高考物理-能的转化与守恒(教案).docx

第1节 动能的改变1、动能：物理学中把物体由于运动具有的能叫做动能。2、动能定理：合外力对物体所帮的功等于物体动能的改变。3、动能和势能：（1）动能：物体由于运动而具有的能叫动能。 动能的定义式：，式中 m 是物体的质量， v 是物体的速率，是物体的动能。 对运动物体动能的几点说明：a. 动能是标量：动能只有大小，没有方向，是个标量。动能定义式中的 v 是物体具有的速率，动能恒为正值。b. 动能的单位：动能的单位由质量和速度的单位来确定。在国际单位制中，动能的单位是千克米2/秒2，c. 由于，所以动能的单位与功的单位相同。 动能具有相对性：物体运动速度的大小，与选定的参照物有关，相对于不同的参照物，物体具有不同的速度，因此也具有不同的动能，一般来讲，我们选地面为参照物。（2）动能定理：内容：外力对物体所做的总功等于物体动能的增量。表达式：W总 Ek 或 。推导：如图所示物体 m 在水平面上，在水平力 F 的作用下，发生一段位移 s ，速度由 v1 增如到 v2，根据牛顿第二定律和运动学规律，有：F - fma 由式得：a （）/2s 将其代入式得： F - f = m（）/2sFs - fs上式表明，外力对物体所做的总功，等于物体动能的增量。（3）对动能定理的几点说明：表示外力的总功，计算方法有两种方式；一种是先求物体所受合外力，再用功的公式求总功，另一种方式是先计算各个力对物体所做的功，然后再求它们的代数和，这种方法不局限于要求各个力必须在同一时间，同一方向，同一位移中作用于物体，即某过程的不同位移中受到的外力可以不同，它比第一种方法更具有普遍性。，表示末动能与初动能的差( 动能的增量 )，显然外力总功为正时(Ek0)，物体动能增加，外力总功为负时(Ek0）物体动能减少。动能定理不仅适用于恒力作功，也适用于变力作功，物体所受外力是指一切外力，包括重力、弹力、摩擦力等，在电磁学中动能定理也常常是一条重要而简睫的解题途径。动能定理解题的一般步骤：（a）选取研究对象，确定研究过程。（b）分析物体受力，明确各力做功情况。（c）根据初、末状态速度来确定初、末态动能。（d）应用动能定理建立相关方程，并求解作答。第2节 势能的改变1、势能：由相互作用的物体间的作用力和物体间的相对位置共同决定的能叫做势能。如重力势能，弹性势能、分子势能、电势能等。（1）重力势能：物体与地球组成的系统中，由于物体与地球间相互作用以及它们间相对位置共同决定的能叫重力势能。（2）重力势能的定义式：，m 是物体的质量，h是物体距所选取的参考水平面的高度。EP 是物体相对这个所选取的参考水平面的重力势能。（3）关于物体重力势能的几点说明： 重力势能有相对性：与所选取的参考平面(也叫做零重力势能面)有关，因此，在计算重力势能时，必须首先选取零势能面，通常选取地面为零重力势能面。在实际问题中，零重力势能可以任意选取。只要选取的参考面与地面平行即可。为了计算上的方便，一般选取初始状态或末了状态所在的水平面为零重力势能面。 重力势能是标量，但有正负，若物体所处位置在零重力势能面上方，物体的重力势能为正，物体处在零势能面下方，重力势能则为负。故 EP 的符号仅表示重力势能的相对大小。 重力势能差值具有绝对性，在实际问题中，我们所关心的往往不是物体具有多大重力势能，而是重力势能的变化量。同一个物体，在距离所选取的零重力势能参考面的高度为和时，它们具有的重力势能分别为： 和，物体的重力势能的变化量为。由于 mg 是定值，的大小和正负也是确定的，所以重力势能的差值是确定的。这就是重力势能差值的绝对性，这说明重力势能的差值 （即重力势能的变化置）与零重力势能参考面的选取无关。 重力势能的变化与重力做功的关系：a. 当物体从高处竖直下落时，物体有竖直向下的位移，重力对物体作正功，由于物体的竖直高度下降，物体的重力势能减少。重力对物体作正功，重力对物体作多少正功，物体的重力势能就减少多少。b. 当物体从低处竖直向上运动时，物体有竖直向上的位移，重力对物体作负功，由于物体的竖直高度增加，物体的重力势能增加。重力对物体作多少负功。物体的重力势能就增加多少。 重力是保守力，重力对物体做功和路径无关，只与始末高度差有关，重力对物体所做的功，等于物体重力势能变化量的负值。即2、弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能，关于弹性势谈的大小，只要求定性了解，弹性形变越大，其弹性势能也越大，其计算式： ，式中 k为弹簧倔强系数，x 为弹簧的形变量（即弹簧的伸长量或压缩量)，弹性势能的定量计算不作要求。3、机械能：动能、重力势能、弹性势能都是与物体的机械运动相关联的。统称为机械能。若用表示物体的动能，用 EP 表示物体的势能(重力势能或弹性势能)，则物体的总机械能（1）机械能和其它形式能的关系：在除重力(或弹力)外，还有其它性质的力(如摩擦力 、电场力等)对物体做功(正功或负功)的情况下，机械能与其它形式的能(如物体的内能，电势能等)发生相互转化，这时物体所具有的机械能总量将发生变化（增加或减少）（2）机械能与做功的关系： 只有重力做功，物体的机械能总量不发生变化，重力做正功重力势能减少，物体动能增加；重力做负功，重力势能增加，物体动能减少。 只有弹力做功(具体说弹簧弹力)，物体的机械能总量不发生变化。弹力做正功，弹性势能减少，物体的动能增加；弹力做负功(或者况克服弹力做功)弹性势能增加，物体的动能减少。 若除重力、弹力之外的其他形式的力做功，物体的机械能总量将变化。若用w表示除重力和弹力之外的其它性质的力做的功。用 E1 和 E2 表示物体在初始状态和未了状态的机械能，则，即除重力弹力之外的其他性质的力做的功，等于物体机械能的变化量。 最后还应强调的是，若泛指合外力对物体做功，那么合外力做的功等于物体动能的变化量。若以表示合外力做的功， 和 表示物体初始状态和未了状轻的动能，则：。4、机械能的转化：在只有重力(或弹力)做功的情况下，物体的动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。5、机械能守恒定律：内容：在只有重力和弹力(弹簧的弹力)做功的情况下，物体系内动能和势能(重力势能和弹性势能)发生相互转化，但物体系内机械能的总量保持不变。表达式： (E 0)，即物体初状态的机械能等于末状态的机械能，或物体系内总机械能增量为零( E 0 )6、机械能守恒的条件：在只有重力和弹力做功的情况下(即只有重力势能、弹性势能和动能相互转化的情况)。 即：W外=0 W内摩=0（1）上式实质反映物体系和外界没有发生机械能的传递，物体系的机械能也没有转化成其它形式的能(如没有内能的变化)，则物体系的机械能守恒。（2）说明：在研究和分析物体系的机械能是否守恒时应注意，应用上面的条件W外0，W内摩=0 去判断，才能得出相应的结论。 不能认为在所研究的系统中，合外力为零时，物体系的机械能就守恒（可能出现W内摩 0 ) 也不能认为物体系的合外力不为零，物体系的机械能就不守恒( 此时可能W外0，W内摩0 )7、应用机械能守恒定律解题的一般步骤（1） 选取适当的系统作研究对象，确定系统的研究过程（2）对研究对象进行受力分析，考察系统的机械能守恒条件（3）选取恰当的零势能面，确定系统内各物体初 、末态的机械能（4）运用机械能守恒定律，列出方程并求解作答。第3节 能量守恒定律1、能量守恒定律：能量即不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总是保持不变。（1）内能、热和功：内能：物体内所有分子热运动的动能和相互作用势能的总和。a. 分子动能：分子热运动所具有的动能。（单个分子动能无意义，整体统计）b. 分子平均动能的标志：温度T，温度越高，分子平均动能越大。c. 分子势能：由分子间相互作用和分子间距离决定的能量。d. 分子间距离变化时，分子势能变化。e. 分子势能与宏观上物体体积有关。 物体内能：综合考虑：分子数N，温度T，体积V。 理想气体内能：理想气体分子间无相互作用力，无分子势能，其内能仅是分子动能总和，与分子数N，温度T有关。对一定质量理想气体，内能仅由温度T决定。（2）内能与机械能的区别：物体内能是物体内大量分子所具有动能和势能的总和，宏观上取决于分子数N，温度，体积。物体机械能是物体整体运