2011届高考物理机械能和能源复习ppt课件.ppt

第五部分机械能和能源,专题一功和功率,专题二动能动能定理,专题三机械能守恒定律,专题四功能关系能量转化与守恒定律,专题五实验与探究：探究动能定理验证机械能守恒定律,1,专题一功和功率,备考导航,例题剖析,2,（一）知识与技能1.在未来高考命题中涉及到本单元知识的内容可能有：考查基础知识和基本概念的内容，主要模式为选择题；同机械能转化、能量转化相关的命题；同力、电、热、光及近代物理相关的命题；从现实生活中提取信息的命题；涉及到本单元内容的有关探究性命题.2.在复习本专题时要注意：正确理解功的概念，知道在力的方向上发生位移是做功的两个不可缺少的因素.理解正功和负功不表示方向，要正确理解正功和负功的实质，知道功是标量，会求有多个力对物体做功时的总功，知道多个力对物体所做的总功等于这几个力对物体所做的功的代数和.掌握求变力做功的,3,一般思维方法.功率的概念虽然是从力学中引入的，但它是物理学中最常用的物理量，所有的物理领域中都离不开功率这个概念.（二）过程与方法在学习过程中一定要充分理解功率这个概念的广泛性、适用性，能从能量转化的快慢理解功率概念，正确区分平均功率、瞬时功率、额定功率、实际功率.要说明的是近年与功率相关涉及到寻找新能源、原子物理、高新科技及从生活、生产实际中提取信息等方面的命题时有出现.同学们在学习过程中要注意相关能力方面的训练，以适应未来高考发展的需要.,4,如下图所示，一个物体在拉力F1的作用下，水平向右移动位移为s，求各个力对物体做的功是多少?各个力对物体所做功的代数和如何?物体所受的合力是多少?合力所做的功是多少?,【思路剖析】本题以历史上和高中物理中著名的伽利略理想斜面实验为依托，考查应用牛顿运动定律解题的能力，是典型的动力学题目.解题方法是将牛顿第二定律与运动规律相结合.,5,如下图所示，一个物体在拉力F1的作用下，水平向右移动位移为s，求各个力对物体做的功是多少?各个力对物体所做功的代数和如何?物体所受的合力是多少?合力所做的功是多少?,【思路剖析】求合外力做功可以先求合力，再求合力做的功，也可以求每个分力所做的功，然后再求总功.,6,【答案】W1=FscosW2=-F2sF=F1cos-F2W=(F1cos-F2)s,【思维拓展】当物体在几个恒力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的功可以用下述方法求解.（1）求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和.（2）求出各个力的合力，则总功等于合力所做的功.,解析：解法一：物体受到拉力F1、滑动摩擦力F2、重力G、支持力F3的作用.重力和支持力不做功，因为它们和位移的夹角为90；F1所做的功为：W1=Fscos，滑动摩擦力F2所做的功为：W2=F2scos180=F2s.各个力对物体所做功的代数和为：W=W1+W2=(F1cosF2)s.解法二：根据正交分解法求得物体所受的合力F=F1cosF2合力方向向右，与位移同向；合力所做的功为：W=Fs=(F1cosF2)s.,7,如下图所示用轮轴提起重物时，用大小不变、方向始终与轮边缘相切的力F扳动轮边的摇把使轮转动.如轮半径为R，求转动一圈过程中力F对轮轴做的功.,【思路剖析】一定要明确变力做功计算方法.当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程（不是位移）的乘积.,解析:这时作用在轮边缘摇把上的力的大小不变，方向不断变化，属于变力.可根据上面所说的方法，把力的作用点所经历的路程（一个圆圈）分成很多小段（N段）.当小段分得足够小时，可以认为力F在这小段内方向几乎没变，且与这小段,8,【思维拓展】功是过程量，是力对空间积累的结果，功是标量，不能运用矢量规律进行计算.,内位移方向相同.所以，力F在这段位移Si内做功大小Wi=Fsi轮转一圈时，这N小段运动力F做功的总和W=W1+W2+WN=Fs1+Fs2+FsN=F(s1+s2+sN)当N足够大时，上式中的每一小段位移可以认为与相应的弧长相等，所以s1+s2+sN=2R即W=2FR.,【答案】2FR,9,求弹簧弹力所做的功.,【思路剖析】注意假设条件以及平均力求变力做功和图象法的应用.,10,11,【思维拓展】对于力的方向始终与位移方向在同一直线上、大小不断变化的力做功的问题，可以借助于F-s图象来求功.应用图象法求变力做功是一种简单有效的方法，关键是要分清物理过程，画准图象.,【答案】,12,如右图所示是中国第一辆使用氢气和电力作为能源的可驾驶混合动力概念车.它完美体现了国际汽车动力开发的最前沿技术与环境保护相结合的主题.“氢气型”汽车是使用燃料电池驱动的电动汽车，它利用氢气和氧气直接反应生成水，对环境没有污染，设该车质量1.5t，额定功率为60kW,当它以额定功率行驶时最高速度为180km/h.求：（1）该汽车以上述最高速度行驶时所受阻力？（2）假设行驶中汽车所受阻力与速度成正比，当汽车行驶时始终以额定功率工作，当速度为72km/h时，汽车的瞬时加速度是多大？,【思路剖析】注意由额定功率所带来的其他的隐合条件，注意参量的选取.,13,【答案】（1）F1=1200N;（2）a=1.68m/s2,【思维拓展】近年高考命题信息量增大，如何从大量信息中提取有效信息是同学们必须学会的内容，把实际过程转化为物理熟悉的模型然后进行求解.,14,汽车发动机的功率为60kW，汽车的质量为4t，当它行驶在坡度为0.02的长直公路上时，如下图所示，所受阻力为车重的0.5倍（g取10m/s2），求：（1）汽车所能达到的最大速度vm；（2）若汽车从静止开始以0.6m/s2的加速度做匀加速直线运动，则此过程能维持多长时间；（3）当汽车匀加速行驶的速度达到最大值时，汽车做功多少；（4）第二种情况下，在10s末汽车的即时功率为多大；（设斜面足够长）,15,【思路剖析】汽车在平路面上达到速度最大时加速度为0，牵引力与阻力平衡，汽车的实际功率达到额定功率.,解析:由PFv可知，汽车在额定功率下行驶，牵引力与速度成反比.当汽车的牵引力与阻力（包括爬坡时克服下滑力）相等时，速度达最大.只有当汽车牵引力不变时，汽车才能匀加速行驶，当FvP额时，匀加速运动即告结束，可由WFS求出这一阶段汽车做的功.当10s末时，若汽车仍在匀加速运动，即可由PtFvt求发动机的即时功率.（1）汽车在坡路上行驶，所受阻力由两部分构成，即f=kmg+mgsin=(0.02+0.5)4104N=2.08104N又因为Ff时，Pfvm，所以（2）汽车从静止开始，以a0.6m/s2，匀加速行驶，由Fma，,16,有Ff=ma所以F=ma+kmg+mgsin=2.32104N保持这一牵引力，汽车可达到匀加速行驶的最大速度vm，有vm=由运动学规律可以求出匀加速行驶的时间与位移（3）由WFs可求出汽车在匀加速阶段行驶时做功为WFs1.30105J（4）当t10s4.32s，说明汽车在10s末时已经匀速行驶，则汽车的即时功率为PtP060kW.,【答案】（1）vm=2.88m/s；（2）t=4.32s,s=5.59m；（3）W1.30105J；（4）Pt60kW,17,【思维拓展】有些同学计算汽车匀加速运动可以保持的时间时用汽车在水平路面上的最大速度除以加速度，这种方法默认为汽车可以一直保持匀加速直线运动直到达最大速度是错误的.,18,专题二动能动能定理,备考导航,例题剖析,19,（一）知识与技能1.动能定理的应用在高考中占有重要的地位，是一条适用范围很广的物理规律，历年高考中考查动能定理的试题最多，在不同题型、不同难度的试题中都对动能定理有相当分量的考查.2.动能定理主要涉及的知识有牛顿运动定律、圆周运动、动量守恒定律、功能原理、电磁学、热学等知识的综合应用，在新课标理念下的高考中，外力做功与动能变化关系的新题将会更多的出现.（二）过程与方法应用动能定理时要正确地分析物体受力情况，物体的运动过程，以便确定各力做功的情况和初、末状态的动能，建立总功与动能变化联系的方程.熟练地运用动能定理求解问题是一种高层次的思维和方法，所以要有意识地多用动能定理分析和解决问题.,20,如右图所示，质量为m的物体在力F作用下沿斜面向上运动，设物体初速度为v0、末速度为vt、斜面与物体间的动摩擦因数为，斜面的倾角为，物体发生的位移为s.（1）求合外力做功与动能变化的关系（2）若斜面为凹凸不平的路面，外力F的大小和方向都不发生变化，小丽同学认为摩擦力大小为f=mgcos,则摩擦力所做的功为Wf=fs=mgscos，你认为这种求法正确吗？为什么？,【思路剖析】细致地表示出物体的动能时要分析物体的运动情况，建立对应的运动模型.注意运动速度的分解，而动能不能分解.,21,22,【思路拓展】所有外力对物体所做的总功或力对物体所做功的代数和等于物体动能的增量.求解时可先求每个力所做的功，再代数求和；也可以先将物体的外力进行合成，求出合外力后，再求总功.,23,一个质量为m的物体，从倾角为，高为h的斜面上端A点由静止开始下滑到B点时的速度为v；然后又在水平面上滑行s的位移后停止在C点如下图所示.设物体在斜面上和在水平面上的动摩擦因数相同，求动摩擦因数.,【思路剖析】运用动能定理解题首先对物体进行受力分析，作出物体m的运动过程图，分析物体运动过程是关键.,解析:解法一：对m的物体进行受力分析并画出如下图所示的过程草图，物体从A到B加速下滑，重力做正功，摩擦力做负功，弹力不做功.物体从B到C减速运动，摩擦力做负功，重力、弹力不做功.,24,25,26,【思维拓展】在本题的两种解法对比中同学们可以发现使用动能定理会使解题过程变得更简捷、快速.,【答案】,27,如图所示，BC是一条平直轨道，C点距B点的距离为s=3.0m；AB是一条竖直平面内的圆形轨道，轨道长为1/4圆周，其中A比B高h=80cm.有一个质量为m=1kg的物体从静止开始沿AB轨道滑下，测得它经过B点的速度为vB=2.0m/s，当滑行到C点处停止.求：（1）物体在AB轨道上受到的平均阻力f；（2）物体在BC轨道上的动摩擦因数.,【思路剖析】由于物体在圆弧AB轨道上运动时，沿圆弧切线方向合力不为零，产生切向加速度，所以物体做变速曲线运动；滑动摩擦力的大小也在变化，用平均阻力f处理；无法用牛顿第二定律求解，但是可以用动能定理来求解.,28,29,【答案】4.6N；0.068J,【思维拓展】本题是一个高中物理的常规模型，包含一个较复杂的运动和受力过程，还可引伸出许多问题，在应用动能定理解题的某些问题中由于力F大小的变化或方向变化，所以不能直接用W=Fscos求解变力F做功的值，此时，可由其做功的结果引起动能的变化来求解.,30,专题三机械能守恒定律,备考导航,例题剖析,31,（一）知识与技能1本专题在高考中出现的题型，涉及的知识点多，综合性强，在历年高考中都有相关的命题出现.还有一些在具体解题过程中应用到本专题知识的综合性命题，如同抛体运动、圆周运动、曲线运动相关的各类命题也曾在高考中出现过.2在未来新高考中涉及到本单元内容的命题主要形式：考查同机械能守恒定律相关基础知识的命题；考查机械能守恒定律应用的综合性命题；有关机械能守恒定律的实验和探究性、设计性实验的命题.,32,（二）过程与方法学习机械能概念要从机械能具有相对性，是状态量及机械能转化和守恒等各方面全面理解.运用机械能守恒定律解题时，只要恰当的选取两个状态（初状态和末状态），并确定这两个状态的机械能，就可根据机械能总量不变得到一个方程，而不必考虑中间过程量，这正是我们学习机械能守恒定律必须掌握的基本方法.,33,如下右图所示，斜面置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物体由静止开始沿斜面下滑物体在下滑过程中下列说法正确的是()A物体的重力势能减少，动能增加B斜面的机械能不变C斜面对物体的作用力垂直于接触面，不对物体做功D物体和斜面组成的系统机械能守恒,【思路剖析】对机械能守恒定律的条件要清晰，从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，无其他形式的转化.,34,解析:物体下滑过程中，由于物体与斜面相互间有垂直于斜面的作用力，使斜面加速运动，斜面的动能增加；物体克服其相互作用力做功，物体的机械能减少，但动能增加；重力势能减小，斜面的机械能增加，故A对，B错.物体沿斜面下滑时既沿斜面向下运动，又随斜面向右运动，其合速度方向与斜面方向不垂直，弹力方向垂直于斜面但大于90，所以斜面对物体的作用力做负功，则C错；对斜面和物体组成的系统只有重力在做功，故系统机械能守恒.则D正确.,【答案】AD,【思维拓展】判断机械能守恒时，对单个物体就看是否有重力做功，并非只受重力，虽受其他力，但其他力不做功或做功代数为零，机械能也守恒，对由两个或几个物体组成的系统，在判断其机械能守恒时，就看是否只有重力或系统内弹力做功，若有其他外力或内力做功（如内部有摩擦等，）则系统机械能不守恒.,35,如下图所示，光滑轨道AB部分平直，BC部分是处于竖直平面内半径为R的半圆，圆管截面半径rR.有一质量为m、半径为r略小的光滑小球以水平初速度v0射入圆管，问：（1）要小球能从C端出来，初速度v0需增大？（2）在小球从C端出来的瞬间，对管壁压力有哪几种典型情况，初速度v0各应满足什么条件？（3）要让小球在C处时能对下管壁有压力，初速度v0应满足什么条件？,36,【思路剖析】本题注意竖直水平方向内的圆周运动与机械能守恒相结合问题.注意分析步骤，按照受力对象解述问题.,37,【答案】（1）v02.(2)当N=0时，v0=.当N0时（即方向向下，小球受上管壁向下的压力），v0;当N0时（即方向向上，小球受下管壁的支持力），v0.(3)2v0,38,【思维拓展】只有弄清物体的运动过程，分析其受力特点及运动情况，发现运动所遵循的物理规律，才能确定实施求解的物理公式或规律，进而列式求解.一般来说：涉及竖直平面内做圆周运动物体的机械能守恒问题时，常需同时列出机械能守恒方程和牛顿第二定律方程，才能解决问题.,39,如右图所示，B的质量为2m、半径为R的光滑半球形碗，放在光滑水平桌面上.A是质量为m的细长杆，光滑套管D被固定在竖直方向，A可以自由上下运动，物块C的质量为m，紧靠半球形碗放置.初始时，A杆被握住，使其下端正好与碗的半球面上边缘接触.然后从静止开始释放A，A、B、C便开始运动.求：（1）长直杆的下端运动到碗的最低点时，长直杆竖直方向的速度和B、C水平方向的速度;（2）运动过程中，长直杆的下端能上升到的最大高度距离碗底部的高度.,【思路剖析】杆只能沿竖直方向运动，杆下降过程，其重力势能转化为A、B和C的动能，杆下降到最低位置时速度为零，而B和C达到了最大速度、此后B、C分离，B减速运动，C匀速运动，B的动能又转化为杆的重力势能.,40,【答案】(1)vB=vc(2)h=,【思维拓展】本题的切入点较高，是一道区分度较高的题，分析时要注意：长直杆在竖直方向向下运动时，先加速运动后减速运动，下端运动到碗的最低点时，长直杆竖直方向的速度为0;然后，B、C两物体分离，长直杆在竖直方向向上运动，先加速后减速，下端运动到最高点时，长直杆竖直方向的速度为0，准确分析直杆在竖直方向的运动状态是解决本题的关键.,41,如下图所示，内壁光滑的圆柱形气缸竖直固定在水平地面上，气缸开口向上，一面积为0.01m2的活塞封闭了一定空气，在活塞的上方竖直固定一支架，在支架上的O点通过细线系一质量为m=8kg的球，球心到O点的距离为L=2m.活塞与支架总质量为M=12kg，已知当地的重力加速度g=10m/s2，大气压强p=1.00105p，气缸是绝热的.现将细线拉直到水平，稳定后由静止释放球，当球第一次运动到最低点时，活塞下降了h=0.2m且恰好速度为零时，此时细线中的拉力为F=252N，求球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中气缸中的气体增加的内能E.,【思路剖析】本题的物理过程简捷、科学、数据设计合理，巧妙地把能量守恒定律、圆周运动的向心力问题给合起来，是近年少见的经典热力学创新型题.,42,【答案】E=228J,【思维拓展】此题是对传统教学模式的创新与改革，又能全面考查学生的综合能力，又没有太大难度和过多的叙述，通过此题可以体现高考未来命题求新、求实、考查基础和特点，也是对传统高考试题模式的最好的继承和发展.,43,专题四功能关系能量转化与守恒定律,备考导航,例题剖析,44,（一）知识与技能能量转化与守恒定律是物理学中的重要定律之一，它揭示了能量的普遍规律.在本专题复习过程中，同学们要了解能量守恒定律的建立过程，了解全球能源情况和我们所面临的能源危机，知道各种能源的形式和转化特点.（二）过程与方法本专题在高考中主要是以“功和能”的形式出现，其命题特点是综合性强，涉及的知识面广，容易同新课改理念接轨，是进行创造性思维训练和培养创新能力的重要内容之一，也应当是未来高考命题的一个热点.,45,一物体获得一竖直向上的初速度从某点开始向上运动，运动过程中加速度始终竖直向下，大小为4m/s2，则下列说法正确的是（）A.上升过程中物体的机械能不断增加，策略势能增加B.下降过程中物体的机械能不断增加，重力势能减少C.整个过程中物体的机械能不变D.物体下落回抛出点的机械能和抛出的机械能相等,【思路剖析】分过程讨论机械能和重力势能的状况.,解析:设物体受到力F的作用，根据牛顿第二定律得：F+mg=ma,F=-6N，方向向上.即除重力外物体始终还受到一大小为6N，方向向上的恒力作用，上升过程F做正功，机械能增加，重力做负功，重力势能增加，下降过程F做负功，机械能减,46,【答案】AD,【思维拓展】根据物体的运动情况分析物体在运动过程中受到的作用力，明确不同力的功引起不同形式能的变化是解决功能的基础.重力的功引起重力势能的变化，总功引起物体动能的变化，除重力和弹力之外的力对物体所做的功引起机械能的变化.,47,容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先，A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，如下图所示，在这个过程中（）A.大气压力对水做功，水的内能增加B.水克服大气压力做功，水的内能减少C.大气压力对水不做功，水的内能不变D.大气压力对水不做功，水的内能增加,【思路剖析】能量守恒定律的具体应用.,48,解析:A活塞下降B活塞上升，大气压力对A做正功，对B做负功.设两活塞的面积分别为S1、S2，A下降的高度为h1、B上升高度为h2，因为容器中水的体积不变，所以有S1h1=S2h2：，大气对A做的功为W1=p0s1h1，对B做的功为W2=-p0S2h2，所以W1+W2=0，即大气压力对水不做功，但水的重心降低了，水的重力势能减小了，水是逐渐流过去的，说明水受到了阻力，水通过克服阻力做功将重力势能转化为内能.,【答案】D,【思维拓展】对能量和能量守恒定律的试题，要分清物理过程，善于把不熟悉的模型转化为熟悉的模型进行处理,49,如右图所示，A、B是位于水平桌面上的两质量相等的木块，离墙壁的距离分别为L1和L2，与桌面之间的动摩擦因数分别为A和B,今给A以某一初速度，使之从桌面的右端向左运动，假定A、B之间，B与墙间的碰撞时间都很短，且碰撞中总动能无损失，若要使木块A最后不从桌面上掉下来，则A的初速度最大不能超过多少？,50,【答案】3m,【思维拓展】把两物体作为一个系统，系统机械能的减小转化为摩擦力产生的内能，而摩擦力产生的内能等于滑动摩擦力与物体间相对路程的乘积.,51,如下图所示，a、b为紧靠在一起且两边固定的两张相同的薄纸，一质量为m的小球从距纸面高度为H处自由下落，恰好能穿破两张纸（即穿过后速度为零）现将a纸的位置升高，b纸的位置不变，要使小球仍然能穿破两张纸，则a上移的最大高度是多少？,52,【答案】H/2,【思维拓展】本题的物理过程简捷、科学、求实、考查基础和能力特点，也是对传统高考试题模式的最好的继承和发展.,53,专题五实验与探究：探究动能定理验证机械能守恒定律,备考导航,例题剖析,54,（一）知识与技能1.实验作为物理教学的重要内容之一，在新课教学和高考中都占有较大的比重，验证机械能守恒定律作为力学的一个重要考点，在历年高考中都有相关的命题出现.2.同学们不但要知道本实验课题要求验证什么规律，这是实验的目的，是实验设计的出发点，实验目的明确后，分析思考相应的物理现象中，怎样的定量关系成立，才能达到验证规律的目的，以此来确定实验的原理、确定实验步骤，得出实验结论.,55,（二）过程与方法在本节专题复习过程中同学们要体会验证过程和物理学研究问题的方法，初步学会从能量转化和能量守恒的观点来解释物理现象，提高分析问题和解决问题的能力.在新课标理念下为实验教学又提出了新的要求，在未来的高考中很有可能出现让同学们设计实验、提出创新实验的新思路和在某些条件下做相关实验性的命题.,56,（2008广东）某实验小组采用下图所示的装置探究“动能定理”，图中小车可放置砝码.实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器工作频率为50Hz(1)实验的部分步骤如下：在小车放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细绳连接小车和钩码；,57,将小车停在打点计时器附近，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，；改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作(2)下图是钩码质量为0.03kg、砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点及、和五个计数点，可获得各计数点到的距离s及对应时刻小车的瞬时速度v，请将点的测量结果填在表格中的相应位置.(3)在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，做正功，做负功.(4)实验小组根据实验数据绘出了下图中的图线（其中v2v2-v02），根据图线可获得的结论是，要验证“动能定理”，还要测量的物理量是摩擦力和.,58,【思路剖析】注意研究对象的受力及做功情况，注意与探究牛顿守恒定律时还可以处理的方法以及平衡摩擦的方法.,59,【思维拓展】“探究动能定理”是考试说