动量和能量专题-(新人教).ppt

动量和能量专题,专题：动量和能量,功与冲量,动能与动量,动能定理与动量定理,机械能守恒定律与动量守恒定律,能量的转化与守恒定律,功能关系,一、功和冲量,功是标量，冲量是矢量,功是力在空间上的累积，冲量是力在时间上的累积；,功是能量转化的量度，冲量是物体动量变化的量度；,常见力做功的特点,求变力的功,练习,例.如图，在匀加速向左运动的车厢中，一人用力向前推车厢。若人与车厢始终保持相对静止，则下列说法正确的是：A.人对车厢做正功B.人对车厢做负功C.人对车厢不做功D.无法确定,(B),典型例题-做功问题,分析,返回,返回,（一）常见力做功的特点：,1重力、电场力做功与路径无关,摩擦力做功与路径有关,滑动摩擦力既可做正功，又可做负功,静摩擦力既可做正功，又可做负功,3作用力与反作用力做功,同时做正功；同时做负功；一力不做功而其反作用力做正功或负功；一力做正功而其反作用力做负功；都不做功,作用力与反作用力冲量大小相等，方向相反。,4合力做功,W合=F合scos=W总=F1s1cos1+F2s2cos2+,返回,问题如图所示，一竖直放置半径为R=0.2m的圆轨道与一水平直轨道相连接，质量为m=0.05kg的小球以一定的初速度从直轨道向上冲，如果小球经过N点时的速度v1=4m/s，经过轨道最高点M时对轨道的压力为0.5N求小球由N点到最高点M这一过程中克服阻力所做的功,（二）求变力的功,分析：小球从N到M的过程受到的阻力是变化的，变力做功常可通过动能定理求得,解：设小球到M点时的速度为v2，在M点应用牛顿第二定律，得：,从N到M应用动能定理，得：,返回,动能是标量，动量是矢量,二、动能与动量,动能与动量从不同角度都可表示物体运动状态的特点；,物体要获得动能，则在过程中必须对它做功，物体要获得动量，则在过程中必受冲量作用；,两者大小关系：,动能定理的表达式是标量式，动量定理的表达式是矢量式,三、动能定理与动量定理,动能定理表示力对物体做功等于物体动能的变化，动量定理表示物体受到的冲量等于物体动量的变化；,动能定理可用于求变力所做的功，动量定理可用于求变力的冲量；,练习,例：质量m=1.5kg的物块（可视为质点）在水平恒力F作用下，从水平面上A点由静止开始运动，运动一段距离撤去该力，物块继续滑行t=2.0s停在B点，已知A、B两点间的距离s=5.0m，物块与水平面间的动摩擦因数=0.20，求恒力F多大。（g=10m/s2）,解：设撤去力F前物块的位移为S1，撤去力F时物块速度为v，物块受到的滑动摩擦力,对撤去力F后，应用动量定理得：,由运动学公式得：,全过程应用动能定理：,解得F=15N,外力（可以是重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力或其它力）做的总功量度动能的变化：,重力功量度重力势能的变化：,弹力功量度弹性势能的变化：,电场力功量度电势能的变化：,非重力弹力功量度机械能的变化：,(功能原理),一定的能量变化由相应的功来量度,(动能定理),四、功和能的关系,重力做功,重力势能变化,弹性势能变化,电势能变化,分子势能变化,弹力做功,电场力做功,分子力做功,滑动摩擦力在做功过程中，能量的转化有两个方向，一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，转化为内能的值等于机械能减少量，表达式为,静摩擦力在做功过程中，只有机械能的相互转移，而没有热能的产生。,Q=f滑S相对,摩擦力做功,返回,五、两个“定律”,（1）动量守恒定律：适用条件系统不受外力或所受外力之和为零公式：m1v1+m2v2=m1v1+m2v2或p=p,（2）机械能守恒定律：适用条件只有重力（或弹簧的弹力）做功公式：Ek2+Ep2=Ek1+Ep1或Ep=Ek,D,动量守恒定律,能量守恒定律,矢量性、瞬时间、同一性和同时性,功是能量转化的量度,守恒思想是一种系统方法，它是把物体组成的系统作为研究对象，守恒定律就是系统某种整体特性的表现。,解题时，可不涉及过程细节，只需要关键状态,滑块问题,弹簧问题,线框问题,返回,滑块问题,一般可分为两种，即力学中的滑块问题和电磁学中的带电滑块问题。主要是两个及两个以上滑块组成的系统，如滑块与小车、子弹和木块、滑块和箱子、磁场中导轨上的双滑杆、原子物理中的粒子间相互作用等。,以“子弹打木块”问题为例，总结规律。,关于“子弹打木块”问题特征与规律,动力学规律：,运动学规律：,动量规律：,由两个物体组成的系统，所受合外力为零而相互作用力为一对恒力,典型情景,规律种种,模型特征：,两物体的加速度大小与质量成反比,系统的总动量定恒,两个作匀变速运动物体的追及问题、相对运动问题,力对“子弹”做的功等于“子弹”动能的变化量：,能量规律：,力对“木块”做的功等于“木块”动能变化量：,一对力的功等于系统动能变化量：,因为滑动摩擦力对系统做的总功小于零使系统的机械能（动能）减少，内能增加，增加的内能Q=fs，s为两物体相对滑行的路程,vm0,mvm/M+m,t,v,0,d,t0,vm0,vmt,vMt,d,t,v,0,t0,(mvmo-MvM0)/M+m,vm0,vM0,v,t,t0,0,s,v,vm0,0,t,sm,mvm/M+m,“子弹”穿出“木块”,“子弹”未穿出“木块”,“子弹”迎击“木块”未穿出,“子弹”与“木块”间恒作用一对力,图象描述,练习,例：如图所示,质量M的平板小车左端放着m的铁块，它与车之间的动摩擦因数为.开始时车与铁块同以v0的速度向右在光滑水平地面上前进,并使车与墙发生正碰.设碰撞时间极短,碰撞时无机械能损失,且车身足够长,使铁块始终不能与墙相碰.求:铁块在小车上滑行的总路程.(g=10m/s2),解：,小车与墙碰撞后系统总动量向右，小车不断与墙相碰，最后停在墙根处,若mM，,若mM，,小车与墙碰撞后系统总动量向左，铁块与小车最终一起向左做匀速直线运动，而系统能量的损失转化为内能,下一题,返回,问题2在磁感强度为B的匀强磁场中有原来静止的铀核,和钍核,，问题在磁感强度为B的匀强磁场中有原来静止的铀核和钍核。由于发生衰变而使生成物作匀速圆周运动（1）试画出铀238发生衰变时产生的粒子及新核的运动轨迹示意图和钍234发生衰变时产生粒子及新核的运动轨迹示意图（2）若铀核的质量为M，粒子的质量为m，带电量为q，测得粒子作圆周运动的轨道半径为R，反应过程中释放的能量全部转化为新核和粒子的动能，求铀核衰变中的质量亏损,解（1）放射性元素的衰变过程中动量守恒，根据动量守恒定定律可得：,（2）由于粒子在磁场中运动的半径：,由动量守恒可得新核运动的速度大小为：,反应中释放出的核能为：,根据质能联系方程可知质量亏损为：,返回,弹簧问题,对两个（及两个以上）物体与弹簧组成的系统在相互作用过程中的问题。,能量变化方面：若外力和除弹簧以外的内力不做功，系统机械能守恒；若外力和除弹簧以外的内力做功，系统总机械能的改变量等于外力及上述内力的做功总和。,相互作用过程特征方面：弹簧压缩或伸长到最大程度时弹簧两端物体具有相同速度。,返回,1996年高考20:如下图所示，劲度系数为k1的轻弹簧两端分别与质量为m1、m2的物块1、2拴接，劲度系数为k2的轻弹簧上端与物块2拴接，下端压在桌面上（不拴接），整个系统处于平衡状态。现施力将物块1缓缦地坚直上提，直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面，在此过程中，物块2的重力势能增加了，物块1的重力势能增加了_。,2005全国24题如图，质量为的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，A、B都处于静止状态。一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮，一端连物体A，另一端连一轻挂钩。开始时各段绳都处于伸直状态，A上方的一段绳沿竖直方向。现在挂钩上升一质量为的物体C并从静止状态释放，已知它恰好能使B离开地面但不继续上升。若将C换成另一个质量为的物体D，仍从上述初始位置由静止状态释放，则这次B刚离地时D的速度的大小是多少？已知重力加速度为g。,解析：开始时，A、B静止，设弹簧压缩量为x1，有kx1=m1g挂C并释放后，C向下运动，A向上运动，设B刚要离地时弹簧伸长量为x2，有：kx2=m2gB不再上升，表示此时A和C的速度为零，C已降到其最低点。由机械能守恒，与初始状态相比，弹簧性势能的增加量为E=m3g(x1+x2)m1g(x1+x2)C换成D后，当B刚离地时弹簧势能的增量与前一次相同，由能量关系得由式得由式得,图,例质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在地上.平衡时,弹簧的压缩量为x0,如图所示.一物块从钢板正上方距离为3x0的A处自由落下,打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动,但不粘连.它们到达最低点后又向上运动.已知物块质量也为m时,它们恰能回到O点.若物块质量为2m,仍从A处自由落下,则物块与钢板回到O点时,还具有向上的速度.求物块向上运动到达的最高点与O点的距离.,返回,下一题,例：如图所示，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恰好返回出发点P并停止。滑块A和B与导轨的滑动摩擦因数都为，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出发时的初速度v0。,。,返回,线框问题,线框穿过有界磁场的问题。电磁感应现象本来就遵循能量的转化和守恒定律，紧紧抓住安培力做功从而实现能量的转化来分析是至关重要的。,返回,2001年高考：如图所示：虚线框abcd内为一矩形匀强磁场区域，ab=2bc，磁场方向垂直于纸面；实线框abcd是一正方形导线框，ab边与ab边平行，若将导线框匀速地拉离磁场区域，以W1表示沿平行于ab的方向拉出过程中外力所做的功，W2表示以同样速率沿平行于bc的方向拉出过程中外力所做的功，则（）,W1=W2W2=2W1W1=2W2W2=4W1,B,例：电阻为R的矩形导线框abcd,边长ab=l,ad=h,质量为m,自某一高度自由落体,通过一匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁场区域的宽度为h,如图,若线框恰好以恒定速度通过磁场,线框内产生的焦耳热等于.(不考虑空气阻力),解:由能量守恒定律,线框通过磁场时减少的重力势能转化为线框的内能,所以Q=2mgh,2mgh,例：如图所示，电动机D牵引一根原来静止的质量m=0.1kg、电阻R1=1的导体金属棒ab，导体棒保持水平且始终紧贴竖直放置的U形导轨，导轨两条互相平行的竖直边间距为L=1m，磁感应强度B=1T的匀强磁场垂直导轨向里，不计导轨电阻和一切摩擦阻力当导体棒上升h=3.8m时获得稳定速度，此时导体棒上产生的热量Q=2J，电动机牵引导体棒时，电压表和电流表的读数分别为7V和1A，电动机内阻r=1求：导体棒达到的稳定速度是多少？导体棒从开始运动，达到稳定速度所需时间？,解析：电动机输出功率P出=UII2r=6W,导体棒的速度达到稳定时：,代入数据可解得v=2m/s,由能量守恒定律可知,返回,2004高考：图中a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直面内的金属导轨，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨所在的平面(纸面)向里。导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的，距离为l1；c1d1段与c2d2段也是竖直的，距离为l2。x1y1与x2y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m1和m2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触。两杆与导轨构成的回路的总电阻为R。F为作用于金属杆x1y1上的竖直向上的恒力。已知两杆运动到图示位置时，已匀速向上运动，求此时作用于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率。,解：设杆向上运动的速度为v，因杆的运动，两杆与导轨构成的回路的面积减少，从而磁通量也减少。由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势的大小回路中的电流电流沿顺时针方向。两金属杆都要受到安培力作用，作用于杆的安培力为方向向上，作用于杆的安培力方向向下。当杆作为匀速运动时，根据牛顿第二定律有,解以上各式，得作用于两杆的重力的功率的大小电阻上的热功率由、式，可得（11）,2001年春季北京:如图所示，A、B是静止在水平地面上完全相同的两块长木板。A的左端和B的右端相接触。两板的质量皆为M=2.0kg，长度皆为l=1.0m,C是一质量为m=1.0kg的木块现给它一初速度v0=2.0m/s，使它从B板的左端开始向右动已知地面是光滑的，而C与A、B之间的动摩擦因数皆为=0.10求最后A、B、C各以多大的速度做匀速运动取重力加速度g=10m/s2.,解：先假设小物块C在木板B上移动距离x后，停在B上这时A、B、C三者的速度相等，设为V,由动量守恒得,在此过程中，木板B的位移为S，小木块C的位移为S+x,由功能关系得,解、两式得,代入数值得,x比B板的长度l大这说明小物块C不会停在B板上，而要滑到A板上设C刚滑到A板上的速度为v1，此时A、B板的速度为V1，如图示：,则由动量守恒得,由功能关系得,以题给数据代入解得,由于v1必是正数，故合理的解是,当滑到A之后，B即以V1=0.155m/s做匀速运