2019-2020学年新教材高中物理 第八章 机械能守恒定律 知识网络建构与学科素养提升课件 新人教版必修第二册

知识网络建构与学科素养提升,快慢,变化,增加,减少,变力,曲线,只有重力或弹力做功,一、功和功率的计算1.功的计算(1)恒力功：用公式wflcos其中l表示力的作用点相对于地面位移的大小，某个力做功与物体运动状态无关。(2)总功的计算合力做的总功等于各个力做的功的代数和。动能定理：w总ekek2ek1。另一种方法是先求出物体所受各力的合力，再用公式w总f合lcos计算，本方法仅限于恒力作用于做功全过程的情况。,例1质量为20kg的物体，在一与水平方向成一定角度的拉力作用下沿直线运动，因拉力发生变化，物体运动的vt图像如图所示。求：,(1)010s，合外力做的功；(2)020s，合外力做的功；(3)2040s，合外力做的功；(4)前40s，合外力做的功。,解析(1)010s，合外力做功w1f1l1ma1l120150j1000j。(2)1020s，合外力为0，合外力做功为0，故020s内，合外力做功为1000j。(3)2040s，合外力做功w2f2l2ma2l220(0.5)100j1000j。(4)前40s，合外力做功ww1w20。答案(1)1000j(2)1000j(3)1000j(4)0,2.功率的计算方法,例2一台起重机将静止在地面上、质量为m1.0103kg的货物匀加速竖直吊起，在2s末货物的速度v4m/s(取g10m/s2，不计额外功)。求：(1)起重机在这2s内的平均功率；(2)起重机在2s末的瞬时功率。,解析设货物所受的拉力为f，加速度为a，则,fmgma1.010310n1.01032n1.2104n,起重机在这2s内对货物所做的功wfh1.21044j4.8104j,(2)起重机在2s末的瞬时功率pfv1.21044.0w4.8104w。答案(1)2.4104w(2)4.8104w,二、动能定理的理解及应用1.w总w1w2w3是包含重力在内的所有力做功的代数和，若合外力为恒力，也可这样计算：w总f合lcos。2.动能定理是计算物体位移或速率的简捷途径，当题目中涉及位移时可优先考虑动能定理。3.做功的过程是能量转化的过程，动能定理表达式中的“”的意义是一种因果联系的数值上相等的符号，它并不意味着“功就是动能增量”，也不意味着“功转变成了动能”，而是意味着“功引起物体动能的变化”。动能定理公式两边每一项都是标量，因此动能定理是一个标量方程。,例3如图所示，足够长的倾角为的粗糙斜面上，有一质量为m的滑块距挡板p为l，以初速度v0沿斜面下滑，并与挡板发生碰撞，滑块与斜面间的动摩擦因数为，tan，重力加速度为g。若滑块与挡板碰撞过程中没有机械能损失，求：,(1)滑块第一次与挡板碰撞前瞬间的速度大小；(2)滑块第一次与挡板碰撞后上升离开挡板p的最大距离。,答案见解析,三、机械能守恒的应用,物块由静止开始下落,后打在圆弧轨道上的b点但未反弹，在该瞬间碰撞过程中，小物块沿半径方向的分速度即刻减为零，而沿切线方向的分速度不变，,画速度分解图,此后小物块将沿着圆弧轨道滑下。已知a点与轨道的圆心o的连线长也为r，且ao连线与水平方向的夹角为30，c点为圆弧轨道的末端，g取10m/s2。求：小物块沿圆弧轨道到达c点前瞬间对轨道的压力fc的大小。,小物块第1个阶段做自由落体运动,a点有一个可视为质点的质量m1kg的小物块。小,解析由几何关系可知，ab间的距离为r，小物块从a到b做自由落体运动，根据运动学公式有,代入数据解得vb4m/s，方向竖直向下设小物块沿轨道切线方向的分速度为vbx，因ob连线与竖直方向的夹角为60，故vbxvbsin60从b到c，只有重力做功，根据机械能守恒定律有,代入数据解得fc35n再根据牛顿第三定律可知小物块到达c点前瞬间对轨道的压力大小fc35n。答案35n,四、生活中的能量转化与守恒1.机械能可与其他形式的能相互转化，在转化的过程中，能的总量是不变的。2.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。3.某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。,例5风能是一种很好的可再生能源，而且对环境的污染较小，近年来我国在西北地区，建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情景，通过风轮机一个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。已知：空气的密度为，风轮机叶片的长度为r，若风速为v0，每台风力发电机输出电功率为p，求此过程中：,(1)单位时间内每台风力发电机获得的风能表达式；(2)风力发电机利用风能的效率表达式。【解题点拨】解答本题应注意以下三点：(1)研究对象是流动的空气。(2)流动的空气碰到叶面后的速度认为是零。(3)风轮机转动，形成一个圆面，流过这个圆面的空气动能会有一部分转化为电能。,在时间t内流向叶面的空气质量mr2v0t，,例6如图所示，在半径为r10cm的轮轴上悬挂一个质量为m3kg的水桶，轴上分布着6根手柄，柄端有6个质量为m0.5kg的金属小球。球离轴心的距离为l50cm，轮轴、绳及手柄的质量、摩擦及空气阻力均不计。开始时水桶在离地面某高度处，释放后水桶带动整个装置转动，当转动n(未知量)周时，测得金属小球的线速度v15m/s，此时水桶还未到达地面，g取10m/s2，求：,(1)转动n周时，水桶重力做功的功率p；(2)n的数值。,水桶重力的功率为pmgv,方法总结利用能量转化与转移解题的两个关键点(1)能量既