搞清作用力与反作用力的功 应从以下几个方面思考 作用力与反作用力的关系 即作用力与反作用力作用在不同的物体上 大小相等方向相反 作用力 反作用力所作用的物体的位移关系 我们要明确 作用力 反作用力作用下的一对物体 可能向相反的方向运动 也可能向同一方向运动 也可能一个运动而另一个静止 还可能两物体都静止 由功的公式w flcos 我们不难判断 当作用力做正功时 反作用力可以做正功 负功或不做功 当作用力不做功时 反作用力也可以做功 故a b c均错 只有d正确 一对相互作用力分别作用在不同的物体上 两个力的作用效果可以相同 也可以完全不同 答案 d 2 起重机以1m s2的加速度将质量为1000kg的货物由静止开始匀加速向上提升 若g取10m s2 则在1s内起重机对货物所做的功是 a 500jb 4500jc 5000jd 5500j 答案 d 知识点二功率 知识回顾 1 公式 1 p p为时间t内的 2 p 为f与v的夹角 若v为平均速度 则p为 若v为瞬时速度 则p为 平均功率 fvcos 平均功率 瞬时功率 2 物理意义 描述做功的 功率大则做功 功率小则做功 3 额定功率 机器工作的功率 一般在机器的铭牌上标明 4 实际功率 机器时输出的功率 要求额定功率 快慢 快 慢 正常 实际工作 小于等于 2 从p fv可见 当p一定时 要增加f 必须减小v 故汽车爬坡时 司机常换低挡降低速度来增大牵引力 当f一定时 v增加 如匀加速运动 则p也会增加 但这样的过程是有限度的 当v一定时 p越大f就越大 如功率越大的起重机可吊起的重物的质量越大 2 机车的两种启动方式 机车以恒定的功率启动机车以恒定的功率启动时 若运动过程中其所受阻力f阻不变 其所受的f牵及a v的变化情况可表示如下 即机车启动后先做加速度逐渐减小的加速运动 再做匀速运动 其v t图象如图1所示 图1 机车从静止匀加速启动机车以恒定的加速度启动时 开始牵引力不变 当其速度增大到一定值v时 其功率达到最大值 下面的过程与上述 一样 在此过程中 其牵引力功率 牵引力 加速度及速度的变化情况可表示如下 即机车启动后先做匀加速运动 后做加速度逐渐减小的加速运动 再做匀速运动 其v t图象如图2所示 图2 注意 匀加速结束时机车的速度并不是最后的最大速度 因此时f f阻 之后还要在功率不变的情况下变加速一段时间才达到最后的最大速度vmax 基础自测 1 2009 辽宁 宁夏卷 水平地面上有一木箱 木箱与地面之间的动摩擦因数为 0 1 现对木箱施加一拉力f 使木箱做匀速直线运动 设f的方向与水平面夹角为 如图3 在 从0逐渐增大到90 的过程中 木箱的速度保持不变 则 a f先减小后增大b f一直增大c f的功率减小d f的功率不变 图3 答案 ac 答案 c 题型一恒力做功的计算 例1 如图4所示 质量为m的物体静止在倾角为 的斜面上 物体与斜面的动摩擦因数为 现使斜面水平向左匀速移动距离l 求 1 物体所受各力对物体所做的功各为多少 2 斜面对物体做的功是多少 3 各力对物体所做的总功是多少 图4 2 求斜面对物体做的功 即求斜面对物体施的力做的总功w wf wf 0j 3 求总功是求各力功的代数和w总 wf wf wg 0j 答案 1 wf mglsin cos wf mglsin cos wg 0j 2 0j 3 0j 题后反思利用公式求恒力做功时应注意1 位移s为对地位移 严格讲是力的作用点的位移 2 合力的功等于分力做功的代数和 变式1 1在光滑的水平地面上有质量为m的长木板a 如图5所示 平板上放一质量为m的物体b a b之间的动摩擦因数为 今在物体b上加一水平恒力f b和a发生相对滑动 经过时间t 求 1 摩擦力对a所做的功 2 摩擦力对b所做的功 图5 题型二变力做功的计算 例2 如图6所示 一质量为m 2 0kg的物体从半径为r 5 0m的圆弧的a端 在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到b端 圆弧ab在竖直平面内 拉力f大小不变始终为15n 方向始终与物体在该点的切线成37 角 圆弧所对应的圆心角为60 bo边为竖直方向 g取10m s2 图6 求这一过程中 1 拉力f做的功 2 重力mg做的功 3 圆弧面对物体的支持力fn做的功 4 圆弧面对物体的摩擦力ff做的功 2 重力mg做的功wg mgr 1 cos60 50j 3 物体受的支持力fn始终与物体的运动方向垂直 所以wfn 0 4 因物体在拉力f作用下缓慢移动 动能不变 由动能定理知 wf wg wff 0 所以wff wf wg 62 8 50 j 12 8j 答案 1 62 8j 2 50j 3 0j 4 12 8j 题后反思在遇到求功的问题时 一定要注意分析是求恒力的功还是变力的功 如果是求变力的功 看能否转化为求恒力功的问题 不能转化的 还可以借助动能定理和能的转化和守恒定律来求解 变式2 1如图7所示 定滑轮至滑块的高度为h 已知细绳的拉力为f 恒定 滑块沿水平面由a点前进s至b点 滑块在初 末位置时细绳与水平方向夹角分别为 和 求滑块由a点运动到b点的过程中 绳的拉力对滑块所做的功 图7 解析 设绳对物体的拉力为t 显然人对绳的拉力f等于t t在对物体做功的过程中大小虽然不变 但其方向时刻在改变 因此该问题是变力做功的问题 但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下 人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功 而拉力f的大小和方向都不变 所以f做的功可以用公式w flcos 直接计算 由图可知 在绳与水平面的夹角由 变到 的过程中 拉力f的作用点的位移大小为 题型三功率的计算 例3 如图8所示 一质量为m的物体 从倾角为 的光滑斜面顶端由静止下滑 开始下滑时离地高度为h 当物体滑至斜面底端时重力的瞬时功率为 整个过程的平均功率为 图8 题后反思功率的计算方法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 变式3 1 2009 辽宁 宁夏高考 质量为m的物体静止在光滑水平面上 从t 0时刻开始受到水平力的作用 力的大小f与时间t的关系如图9所示 力的方向保持不变 则 图9 答案 bd 题型四机车启动问题 例4 额定功率为80kw的汽车 在平直公路上行驶的最大速度是20m s 汽车的质量是2t 如果汽车从静止开始做匀加速直线运动 加速度的大小是2m s2 运动过程中阻力不变 求 1 汽车受到的阻力有多大 2 3s末汽车的瞬时功率有多大 3 汽车维持匀加速运动的时间是多少 答案 1 4 103n 2 4 8 104w 3 5s 题后反思汽车运动的全过程中有两个最大的速度v m和vm 这是两个不同的最大速度 切勿混淆 在匀加速运动阶段牵引力恒定 速度逐渐增大 汽车的输出功率逐渐增大 当汽车的输出功率等于额定功率时的速度是汽车做匀加速运动的最大速度v m 之后汽车以额定功率运动 牵引力逐渐减小 速度逐渐增大 当牵引力等于摩擦阻力时 汽车达到最大速度vm 以后汽车以该速度在额定功率下做匀速运动 显然v m vm 变式4 1 绿色奥运 是2008年北京奥运会的三大理念之一 奥组委决定在各比赛场馆使用新型节能环保电动车 图10 在检测某款电动车性能的实验中 质量为8 102kg的电动车由静止开始沿平直公路行驶 达到的最大速度为15m s 利用传感器测得此过程中不同时刻电动车的牵引力f与对应的速度v 并描绘出f 图象 图中ab bo均为直线 如图10所示 假设电动车行驶中所受的阻力恒定 求此过程中 1 电动车的额定功率 2 电动车由静止开始运动 经过多长时间速度达到2m s 分析 不管对哪种启动方式 机动车的功率均是指牵引力的功率 对启动过程的分析也都是用分段分析法 并且将牛顿第二定律和运动学公式相结合进行综合分析 有时也应用动能定理求解 解析 1 分析图线可知 电动车由静止开始做匀加速直线运动 达到额定功率后 做牵引力逐渐减小的变加速直线运动 达到最大速度后做匀速直线运动 当最大速度vmax 15m s时 牵引力为fmin 400n故恒定阻力ff fmin 400n额定功率p fminvmax 6kw 答案 1 6kw 2 1s 1 沿着高度相同 坡度不同 粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端 以下说法中正确的是 a 沿坡度小 长度大的斜面上升克服重力做的功多b 沿长度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多c 沿坡度大 粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多d 上述几种情况重力做功同样多 解析 重力做功只与高度有关 与路径无关 因此 题中所述几种情况重力做功同样多 答案 d 2 如图11所示 物体沿弧形轨道滑下后进入足够长的水平传送带 传送带以图示方向匀速运转 则传送带对物体做功情况可能是 a 始终不做功b 先做负功后做正功c 先做正功后不做功d 先做负功后不做功 图11 解析 设传送带速度大小为v1 物体刚滑上传送带时的速度大小为v2 当v1 v2时 物体随传送带一起匀速运动 故传送带与物体之间不存在摩擦力 即传送带对物体始终不做功 a正确 当v1v2时 物体相对传送带向左运动 物体受到的滑动摩擦力方向向右 则物体先做匀加速运动直到速度达到v1 再做匀速运动 故传送带对物体先做正功后不做功 b错误 c正确 答案 acd 3 以初速度v0做平抛运动的物体 重力在第1s末和第2s末的功率之比为 重力在第1s内和第2s内的平均功率之比为 则 a 3 2b 2 3c 1 2d 2 答案 a 4 如图12所示 某力f 10n作用于半径r 1m的转盘的边缘上 力f的大小保持不变 但方向始终保持与作用点的切线方向一致 则转动一周后 这个力f做