高中物理必修二第七章-机械能守恒定律知识点总结

机械能守恒定律知识点总结机械能守恒定律知识点总结 一 功一 功 1 概念 概念 一个物体受到力的作用 并在力的方向上发生了一段位移 这个力就对物 体做了功 功是能量转化的量度 2 条件 条件 力和力的方向上位移的乘积 3 公式 公式 W F S cos 某力功 单位为焦耳 WJ 某力 要为恒力 单位为牛顿 FN S 物体运动的位移 一般为对地位移 单位为米 m 力与位移的夹角 4 功是标量 但它有正功 负功 功是标量 但它有正功 负功 某力对物体做负功 也可说成 物体克服某力做功 当时 即力与位移成锐角 功为正 动力做功 2 0 当时 即力与位移垂直功为零 力不做功 2 当时 即力与位移成钝角 功为负 阻力做功 2 5 功是一个过程所对应的量 因此功是过程量 功是一个过程所对应的量 因此功是过程量 6 功仅与功仅与 F S 有关 与物体所受的其它外力 速度 加速度无关 有关 与物体所受的其它外力 速度 加速度无关 7 几个力对一个物体做功的代数和等于这几个力的合力对物体所做的功 即 W 总 W1 W2 Wn 或 W 总 F 合 Scos 8 合外力的功的求法 合外力的功的求法 方法方法 1 先求出合外力 再利用 W Flcos 求出合外力的功 方法方法 2 先求出各个分力的功 合外力的功等于物体所受各力功的代数和 二 功率二 功率 1 概念 概念 功跟完成功所用时间的比值 表示力 或物体 做功的快慢 2 公式 公式 平均功率 t W P 平均功率或瞬时功率 cosFP 3 单位单位 瓦特 W 4 分类 分类 额定功率 额定功率 指发动机正常工作时最大输出功率 实际功率 实际功率 指发动机实际输出的功率即发动机产生牵引力的功率 P 实 P 额 5 分析汽车沿水平面行驶时各物理量的变化 采用的基本公式是 P Fv 和 F f ma 6 应用 应用 1 机车以恒定功率启动时 由 为机车输出功率 为机车牵引力 FP PF 为机车前进速度 机车速度不断增加则牵引力不断减小 当牵引力时 速 fF 度不再增大达到最大值 则 max fP max 2 机车以恒定加速度启动时 在匀加速阶段汽车牵引力恒定为 速度Ffma 不断增加汽车输出功率随之增加 当时 开始减小但仍大于 FP 额定 PP F 因此机车速度继续增大 直至时 汽车便达到最大速度 则ffF max fP max 三 重力势能三 重力势能 1 定义 定义 物体由于被举高而具有的能 叫做重力势能 2 公式公式 mghEP h 物体具参考面的竖直高度 3 参考面参考面 a 重力势能为零的平面称为参考面 b 选取 原则是任意选取 但通常以地面为参考面若参考面未定 重力势能无意义 不能说重力势能大小如何选取不同的参考面 物体具有的重力势能不同 但重力 势能改变与参考面的选取无关 4 标量 但有正负 标量 但有正负 重力势能为正 表示物体在参考面的上方 重力势能为负 表示物体在参考面的下方 重力势能为零 表示物体在参考面上 5 单位 焦耳 单位 焦耳 J 6 重力做功特点重力做功特点 物体运动时 重力对它做的功只跟它的初 末位置有关 而跟物而跟物 体运动的路径无关 体运动的路径无关 7 重力做功与重力势能变化的关系 重力做功与重力势能变化的关系 p EW 1 物体的高度下降时 重力做正功 重力势能减少 重力势能减少的量等于重 力所做的功 2 物体的高度增加时 重力做负功 重力势能增加 重力势能增加的量等于物 体克服重力所做的功 3 重力势能变化只与重力做功有关 与其他力做功无关 四 弹性势能四 弹性势能 1 概念概念 发生弹性形变的物体的各部分之间 由于弹力的相互作用具有势能 称之 为弹性势能 2 弹力做功与弹性势能的关系 p EW 当弹簧弹力做正功时 弹簧的弹性势能减小 弹性势能变成其它形式的能 当弹簧的弹力做负功时 弹簧的弹性势能增大 其它形式的能转化为弹簧的弹 性势能 这一点与重力做功跟重力势能变化的关系相似 3 势能 势能 相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫势能 势能是系统所共有的势能是系统所共有的 5 实验 探究功与物体速度变化的关系实验 探究功与物体速度变化的关系 1 实验目的 通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系 体会探究 的过程和所用的方法 2 实验器材 木板 小车 橡皮筋 打点计时器及电源 纸带等 3 探究思路 设法让橡皮筋对小车做的功分别为 W 2W 3W 由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度 v1 v2 v3 以橡皮筋对小车做的功为纵坐标 以第一次实验时的功 W 为单位 小车 获得的速度为横坐标 作出 W v 曲线 如果 W v 曲线是一条直线 表明 W v 如果不是直线 可着手考虑是否 存在下列关系 W v2 W v3 W v4 根据 W v 草图 大致判断两个量可能是什么关系 如果认为很可能是 W v2 就作出 W v2 曲线 如果这条曲线是一条直线 就可以证明你的判断是正 确的 六 动能六 动能 1 概念 概念 物体由于运动而具有的能量 称为动能 2 动能表达式 动能表达式 2 2 1 mEK 3 动能定理 即合外力做功与动能关系 动能定理 即合外力做功与动能关系 12KK EEW 4 理解 理解 在一个过程中对物体做的功 等于物体在这个过程中动能的变化 合 F 做正功时 物体动能增加 做负功时 物体动能减少 合 F 合 F 动能定理揭示了合外力的功与动能变化的关系 5 适用范围适用范围 适用于恒力 变力做功 适用于直线运动 也适用于曲线运动 6 应用动能定理解题步骤 应用动能定理解题步骤 a 确定研究对象及其运动过程 b 分析研究对象在研究过程中受力情况 弄清各力做功 c 确定研究对象在运动过程中初末状态 找出初 末动能 d 列方程 求解 七 实验 验证机械能守恒定律七 实验 验证机械能守恒定律 实验目的 学会用打点计时器验证验证机械能守恒定律的实验方法和技能 实验器材 打点计时器 纸带 复写纸 低压电源 重物 附纸带夹子 刻度尺 铁 架台 附夹子 导线 实验原理 只有重力做功的自由落体运动遵守机械能守恒定律 即重力势能的减少量 等于动能的增加量 利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度 计算 出瞬时速度 即可验证物体重力势能的减少量与物体动能的增加量相等 实验步骤 1 将打点计时器固定在支架上 并用导线将打点计时器接在交流电源上 2 将纸带穿过打点计时器 纸带下端用夹子与重物相连 手提纸带使重物静 止在靠近打点计时器的地方 3 接通电源 松开纸带 让重物自由下落 打点计时器就在纸带上打下一系 列小点 4 重复实验几次 从几条打上点的纸带中挑选第一 二两点间的距离接近 2mm 且点迹清晰的纸带进行测量 5 记下第一个点的位置 O 在纸带上选取方便的个连续点 1 2 3 4 5 用刻度 尺测出对应的下落高度 h1 h2 6 用公式计算各点对应的瞬时速度 7 计算各点对应的势能减少量和动能增加量 进行比较 八 机械能八 机械能 1 机械能包含动能和势能动能和势能 重力势能和弹性势能 两部分 即 PK EEE 2 机械能守恒定律机械能守恒定律 在只有重力或弹力做功的物体系统内在只有重力或弹力做功的物体系统内 动能与势能可以相互转 化 而总的机械能保持不变 即 21 EE 2211PKPK EEEE K P 1 2 3 机械能守恒条件机械能守恒条件 做功角度 只有重力或弹力做功 无其它力做功 其它力不做功或其它力做功 的代数和为零 系统内如摩擦阻力对系统不做功 能量角度 首先只有动能和势能之间能量转化 无其它形式能量转化 只有系 统内能量的交换 没有与外界的能量交换 4 运用机械能守恒定律解题步骤运用机械能守恒定律解题步骤 a 确定研究对象及其运动过程 b 分析研究对象在研究过程中受力情况 弄清各力做功 判断机械能是否守恒 c 恰当选取参考面 确定研究对象在运动过程中初末状态的机械能 d 列方程 求解 九 能量守恒定律九 能量守恒定律 1 内容 内容 能量既不会消灭 也不会创生 它只会从一种形式转化为其他形式 或 者从一个物体转移到另一个物体 而在转化和转移的过程中 能量的总量保持不 变 即 2211其它机械能其它机械能 EEEE 2 能量耗散 能量耗散 无法将释放能量收集起来重新利用的现象叫能量耗散 它反映了自 然界中能量转化具有方向性 练习 1 下列关于功率的说法中正确的是 A 功率越大 做功越快 B 功率越大 做功越多 C 实际功率一定等于额定功率 D 瞬时功率一定大于平均功率 2 一辆汽车以额定功率行驶 下列说法中正确的是 A 汽车的速度越大 则牵引力越大 B 汽车的速度越小 则牵引力越大 C 汽车一定做匀加速运动 D 汽车一定做匀速运动 3 今年年初我国南方部分地区遭遇了严重雪灾 在抗雪救灾中 运输救灾物资的汽 车以额 定功率上坡时 为增大牵引力 司机应使汽车的速度 A 减小 B 增大 C 保持不变 D 先增大后保持不变 4 关于功率 下列说法中正确的是 A 功率是描述做功快慢的物理量 在国际单位制中 其单位是焦耳 J B 功率是描述做功快慢的物理量 在国际单位制中 其单位是瓦特 W C 功率是描述做功多少的物理量 在国际单位制中 其单位是焦耳 J D 功率是描述做功多少的物理量 在国际单位制中 其单位是瓦特 W 5 下图所示的四幅图是小明提包回家的情景 其中小明提包的力不做功的是 2 一个力对物体做了负功 则说明 A 这个力一定阻碍物体的运动 B 这个力不一定阻碍物体的运动 C 这个力与物体运动方向的夹角 90 D 这个力与物体运动方向的夹角 90 6 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 如图所示 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 7 如图所示 桌面离地高度为 h 质量为 m 的小球 从离桌面 H 高处由静止下 落 若以桌面为参考平面 则小球落地时的重力势能及整个过程中小球重力做功 分别为 A mgh mg H h B mgh mg H h C mgh mg H h D mgh mg H h 8 我国发射的 神舟七号 飞船在绕地球 45 圈后 与 2008 年 9 月 28 日胜利返航 在返回舱拖着降落伞下落的过程中 其重力做功和重力势能变化的情况为 A 重力做正功 重力势能减小 B 重力做正功 重力势能增加 C 重力做负功 重力势能减小 D 重力做负功 重力势能增加 9 一物体在自由下落过程中 重力做了 2J 的功 则 A 该物体重力势能减少 减少量等于 2J B 该物体重力势能减少 减少量大于 2J C 该物体重力势能减少 减少量小于 2J D 该物体重力势能增加 增加量等于 2J 10 质量不同而具有相同动能的两个物体 在动摩擦因数相同的水平面上滑行到停 止 则 A 质量大的滑行的距离大 B 质量大的滑行的时间长 C 质量大的滑行的加速度小D 它们克服阻力做的功一样多 11 质量为 2kg 的物体以一定的初速度沿倾角为 0 30 的斜面向上 滑行 在向上滑行的过程中 其动能随位移的变化关系如图所示 则物体返回到出发点时的动能为 取 g 10m s2 A 196J KS5U B 34J C 56J D 0 KS5U 12 放在光滑水平面上的物体 仅在两个同向水平力的共同作用下开始运动 若这 两个力分别做了 6J 和 8J 的功 则该物体的动能增加了 A 48J B 14J C 10J D 2J 13 如图所示 一薄木板斜搁在高度一定的平台和水平地板上 其顶端与平台相平 末端位于地板的 P 处 并与地板平滑连接 将一可看成质点的滑块自木板顶端无 初速度释放 滑块沿木板下滑 接着在地板上滑动 最终停在 Q 处 滑块和木板 及地板之间的动摩擦因数相同 现将木板截短一半 仍按上述方式搁在该平台和 水平地板上 再次将滑块自木板顶端无初速度释放 则滑块最终将停在 A P 处 B P Q 之间 C Q 处 D Q 的右侧 14 一质点开始时做匀速直线运动 从某时刻起受到一恒力作用 此后 该质点的 动能可能 A 一直增大 B 先逐渐减小至某一非零的最小值 再逐渐增大 C 先逐渐增大至某一最大值 再逐渐减小 D 先逐渐减小至零 再逐渐增大 15 小球由地面竖直上抛 上升的最大高度为 H 设所受阻力大小恒定 地面为零 势能面 在上升至离地高度 h 处 小球的动能是势能的 2 倍 到达最高点后再下 落至离地高度 h 处 小球的势能是动能的 2 倍 则 h 等于 A B C D H 9 2H 9 3H 9 4H 9 16 一个小球从高处自由落下 则球在下落过程中的动能 A 与它下落的距离成正比B 与它下落距离的平方成正比 C 与它运动的时间成正比D 与它运动时间的平方成正比 17 如图所示 长为 L 内壁光滑的直管与水平地面成 30 角固定放置 将一质量 为 m 的小球固定在管底 用一轻质光滑细线将小球与质量为 M km 的小物块相 连 小物块悬挂于管口 现将小球释放 一段时间后 小物块落地静止不动 小 球继续向上运动 通过管口的转向装置后做平抛运动 小球在转向过程中速率不 变 重力加速度为 g 1 求小物块下落过程中的加速度大小 2 求小球从管口抛出时的速度大小 3 试证明小球平抛运动的水平位移总小于L 2 2 18 水平地面上的物体在水平恒力 F 的作用下由静止开始运动 一段时间后撤去 F 其运动的 v t 图像如图所示 若物体与地面间滑动摩擦 力的大小为 f 则 F 的大小为 A F f B F 1 5f C F 2f D F 3f 19 如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置 1 实验中使用的电源频率是 50 Hz 则纸带上打出的相邻两点的时间间隔为 s 2 实验时 应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上 这样做可以 选填 消除 减小 或 增大 纸带与限位孔之间的摩擦 3 在实际测量中 重物减少的重力势能通常会 选填 略大于 等于 或 略 小于 增加的动能 20 如图所示 质量为m的物体以速度 0 离开桌面后经过 A 点时 所具有的机械能 是 以桌面为零势能面 不计空气阻力 A mghm o 2 2 1 B mghm o 2 2 1 C 2 1 2 hHmgm o D 2 2 1 o m m 0 H m h A 21 如图所示在光滑水平面上有一物体 它的左端接连着一轻弹簧 弹簧的另一端 固定在墙上 在力 F 作用下物体处于静止状态 当撤去力 F 后 物体将向右运动 在物体向右运动的过程中 下列说法 正确的是 A 弹簧的弹性势能逐渐减少 B 物体的机械能不变 C 弹簧的弹性势能先增加后减少 D 弹簧的弹性势能先减少后增加 22 一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落 到最低点时距水面还有 数米距离 假定空气阻力可忽略 运动员可视为质点 下列说法正确的是 A 运动员到达最低点前重力势能始终减小 B 蹦极绳张紧后的下落过程中 弹力做负功 弹性势能增加 C 蹦极过程中 运动员 地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒 D 蹦极过程中 重力势能的改变与重力势能零点的选取有关 23 第 16 届亚运会于 2010 年 11 月 12 日至 11 月 27 日在广州举行 亚运会中的投 掷链球 铅球 铁饼和标枪等体育比赛项目都是把物体斜向上抛出的运动 如图 所示 这些物体从被抛出到落地的过程中 A 物体的机械能先减小后增大 B 物体的机械能先增大后减小 C 物体的动能先增大后减小 重力势 能先减小后增大 D 物体的动能先减小后增大 重力势 能先增大后减小 24 已知货物的质量为 m 在某段时间内起重机将货物以 a 的加速度加速升高 h 则在这段时间内 下列叙述正确的是 重力加速度为 g A 货物的动能一定增加 mah mgh B 货物的机械能一定增加 mah C 货物的重力势能一定增加 mah D 货物的机械能一定增加 mah mgh 25 一个盛水袋 某人从侧面缓慢推装液体的袋壁使它变形至如图所示位置 则此 过程中袋和液体的重心将 A 逐渐升高 B 逐渐降低 C 先降低再升高 D 始 终不变 25 2012 广州模拟 下列说法正确的是 A 随着科技的发展 第一类永动机是可以制成的 B 太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量 但照射到宇宙空间的能量 都消失了 C 既要马儿跑 又让马儿不吃草 违背了能量转化和守恒定律 因而是