高三第一轮《机械能》复习PPT课件

.,1,第八章功和能,这一章是力学的重点内容，在历年的高考中都有一道与此相关的综合计算题；而目前广东的高考中本章不会出现选择题。本章内容综合性很强，涉及到物体的运动过程分析、物体的受力分析、摩擦力做功、负功、动能定理等，还与动量守恒定律（35第一章）、平抛运动、圆周运动等联系在一起。所以这章不进行选择题的练习。,.,2,本章时间安排共16课时：第一单元:功功率第二单元：动能势能共1课时；第三单元：探究动能定理实验1课时；第四单元：验证机械能守恒定律实验1课时。练习讲解及课堂练习13课时。,练习讲解及课堂练习分成三段15分钟：第一个15分钟讲例题；第二个15分钟做练习并上交；第三个15讲解刚才做的练习。,.,3,1、功的物理意义：功是物体能量转化的量度，即功总是伴随着能量转化。,第一单元功功率,一、功,它包含几层意思：(1)做功的过程是能量的转化过程；(2)能量转化要通过做功来实现；(3)能量转化的多少可以由做功的多少来衡量。,.,4,4计算式：WFscos，式中F为恒力，是F与的夹角，s一般都是指物体对地的位移。,3、定义：力和物体在力的方向上的位移的乘积称为力对物体做的功。,2、做功的两个不可缺少的因素：力和物体在力的方向上发生的位移，二者缺一不可。,.,5,5、功的单位：在国际单位制中，功的单位是焦耳(符号为J)，1Nm1J。,6、对WFscos的讨论：,(1)当090时，W0，力对物体做正功；,(2)当90时，W0，力对物体不做功；,(3)当90180时，W0，力对物体做负功，又可说物体克服这个力做功。,.,6,7、各种力做功的特点：,(2)向心力与洛仑兹力：向心力与洛仑兹力不做功。（要举非匀速圆周运动的例子）,(1)重力与电场力：只跟初末位置有关，与运动路径无关。,(3)一对相互作用力：由于相互作用力是作用在两个不同的物体上，产生的位移效果没有必然的联系，故作用力与反作用力做的功可以两个都是正功，也可以两个都是负功，还可以一正一负，甚至一个做功，另外一个力不做功（各举例说明）。,.,7,(4)摩擦力：无论是滑动摩擦力还是静摩擦力做功，都跟物体运动的路径有关，它们可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。当摩擦力的大小不变而方向发生变化时，摩擦力做的功可以用摩擦力乘以路程来计算。（各举例说明）。特别需要说明的是：计算因滑动摩擦力做功而产生的热量时，位移是用相对位移而非对地位移。如物体在传送带上运动，产生的热量用摩擦力乘以物体相对皮带运动的位移。,.,8,能量转化方面,在静摩擦力做功的过程中，唯有机械能从一个物体转移到另一个物体而没有机械能转化为其他形式的能。(即静摩擦力起着传递机械能的作用)。,一对摩擦力做功方面,一对静摩擦力所做功的代数和等于零。,一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功，等于摩擦力与相对路程的乘积，即W1=-fs相表示物体克服摩擦力做功，系统损失的机械能转变成内能。,1、相互摩擦的物体通过摩擦力做功，将部分机械能从一个物体转移到另一个物体。2、部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量。,.,9,8、功的理解(1)功是标量，也是过程量正功表示对物体做功的力是动力；负功表示对物体做功的力是阻力(2)功不是能量，而是能量转化的量度；能量是表征物体做功本领的物理量。,(3)某个力F对物体所做的功，只由这个力F和物体在这个力作用时间内发生的位移s以及力F与s间夹角完全决定，而与物体做何种运动，其他力的作用都无关。,.,10,1功率的定义式：P_.2功率的物理意义：功率是描述做功快慢的物理量3平均功率和瞬时功率(1)平均功率：P或PFcos(为物体对地的平均速度，F必须为恒力，为F与v的夹角)(2)瞬时功率：PFcos(v为物体对地的瞬时速度，为F与v的夹角),二、功率,.,11,对公式PF的说明：（1）对于机车来说，若机车以的功率恒定，则F与成反比，即牵引力大则速度小，如汽车上坡时换用慢速档。（2）以恒定功率起动的运动过程中，加速度a，不断减小，所以汽车达到最大速度时a=0，F=f,P=Fvm=fvm。,.,12,第二单元动能势能,1、定义：物体由于运动而具有的能叫动能。2、动能的表达式：Ek3、动能的单位：焦耳。,一、动能,.,13,4、可以从以下几个方面理解动能的概念：,(2)动能是状态量，描述的是物体在某一时刻的运动状态。一定质量的物体在运动状态(瞬时速度)确定时，Ek有惟一确定的值，速度变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速度一定变化。,(1)动能是标量，动能的取值可以为正值或零，但不会为负值,.,14,(5)具有动能的物体可以克服阻力做功。物体的质量越大，运动速度越大，它的动能也就越大，能克服阻力对外做功越多。,(4)物体的动能不会发生突变，它的改变需要一个过程，这个过程是外力对物体做功的过程或物体克服外力做功的过程。,(3)动能具有相对性，由于瞬时速度与参考系有关，所以Ek也与参考系有关，在高中，动能公式中速度都要以地面作参考系。,.,15,二、重力势能和弹性势能,1重力势能(1)重力做功的特点：重力做功跟物体运动的路径无关，只跟始末位置的高度差有关。重力做功不引起物体机械能的变化。,(2)重力势能概念：地球上的物体由于受到重力的作用而具有的跟它的高度有关的能，叫重力势能。表达式：Epmgh,.,16,重力势能有正负，由于重力势能是标量，其正负表示势能的大小。(3)重力做功与重力势能变化的关系：重力对物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负功，重力势能就增加。2弹性势能(1)概念：弹簧由于发生形变而具有的能叫弹性势能(2)大小：弹性势能的大小与弹簧的劲度系数和伸长量有关。Epkx,2,.,17,3、重力势能的理解(1)重力势能公式中h的含义重力势能公式Epmgh中的h是物体的重心到参考面(零势能面)的高度，是个状态量当h在参考面的上方时，h为正，重力势能也为正当h在参考面的下方时，h为负，重力势能也为负。在自由落体运动中，由hgt2可知h是指在时间t内下降的高度，是过程量故二者不能混为一谈。,.,18,(2)共有性：重力势能为物体和地球这个系统所共有，但我们习惯上都说成物体具有多少重力势能；弹性势能也是系统共同具有的，一般情况我们所说“弹簧的弹性势能”实际上是弹簧与相连的物体所共同具有的势能。,.,19,(3)相对性：重力势能具有相对性，处于同一位置的一个物体，如果选择的参考面在物体的上方，则重力势能为负，如果选择的参考面在物体的下方，则重力势能为正因而，要确定重力势能须首先确定参考面选择地面为参考面不用说明但是，同一物体在两个不同位置的重力势能之差却是不变的，只与两位置的高度差h有关，与参考面的选择无关弹性势能一般取形变量x0为参考面,.,20,第二单元动能势能,1、定义：物体由于运动而具有的能叫动能。2、动能的表达式：Ek3、动能的单位：焦耳。,一、动能,.,21,4、可以从以下几个方面理解动能的概念：,(2)动能是状态量，描述的是物体在某一时刻的运动状态。一定质量的物体在运动状态(瞬时速度)确定时，Ek有惟一确定的值，速度变化时，动能不一定变化，但动能变化时，速度一定变化。,(1)动能是标量，动能的取值可以为正值或零，但不会为负值,.,22,(5)具有动能的物体可以克服阻力做功。物体的质量越大，运动速度越大，它的动能也就越大，能克服阻力对外做功越多。,(4)物体的动能不会发生突变，它的改变需要一个过程，这个过程是外力对物体做功的过程或物体克服外力做功的过程。,(3)动能具有相对性，由于瞬时速度与参考系有关，所以Ek也与参考系有关，在高中，动能公式中速度都要以地面作参考系。,.,23,二、重力势能和弹性势能,1重力势能(1)重力做功的特点：重力做功跟物体运动的路径无关，只跟始末位置的高度差有关。重力做功不引起物体机械能的变化。,(2)重力势能概念：地球上的物体由于受到重力的作用而具有的跟它的高度有关的能，叫重力势能。表达式：Epmgh,.,24,重力势能有正负，由于重力势能是标量，其正负表示势能的大小。(3)重力做功与重力势能变化的关系：重力对物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负功，重力势能就增加。2弹性势能(1)概念：弹簧由于发生形变而具有的能叫弹性势能(2)大小：弹性势能的大小与弹簧的劲度系数和伸长量有关。Epkx,2,.,25,3、重力势能的理解(1)重力势能公式中h的含义重力势能公式Epmgh中的h是物体的重心到参考面(零势能面)的高度，是个状态量当h在参考面的上方时，h为正，重力势能也为正当h在参考面的下方时，h为负，重力势能也为负。在自由落体运动中，由hgt2可知h是指在时间t内下降的高度，是过程量故二者不能混为一谈。,.,26,(2)共有性：重力势能为物体和地球这个系统所共有，但我们习惯上都说成物体具有多少重力势能；弹性势能也是系统共同具有的，一般情况我们所说“弹簧的弹性势能”实际上是弹簧与相连的物体所共同具有的势能。,.,27,(3)相对性：重力势能具有相对性，处于同一位置的一个物体，如果选择的参考面在物体的上方，则重力势能为负，如果选择的参考面在物体的下方，则重力势能为正因而，要确定重力势能须首先确定参考面选择地面为参考面不用说明但是，同一物体在两个不同位置的重力势能之差却是不变的，只与两位置的高度差h有关，与参考面的选择无关弹性势能一般取形变量x0为参考面,.,28,1、内容：合外力对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。,第三单元动能定理,2、动能定理的理解(1)动能定理是把过程量(做功)和状态量(动能)联系在一起的物理规律，它表示了过程量等于状态量的改变量的关系。,(2)动能定理的研究对象是单一物体，或者可以看成单一物体的物体系。所有的物理量均以地面为参考系。,.,29,(3)作用在物体上的力无论是什么性质的力、无论是恒力还是变力，无论物体作直线运动还是曲线运动，动能定理都适用。,(4)动能定理表达式是一个标量式，不能在某一个方向上应用动能定理。,3、应用动能定理时要注意的几个问题(1)在分析物体受力时，要考虑物体受到的所有力，包括重力,.,30,(2)动能定理中的位移、速度各物理量都选地面为参考系,(3)计算时应把各已知功的正、负号代入动能定理表达式，如果有的力是变力，则设一个功的符号代替进行列式，求出其值(正值表示正功，负值表示负功),(4)过程复杂又不需研究中间状态时，可以把多个过程看作一个全过程进行研究应用动能定理更方便,.,31,(5)如果研究过程中物体受力情况有变化，要分别写出该力在各个阶段做的功，运用所有外力对物体做功的代数和等于物体系统动能的变化进行列式解答。,(6)恒力作用下的物体运动问题，凡不涉及加速度和时间及其运动过程的具体细节，可优先运用动能定理求解。,.,32,4、应用动能定理解题的基本思路(1)确定研究对象和研究过程(是分段还是全过程)；(2)分析研究对象受力情况和各个力的做功情况，受哪些力？每个力是否做功？做正功还是负功？做多少功？然后求各个力做功的代数和；(3)明确物体在过程始末状态的动能和；(4)按照动能定理W1W2列式求解,.,33,5、解力学综合题的基本步骤,（1）对物体的运动过程和受力进行分析。,（2）根据所分析的运动过程运用相应的物理规律列式求解。直线运动，可用运动学知识、牛顿定律、动能定理、动量守恒等知识。一般来说，动量守恒定律适用于系统，而运动学、牛顿定律、动能定理适用于单个物体。圆周运动和抛体运动可运用相应的公式和牛顿定律、动能定理。,.,34,特别说明1、计算因滑动摩擦力做功而产生的热量时，位移是用相对位移而非对地位移。如物体在传送带上运动，产生的热量用摩擦力乘以物体相对皮带运动的位移。,2、动能定理用于单一物体，所有的物理量均以地面为参考系。,.,35,第四单元实验：探究外力做功与物体动能变化的关系,1、实验目的(1)通过实验，探究功与物体速度变化的关系。(2)了解探究功与物体速度变化关系的原理。,.,36,2实验原理实验装置如上图所示，在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘，木块将在砝码盘对它的拉力及长木板对它的摩擦力作用下做匀加速运动在纸带记录的物体运动的匀加速阶段，适当间隔地取两个点A、B.只要取计算一小段位移的平均速度即可确定A、B两点各自的速度vA、vB，再数出A、B两点的时间间隔t。,.,37,根据a，算出加速度a，根据牛顿第二定律F合ma算出F合，在这段过程中物体运动的距离s可通过运动纸带测出，我们可即算出合外力做的功。,.,38,另一方面，此过程中物体动能的变化量为，通过比较W和Ek的值，就可以找出两者之间的关系,在木块运动到长木板的中间位置时，用手托住砝码盘，砝码盘不再对木块有拉力木块将在长木板的摩擦力作用下做匀减速运动，外力对物体做负功。同样的，我们在纸带记录的物体运动的匀减速阶段取两个有一定间隔的点C、D，测出各自的速度vC、vD，,.,39,根据，求出加速度a，进而求出合外力F合，并算出外力所做的功W，另一方面，物体动能的变化为比较W和Ek的值，寻找两者的关系。,3实验器材长木板(一端带滑轮)、刻度尺、打点计时器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、砝码、天平。,.,40,4实验步骤及数据处理(1)用天平测出木块的质量把器材按图装置好纸带固定在木块中间的方孔内。(2)把木块放在打点计时器附近，用手按住。往砝码盘中加砝码接通打点计时器电源，让它工作放开木块，让它做加速运动。当木块运动到木板中点时，用手托住砝码盘，让木块在木板摩擦力作用下做减速运动当木块到达定滑轮处(或静止)时，断开电源。,.,41,(3)取下纸带，在纸带上反映物体加速运动和减速运动的两部分点迹中较理想的一段，如下图所示，分别各取两点(其间点迹数不少于9点)。量出sA、sB、sC、sD和sAB、sCD。由sA、sB、sC、sD及相应的时间间隔t(如0.08秒)，算出vA、vB，利用vA、vB和A、B间的时间间隔tAB求出A、B间木块运动的加速度aAB；同法求出aCD。则木块质量m与aAB、aCD的乘积分别表示在AB段和CD段木块受的合力。,.,42,(4)根据实验结果填好下表，看W与Ek是否相等。,.,43,.,44,(5)重新取计数点，重复步骤(3)和(4)，再验证一次5误差分析(1)木块与桌面的粗糙程度不固定造成实验的误差(2)利用打点计时器上打出的纸带读位移或计算速度时，测量不准确带来误差,.,45,练习1、在“探究动能定理”的实验中，某同学按下列步骤进行：把实验器材按下图安装好,.,46,把木块放在打点计时器附近，用手按住。往砝码盘中加砝码接通打点计时器电源，待其正常工作后放开木块，让它做匀加速运动。当木块运动到木板长的1/2左右时，用手托住砝码盘，让木块在摩擦力作用下做匀减速运动。当木块到达定滑轮处(或静止)时，断开电源。取下纸带，在纸带上反映物体加速运动和减速运动的两部分点迹中较理想的一段，分别各取两点(其间点迹数不少于9点)，如图所示。,.,47,采集数据，利用纸带上提供的信息分析，得出结论。,问题：(1)实验中需不需要用天平测出木块质量m的具体数值？,（2）假设在减速阶段也符合动能定理，试由纸带上的信息写出计算木块与桌面间的动摩擦因数的表达式。,.,48,(3)利用纸带上提供的信息进行分析时，若以A点为中间时刻，量出包含A点的一小段时间t(如0.08s)内的位移为SA，则vA_，同理可确定vB_。设从A至B的时间为tAB，在木块加速过程中，加速度aAB_.木块所受的合外力为FAB_.测量A、B间的位移SAB，试写出木块加速过程中外力做功与动能变化的可能关系式：。,.,49,答案：(1)需要,(2),.,50,练习2、如下图所示，是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当我们用2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放.小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。,.,51,(1)除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有_；,.,52,(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是_；(3)每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量；(4)下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；,.,53,.,54,(5)从理论上讲，橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn_.请你运用数据表中测定的数据在下图所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性；,.,55,(6)若在实验中你做出的图线与理论的推测不完全一致，你处理这种情况的做法是：_,.,56,答案：(1)刻度尺(2)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力。(3)点距均匀(4)2W3W4W5W(5)v2n图象如下图所示：(6)分析误差来源或改进试验方案或测量手段，重新进行试验。,.,57,练习3、在用如下图所示的装置做“探究动能定理”的实验中，下列说法正确的是(),.,58,A通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值。B通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值。C通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度。D通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度。,.,59,解析：因为条数增大到N条，当橡皮筋被拉至同样的长度时，做功也增大到NW；若填成“长度”是错误的，因为长度成倍增大，但夹角变了，力不是成倍增大，故无法确定功；速度也不能填“平均”速度，因为动能定理中做功对应的是动能的瞬时值，针对其变化量改变橡皮筋的长度会改变两个拉力的夹角，这样无法确定后来拉力做的功答案：AC,.,60,练习4、物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功和物体动能变化的定量关系”，我们提供了如图所示的实验装置。,.,61,如图如示，质量为m的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的_，通过光电门时的_，试探究重力做的功_与小球动能变化量_的定量关系,(1)某同学根据所学的知识结合右图设计一个本实验情景的命题：,请在空格处填写物理量的名称和对应符号；在空格处填写数学表达式,.,62,(2)某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数字用天平测定小球的质量为0.50kg；用游标尺测出小球的直径为10.0mm；用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为82.80cm；电磁铁先通电，让小球吸在开始端；电磁铁断电时，小球自由下落；在小球经过光电门时间内，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50103s，由此可算得小球经过光电门的速度为_m/s.,.,63,计算得出重力做的功为_J，小球动能变化量为_J(g取9.8m/s2，结果保留三位数字)(3)试根据(2)下好本实验的结论：_,答案：(1)位移s瞬时速度vmgs(2)4.04.014.00(3)在误差允许范围内，重力做的功等于物体动能的变化量,.,64,第五单元实验：验证机械能守恒定律,1、实验目的：验证机械能守恒定律,2实验原理：,只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒，利用仪器记录下物体自由下落的高度h及计算出瞬时的速度v，从而验证物体在自由下落过程中，重力势能减少量Epmgh与物体动能的增加量相等。,.,65,物体做自由落体运动时，只受重力的作用，机械能守恒。即物体重力势能的减少等于动能的增加，设物体质量为m，利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h，计算出瞬时速度v，则重力势能的减少量Epmgh，动能的增加量Ekmv，比较Ep和Ek在误差允许的范围内是否相等，从而验证机械能守恒定律。,2,.,66,3实验器材铁架台(带铁夹)，打点计时器，重锤(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺，学生电源(交流46V),4实验步骤与数据处理(1)如下图所示，把打点计时器安装好，连接好电路；,.,67,(2)将纸带穿过打点计时器，纸带下端用夹子与重物(钩码或另选用重锤)相连，手提纸带上端使重物静止在靠近打点计时器的地方，保持纸带竖直；(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点；(4)更换纸带，重复实验几次，从打出的纸带中挑出第一、二点间距离接近2mm，且点迹清晰的一条纸带，如下图所示；,(5)在所选纸带的第一个点迹旁标上0，然后在纸带上选取五个连续点标上1、2、3、4、5，用刻度尺量出各点到0点的距离h1、h2、h3、h4、h5；,.,68,(6)用公式计算2、3、4各点对应的瞬时速度；(7)计算2、3、4各点对应的重力势能减少量mghn和动能增加量，进行比较，得出结论5误差分析及减少误差的做法(1)由于测长度带来的误差属于偶然误差，减少误差的方法一是测距离都应从0点量起，二是多测几次取平均值(2)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量Ek必定稍小于重力势能的减少量Ep，这是属于系统误差为了减小空气阻力和纸带所受阻力的影响，选择的重物应密度较大，安装打点计时器应保持两限位孔在同一条竖直线上或选用电火花计时器,.,69,纸带数据处理的关键是求出重物下落的高度h和到达某点的瞬时速度vn，h为某点到起始点O的距离，n点的速度等于(n1)点和(n1)点之间的平均速度在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用的电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g9.80m/s2，测得所用的重物质量为1.00kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带(如下图所示)，把第一个点记为O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm,70.18cm,77.76cm，85.73cm.根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于_J，动能的增加量等于_J(取3位有效数字)，由此说明。,7.62,7.57,在误差允许的范围内机械能守恒,.,70,解析：由题意知重物由O点运动至C点，下落的高度为hCOC，hC77.76cm0.7776m所以，重力势能的减少量Ep为：EpmghC1.00kg9.80m/s20.7776m7.62J.重物经过C点的即时速度vC可由下式求出：,答案：7.62J7.57J在误差允许的范围内机械能守恒,7.57J.,.,71,1在用自由落体运动验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作得到如下图所示的纸带其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点，该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中(单位：cm)已知接打点计时器的电源的频率为50Hz，重的有质量为1kg，当地的重力加速度g9.8m/s2.,(1)这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_段，应记作_cm.,.,72,(2)该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，先计算出该段重锤的重力势能的减少量为_；接着从打点计时器打下的第一个点O数起，数到图中的B点是打点计时器打下的第9个点因此他用vBgt计算出跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为_(均保留三位有效数字)这样他发现重力势能的减少量_(填“大于”或“小于”)动能的增加量，造成这一误差的原因是_。,答案：(1)OC15.70(2)1.22J1.23J小于v是按照自由落体计算的，实际上重锤下落的加速度因阻力作用而小于g，以vBgt计算重锤到B点的速度明显偏大，故计算的动能偏大，造成以上误差,.,73,利用光电门测时仪来验证机械能守恒定律是目前常见的实验创新题，这类题关键在掌握计算滑块通过每个光电门的速度，即用滑块的长度除以滑块通过光电门的时间这里基于时间要极小，滑块在某