让设计闪现出智慧

北京94中高三物理备课组,高三物理总复习第六单元“机械能”教学分析,2009年11月9日,兆峰：稿子可以了，我只是在18页加了一句话。,一、考纲要求,二、高考命题趋势,本单元内容属于高中物理主干知识，是历年高考的重点内容，考查的热点包括功和功率、重力势能、机械能守恒、动能定理、能的转化和守恒定律等。,试题类型既有选择题也有计算题，而且大多是与牛顿运动定律、动量、圆周运动及电磁学等知识相联系的综合题。这些试题的共同特点是，物理情景设置与生产和生活相联系，物理过程较复杂，条件隐蔽，对学生的能力要求高。,三、教学建议,课时安排（共8课时）,功1课时功率1课时动能定理2课时机械能守恒定律1课时功和能1课时单元测试与讲评2课时,（一）功,1功的计算公式：W=Fxcos,（1）计算恒力的功,（2）判断功的正负,2功是能量转化（转移）的量度,功是一条主线，贯穿于本单元的始终。,例题1.如图，质量为m的物块A放在劈B的斜面上，斜面的倾角为，A、B一起沿水平面向右匀速移动了位移x，重力加速度为g求A所受各力对A所做的功。,WG=0，WN=mgxsincos，Wf=-mgxsincos,突出功是过程量，求功要分析过程。,A、B一起沿竖直方向向上移动x，A所受各力所做的功？,例题2.放在的木板B的一端，质量为M长木板B放在光滑水平面上，某一瞬间木块A受到水平打击后，质量为m的小木块A以初速度V0从左端滑上木板B，如图所示。由于A、B之间有摩擦，A在B上滑行了一段距离S后相对B静止，此时B在水平面上滑行的距离为S，试求此过程中，A、B受到的滑动摩擦力所做的功？,（1）公式中的位移是相对地面的位移；（2）滑动摩擦力可能做正功；（3）作用力与反作用力的功没有必然联系。,例题3如图所示，固定的光滑竖直杆上套着一个滑块，用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮，以大小恒定的拉力F拉绳。使滑块从A点起由静止开始上升。若从A点上升至B点和从B点上升至C点的过程中拉力F做的功分别为W1、W2，滑块B、C两点时的动能分别为EkB、EkC，图中AB=BC，则一定有（）AWlW2BWlW2CEkBEkCDEkBEkC,分析解答：（1）比较F在竖直方向分力的大小FiFjWlW2（2）比较F作用点位移的大小AB：F作用点移动距离s1BC：F作用点移动距离s2且s1s2WlW2,介绍求功的方法（1）恒力功：W=Fscos（2）恒功率功：W=Pt（3）动能定理：W=Ek,（二）功率,1.功率的理解和计算,功率的定义式:,描述做功快慢的物理量。,“爆发力”的物理含义是什么？,瞬时功率,平均功率,可以与速度对比理解,例题1.跳绳是一种健身运动，设某运动员的质量是50kg，他1min跳绳180次，假定在每次跳跃中，脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的，求该运动员跳绳时每跳一次克服重力做功W是多少？克服重力做做功的平均功率是多少?（g取10m/s2）,答案:W=25J,P平均=75w.,例题2.如图，飞行员进行素质训练时，抓住秋千杆由水平静止状态开始下摆，在到达竖直状态的过程中飞行员所受重力的瞬时功率的变化情况是（）A.一直增大B.一直减小C.先增大后减小D.先减小后增大,C,本题还可以进一步从方法的角度分析。本题就属于“你可能不会求解，但可以通过一定的物理分析判断出下面4个选项哪个是正确的。”,2.额定功率、实际功率和输出功率,机械功率=输出功率=牵引力的功率,(1)汽车以额定功率起动（2）汽车先以恒定加速度起动，在一恒定功率启动,当P=P额时,v仍要增大,当a=0时v达到vm此后匀速,匀变速直线运动,变加速运动（接1）,匀速运动,当P=P额时匀变速直线运动达到最大速度Vm,重要的结论：,例题3如图v-t图线所示，在0t1时间内汽车做匀加速直线运动，t1时刻汽车速度为v1，这时汽车发动机也达到最大的输出功率P0，之后汽车以恒定的功率P0做加速运动，t2时刻汽车达到最大速度vm，之后汽车做匀速直线运动。若汽车所受阻力汽车的重力k倍，且t1、t2、v1、vm、P0和重力加速度g均为已知量。根据图像求（1）汽车的质量（2）匀加速直线运动中汽车的牵引力（3）0t2时间内汽车的牵引力的功（4）t1t2时间内汽车合力的功,从图像读取信息，熟悉各量之间的关系。,（三）动能定理,1.对动能定理的理解,（1）对正功、负功的理解：正功动力功；负功阻力功。,（2）对功是能量转化量度的理解总功与动能变化不但有数值关系，同时有因果关系。,（3）将动能与动量、功与冲量、动能定理与动量定理比较,过程量,状态量,矢量式,标量式,功决定物体速度大小的变化；冲量决定物体速度的变化。,2.动能定理的应用,（1）研究匀变速直线运动,多一条途径，掌握方法。,（2）求功：变力做功、滑动摩擦力的功,（3）分析物体动能变化及速度大小变化,注意问题情景，分析状态和过程。,例题1.如图所示，A、B、C为水平地面上的三个点，A、B之间的距离d1=0.5m,B、C之间的距离d2=1.5m。位于A点质量m=0.2kg的小物块，在水平恒力F=4.8N的作用下，由静止开始运动，物块与地面间的动摩擦因数=0.2。物块运动到B点时撤掉水平恒力，试求小物块运动到C点时速度的大小？（g取10m/s2）,基本方法训练,例题2.如图所示，上题中其它条件不变，将一个半径R=0.8m四分之一圆弧面在C点与水平地面相连接，小物块刚好能滑到最高点D,试通过计算说明圆弧面是否是光滑的？（g取10m/s2）,渗透科学探究,例题3.如图所示，上题中其它条件不变，试通过计算说明小物块最后停在水平地面上的位置？（g取10m/s2）,巩固、反馈,例题4.如图所示，沙狐球是一种流行娱乐体育项目，游戏时人站在长桌的一端将球推出，以球在长桌上滑行的远而不掉下去者为优胜。球桌的长为l，球的质量为m及球与桌面之间的动摩擦因数为，重力加速度为g。（1）如果球刚好滑到球桌的另一端，求人推球时所做的功？（2）如果球的质量m及球与桌面之间的动摩擦因数一定。试讨论球滑行的距离与那些因素有关？,联系实际探究讨论,例题5.如图，质量为m的小球，在长为l的轻绳牵引下在竖直平面内沿圆周从最低点运动到最高点，通过力的传感器测得在最低点和最高点绳子的拉力分别为8mg和mg，求这个过程中小球克服空气阻力所做的功？,动能定理与牛顿定律综合求变力做功,例题6（04辽宁、广东34题）如图所示，ABCD是一个盆式容器，盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧，B、C为水平的，其距离d=0.50m。盆边缘的高度为h=0.30m。在A处放一个质量为m的小物块并让其从静止出发下滑。已知盆内侧壁是光滑的，而盆底BC面与小物块间动摩擦系数为0.10。小物块在盆内来回滑动，最后停下来，则停的地点到B的距离为（D）A0.50mB0.25mC0.10mD0,滑动摩擦力做功的特点,（四）机械能守恒定律,1.重力做功与重力势能的变化,（1）重力做功与路径无关,（2）重力做功与重力势能的变化是等价关系,（3）关键是区别高度和高度差，提到势能必须选择零点。,2.弹性势能,（1）不建议给公式,（2）突出守恒的思想,（3）弹簧的问题可以分为水平和竖直两种情况进行分析,例题1.在高度h=0.8m的水平光滑桌面上，有一轻弹簧左端固定，质量为m1kg的小球在外力作用下使弹簧处于压缩状态，当弹簧具有4.5J的弹性势能时，由静止释放小球，将小球水平弹出，如图所示，不计空气阻力，求小球落地时的速度大小?,基础训练,例题2.如图所示，质量为0.2kg的小球从高处由静止落到轻弹簧顶端，然后压缩弹簧直到速度为零。开始下落时小球离弹簧顶端0.2m，落到弹簧上后把弹簧压缩了0.1m，求：（1）小球刚接触弹簧时的动能；（2）从开始下落到接触弹簧过程中小球重力势能的减少量；（3）最大弹性势能。,答案：（1）0.4J（2）0.4J（3）0.6J,3.机械能守恒定律的理解与应用,（1）守恒定律是重要的思想和方法,（2）不用刻意要求什么情况必须用机械能守恒定律,动能定理和机械能守恒定律不可偏废。,问题1.机械能守恒的判断,（1）确定系统，分析过程，判断条件,（2）从做功判断，从能量转化判断,（3）通过判断加深对守恒定律的理解,例题3.如图所示，刚性小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上。在将弹簧压缩到最短的整个过程中，下列关于能量的叙述中正确的是（）A重力势能和动能之和总保持不变B重力势能和弹性势能之和总保持不变C动能和弹性势能之和不断增加D重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变,例题4.一个物体以一定的初速度竖直上抛，不计空气阻力，那么如图所示，表示物体的动能Ek随高度h变化的图象A、物体的重力势能Ep随速度v变化的图象B、物体的机械能E随高度h变化的图象C、物体的动能Ek随速度v的变化图象D，可能正确的是（）,机械能守恒的几种表达式,（1）系统初态1和末态2的机械能相等，即Ek1+Ep1=Ek2+Ep2（状态式）,（2）系统总动能的增加等于系统总势能的减少，即Ek=-Ep（转化式）,（3）系统内一部分物体的机械能的增加等于另一部分（其余）物体的机械能的减少，即E增=E减（增减式）,问题2.竖直平面内的圆周运动（单个物体）,（1）研究最高点、最低点用牛二，注意临界条件,（2）分析最高点和最低点的联系用机械能守恒定律,例题5.一根长度为L的轻绳一端固定，另一端拴一质量为m的小球，若在悬点O的正下方钉一小钉，拉起小球至细绳水平位置时，由静止释放小球，如图所示。当绳碰到小钉后，小球刚好能在以钉子C为圆心的竖直面内做圆周运动。若不考虑细绳碰钉子时的能量损失及空气阻力，求小钉的位置C距悬点O的距离？,经典问题不能忽视,例题6.如图所示，半径分别为R和r的甲、乙两个光滑的圆形轨道安置在同一竖直平面上，轨道之间有一条水平轨道CD相通，一小球以一定的速度先滑上甲轨道，通过动摩擦因数为的CD段，又滑上乙轨道，最后离开两圆轨道。若小球在两圆轨道的最高点对轨道压力都恰好为零，试求水平CD段的长度。,牛二，机械能守恒、动能定理综合,问题3.多物体机械能守恒,（1）明确系统，用能量转化判断,（2）算总账,例题7.如图所示，一根轻质细杆的两端分别固定着A、B两个质量均为m的小球，O点是一光滑水平轴，已知AO=L，BO=2L，使细杆从水平位置由静止开始转动，当B球转到O点正下方时，它对细杆的拉力大小是多大？,例题8.如图，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和b。a球质量为m，静置于地面；b球质量为3m，用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧。从静止开始释放b后，a可能达到的最大高度为（B）,AhBl.5hC2hD2.5h,4mv2,mv2=mg,（或v=,）（2）m以v竖直上抛：,mv2=mgh,力学领域中功能关系的主要形式1.合外力的功等于物体动能的增量2.重力的功等于重力势能增量的负值3.弹簧弹力的功等于弹性势能增量的负值4.除系统内的重力和弹力以外，其它力做的总功等于系统机械能的增量5.由于滑动摩擦而产生的热量等于滑动摩擦力乘于相对路程6.对绳子突然绷紧，物体间非弹性碰撞等除题目特别说明，必定有机械能损失,（五）功能关系,例题1.物体放在倾角粗糙的斜面上，在沿斜面向上的力的作用下沿斜面向上移动，拉力F做功20J，克服重力作功5J，克服摩擦力做功8J求：（1）重力势能增加量（2）机械能增加量（3）动能增加量,例题2.如图所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮K，一条不可伸长的轻绳绕过K分别与物块A、B相连，A、B的质量分别为和。开始时系统处于静止状态。现用一水平恒力F拉物块A，使物块B上升。已知当B上升距离为h时，B的速度为v。求此过程中物块A克服摩擦力所做的功重力加速度为g。,、,解析：在此过程中，B的重力势能增加mBgh，A、B动能的增量为,恒力F做的功为Fh，用W表示物体A克服摩擦力所做的功，由功能原理得：,例题3.一小物体以l00J的初动能滑上斜面，当动能减少80J时，机械能减少32J，则当物体滑回原出发点时动能为多少?,例题4.如图所示，一木块放在光滑水平面上，一子弹水平射入木块中，射入深度为d，平均阻力为f。设木块离出发点s远时开始匀速前进，下列判断正确的是（BD）A功fs量度子弹损失的动能Bf（sd）量度子弹损失的动能Cfd量度子弹损失的动能Dfd量度子弹、木块系统总机械能的损失,摩擦力做功情况小结：(1)对于一个静摩擦力而言，静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可能不做功，请举一些实例分析(2)一对静摩擦力做的功之和必定为零，并不生热，实质是机械能在整体的各部分之间传递、转移的过程。(3)对于一个滑动摩擦力而言，滑动摩擦力可以对物体做正功，可以对物体做负功，也可对物体不做功，请举例分析(4)相互作用的物体间的一对滑动摩擦力做功之和为负值，系统的机械能总量要减少，转化为内能，其量值为：,例题5如图所示，绷紧的传