垫江中学高三物理第2轮复习专题二：能量守恒.ppt

专题二 能量守恒 2007 2008高考复习 垫中物理组2008 4 例1 典例精析 1 功的计算问题 例2 例3 例4 例5 例6 例7 例8 例9 例10 例11 2 动能定理的运用问题 3 机车的两种起动过程问题 4 存在机械能瞬时损失的两个问题 5 电场中常见功能关系应用问题 6 电路中的能量守恒应用问题 7 摩擦生热 计算问题 8 弹簧关联的能量问题 9 绳联问题 10 气压力做功的问题 12 能量守恒定律在近代物理中的应用问题 规律方法 11 电磁感应中能量守恒的问题 1 动能ek mv2 2 2 重力势能ep mgh3 弹性势能4 机械能e ek ep5 分子势能6 分子动能7 内能8 电势能 q 9 电能10 磁场能11 化学能12 光能e nhv13 原子能 电子的动能和势能之和 14 原子核能e mc215 引力势能16 太阳能17 风能18 地热 潮汐能 一 中学物理中常见的能量 考点链接 二 常见力的功的计算方法及功率的计算1 恒力功的计算w fscos 2 重力功的计算w mgh3 摩擦力的功的计算wf fs路4 电场力的功w qu5 功率恒定时牵引力所做的功w pt6 大气压力所做的功w p v7 电流所做的功w iut8 洛仑兹力永不做功9 瞬时功率的计算p fvcos 10 平均功率 三 中学物理中重要的功能关系 1 w合 ek 动能定理 2 w重 ep 或w弹 ep 3 w电 e电4 w其它 e机5 w其它 0 e机 06 q fs相对 e机减7 w安 e电8 w分子力 e分子势能9 w q u10 在电机电路中 ui i2r p机11 在纯电阻电路中 ui i2r12 在电解槽电路中 ui i2r p化13 在光电效应中 光子的能量14 辐射hv e初 e末 吸收hv e末 e初15 w核力 e核势能 mc2 e核16 系统内所有物体的各种形式能量的总和保持不变 四 运用能量观点分析 解决问题的基本思路1 选定研究对象 系统 弄清物理过程 2 分析受力情况 看有什么力在做功 弄清系统内有多少中形式的能在参与转化 3 仔细分析系统内各种能量的变化情况 变化数量 不论是种类还是数值 4 例式 解能量变化方程 e减 e增 e初 e末简称 一个对象 三个分析 典例精析 1 功的计算问题 注意 w fs中的s是力的作用点的位移 不一定是物体的位移 如图 2 动能定理的运用问题动能定理可以由牛顿定律推导出来 原则上讲用动能定理能解决的物理问题都可以利用牛顿定律解决 但在处理动力学问题中 若用牛顿第二定律和运动学公式来解 则要分阶段考虑 且必须分别求每个阶段中的加速度和末速度 计算较繁琐 但是 我们用动能定理来解就比较简捷 注意 概念题中有涉及动能变化的最好用动能定理分析合外力的功 涉及机械能变化的最好分析除重力和弹簧弹力以外的力的功 例1 广东卷机车从静止开始沿平直轨道做匀加速运动 所受的阻力始终不变 在此过程中 下列说法正确的是 a 机车输出功率逐渐增大b 机车输出功率不变c 在任意两相等时间内 机车动能变化相等d 在任意两相等时间内 机车动量变化大小相等 ad 3 机车的两种起动过程问题理综测试注重以现实问题立意 因而以机车起动为情景的高考命题屡次出现 注重a f p v四个物量 4 存在机械能瞬时损失的两个问题关键是能正确地选取 研究对象 物理过程和物理规律 在对多个物理过程进行整体思维时 很容易忽视某些瞬时过程中机械能的瞬时损失 同学们在解题时要特别注意在物体发生完全非弹性碰撞的瞬间存在机械能的瞬时损失和在轻绳被拉直的瞬间存在机械能的瞬时损失 例2 04年广东 在图5中 轻弹簧的一端固定 另一端与滑块b相连 b静止在水平直导轨上 弹簧处在原长状态 另一质量与b相同的滑块a从导轨上的p点以某一初速度向b滑行 当a滑过距离l1时 与b相碰 碰撞时间极短 碰后a b紧贴在一起运动 但互不粘连 已知最后a恰好返回到出发点p并停止 滑块a和b与导轨的滑动摩擦因数都是 运动过程中弹簧最大形变量为l2 重力加速度为g 求a从p点出发时的初速度v0 其一 a由p点开始运动到刚接触b的过程 设a刚接触b时速度为v1 碰前 由动能定理 有 其二 a与b碰撞的过程 设碰后a b共同运动的速度为v2 a b碰撞动量守恒 有 mv1 2mv2 其三 a与b碰撞后一起运动直到分离的过程 碰后a b先一起向左运动 接着a b一起被弹回 在弹簧恢复到原长时 a与b分离 设a b的共同速度为v3 在这过程中 弹簧势能始末两态都为零 利用功能关系有 其四 a与b分离后做匀减速运动的过程 a b开始分离以后 a单独向右滑到p点停下 由动能定理有 例3 04年全国 一带正电的小球 系于长为l的不可伸长的轻线一端 线的另一端固定在o点 它们处在匀强电场中 电场的方向水平向右 场强的大小为e 已知电场对小球的作用力的大小等于小球的重力 现先把小球拉到图6中的p1处 使轻线拉直 并与场强方向平行 然后由静止释放小球 已知小球在经过最低点的瞬间 因受线的拉力作用 其速度的竖直分量突变为零 水平分量没有变化 则小球到达与p1点等高的p2点时速度大小为 b 例4 如图8所示 在场强为e的水平的匀强电场中 有一长为l 质量可以忽略不计的绝缘杆 杆可绕通过其中点并与场强方向垂直的水平轴o在竖直面内转动 杆与轴间摩擦可以忽略不计 杆的两端各固定一个带电小球a和b a球质量为2m 带电量为 2q b球质量为m 带电量为 q 开始时使杆处在图中所示的竖直位置 然后让它在电场力和重力作用下发生转动 求杆转过900到达水平位置时 a球的动能多大 5 电场中常见功能关系应用问题 分析与解 由于电流做功 电能转化为化学能和电解池的内能 根据能量守恒定律可得 uit i2rt e化 e化 iut i2rt 0 03 0 013 j 0 017j 6 电路中的能量守恒应用问题 例5 如图9所示 在电解水的实验中 电压表的示数为u 3 0v 毫安表的示数为i 10ma 已知电解过程中电解池的电阻r 130 求电解池每秒钟有多少电能转化为化学能来使水电解 7 摩擦生热 计算问题两个物体相互摩擦而产生的热量q 或说系统内能的增加量 等于物体之间滑动摩擦力f与这两个物体间相对滑动的路程的乘积 即q fs相 利用这结论可以简便地解答高考试题中的 摩擦生热 问题 例6 04全国 如图10 长木板ab的b端固定一档板 木板连同档板的质量为m 4 0kg a b间的距离s 2 0m 木板位于光滑水平面上 在木板a端有一小物块 其质量m 1 0kg 小物块与木板间的动摩擦因数 0 10 它们都处于静止状态 现令小物块以初速v0 4m s沿木板向前滑动 直到和档板相撞 碰撞后 小物块恰好回到a端而不脱离木板 求碰撞过程中损失的机械能 q 2 mgs e1 e q 2 4j 8 弹簧关联的能量问题由于弹簧本身的特点与其相连接物体构成的系统的运动状态具有很强的综合性和隐蔽性 其二是弹簧在伸缩过程中的力和加速度 功和能 冲量和动量等多个物理概念和规律的应用较广 深浅多变 其三是弹簧试题不仅能全方位考察考生分析物理过程 理清物理解题思路 建立正确的物理图景和知识的迁移能力 也能培养考生物理思维品质和反映考生的学习潜能 因而 弹簧试题也就成为高考命题专家每年命题的重 难 热点 07年1月苏州市教学调研测试17 例7 如图所示 质量均为m的a b两球间有压缩的轻短弹簧处于锁定状态 放置在水平面上竖直光滑的发射管内 两球的大小尺寸和弹簧尺寸都可忽略 它们整体视为质点 解除锁定时 a球能上升的最大高度为h 现让两球包括锁定的弹簧从水平面出发 沿光滑的半径为r的半圆槽从左侧由静止开始下滑 滑至最低点时 瞬间解除锁定 求 1 两球运动到最低点弹簧锁定解除前所受轨道的弹力 2 a球离开圆槽后能上升的最大高度 解 1 a b系统由水平位置滑到轨道最低点时速度为v0 根据机械守恒定律 设轨道对小球的弹力为f 根据牛顿第二定律 得f 6mg 2 解除锁定后弹簧将弹性势能全部转化为a b的机械能 则弹性势能为 ep mgh 解除锁定后a b的速度分别为va vb 解除锁定过程中动量守恒 2mv0 mva mvb 系统机械能守恒 联立上述各式得 正号舍去 设球a上升的高度为h 球a上升过程机械能守恒 整理后得 题目 9 绳联问题 绳联物体的速度在绳的方向上的投影相等 当没有绳的突变发生时 系统的机械能守恒 例8 如图12所示的装置 a b两个定滑轮之间的距离为2l m挂在a b的中点o 从图示位置静止释放 问 当m下落 3l时的速度多少 质量m m已知 vmcos30o vm 解 10 气压力做功的问题 例9 如图13所示 内部横截面积为s的圆筒形绝热容器 封有一定质量的理想气体 开口向上放在硬板上 设活塞质量为m1 现有一质量为m2的橡皮泥从距活塞上表面高为h1处的a点由静止开始下落 碰到活塞后 随活塞一起下降的最大距离为h2 若不计活塞与容器壁的摩擦 求容器内气体内能的最大变化量是多少 11 电磁感应中能量守恒的问题安培力做功对应着电能与其它形式的能相互转化 即w安 e电 安培力做正功 对应着电能转化为其它能 如电动机模型 克服安培力做功 对应着其它能转化为电能 如发电机模型 且安培力做功的绝对值 等于电能转化的量值 例10 一个半径为r 质量为m 电阻为r的金属圆环 用一根长为l的绝缘细绳悬挂于o点 离o点下方l 2处有一宽度为l 4的垂直纸面向里的匀强磁场区域 如图15所示 现使圆环由与悬点o等高位置a处由静止释放 下摆中金属环所在平面始终垂直磁场 则金属环在整个过程中产生的焦耳热是a mglb mg l 2 r c mg 3l 4 r d mg l 2r 分析与解 不少同学在做这道题时 没有通过作图分析 没有弄清物理过程而错选b 其实只要通过作图分析就很容易发现 环最终要在图16中沿bc弧摆动 因为圆环中的磁通量不会再发生改变 环中不会再有感应电流产生 由能量守恒可得金属环在整个过程中产生的焦耳热是q mg 3l 4 r 即c选项正确 12 能量守恒定律在近代物理中的应用问题 能量守恒定律在近代物理中的具体表达为 在光电效应中 光子的能量 在原子物理中 原子辐射光子的能量hv e初 e末 原子吸收光子的能量hv e末 e初 在原子物理中核力对核子所做的功等于核能增量的负值