高中物理10大难点强行突破之五功与能

难点的五个功能和功能一、难点形成原因：1 .无法掌握工作的概念和计算方法高中学生刚接触到向量和标量，工作有正负两种，但不能理解标量。 计算的时候，误以为把这个公式适用于计算的工作是一切顺利的，这个公式一般只能适用于一定的工作。2 .不能活用动能定理动能定理是高中物理中应用非常广泛的定理，应用动能定理有很多优点，但是同学们不理解这个定理，或者不能正确地分析初期、最终状态，或者不能正确地求出合外力的工作，或者不能进行动能变化3 .对保存思想的理解不够在高中物理学习过程中，在学习普遍应用的守恒定律能量守恒定律的同时，还学习条件限制下的守恒定律能量守恒定律。 学生很难掌握守恒定律，是因为无法正确分析能量守恒定律，哪个能量相互转换了，即哪个能量之和保存了，机械能量守恒定律，什么时候保存，什么时候不保存。4 .不要混淆功能和功能在高中物理学习的过程中，很多同学误以为功能和功能是一样的，但实际上功能是功能，功能和功能是两个不同的概念，两者的关系必须把握为“功能是能量转换的尺度”。二、突破难点：1 .加深对工作概念的理解，掌握工作的一般计算方法工作是力的位移的积累，其作用效果是改变物体的动能，力工作有两个不可或缺的要素：力和物体的力的方向的位移，这两个要素同时存在，力对物体工作。 特别是工作有正负，工作是标量，工作的正负不指示方向，只表示力是正工作还是克服力。工作的一般计算方法如下(1)功的公式：其中，力的作用点沿着力的方向的位移，该公式主要用于求出定力功和f线性变化的变力功(此时f需要取平均值)。(2)式适用于以定力工作，也适用于以定力工作的变力工作。(3)既可以从动能定理中求出一定的力来工作，也可以求出变化力来工作。图5-1(4)要注意的是，根据f-s图像的物理意义计算力给物体带来的功能时，如图5-1所示，影子部分的面积的数值与功能的大小相等，但横轴上的面积表示功能，横轴下的面积表示功能。(5)工作量是能量转换的尺度，由此，对于大小方向随时变化的变量f的工作量，可以通过分析物理过程，从能量转换的多少角度求出。图5-2如图5-2所示，质量m小的物体在楔形物体的倾斜为的平滑斜面上相对静止，楔形物体通过水平推力f向左移动距离s，在该过程中楔形物体给小的物体的工作是().a.0b.mgcoscosc.fsd.mgstan在审查这个问题时，一个要注意小物体和楔形物体相对静止，二个要注意接触面平滑。因为接触面平滑，小物体只受到重力和斜面的支撑力，小物体和楔物体一起向左移动，所以重力和支撑力的垂直分力平衡，小物体受到的合力是楔物体对小物体的支撑力的水平分力，该力的大小是mgtan，另外物体是距离s【总结】利用楔形物体对小物体的支撑力在垂直方向上的分力和重力平衡条件，求出支撑力的大小，求出支撑力的水平分力的大小。例2 :一辆汽车在直线道路上从速度v0加速行驶，经过时间t，在距离s前进时，正好达到了其最大速度vmax，在这个过程中发动机总是以额定功率p工作，汽车受到的阻力为f，在此期间，发动机的工作是().PS PS PSC.mv2max Fs-mv02 D.Ft【审查问题】在审查问题上，在这个过程中发动机总是以额定功率工作，牵引力大小发生变化，要求牵引力的工作不是公式，必须考虑别的方法。【解析】因为把发动机的额定功率设为p，把工作时间设为t，所以发动机的工作能正确地表示为Pt、b的发动机的工作是动能定理，也就是说W- Fs=mv2max-mv02，所以W=mv2max Fs-mv02，c是正的【总结】本问题容易出错的是容易将牵引力分析成常数力，用W=Fs来解决。用铁锤把铁钉打入木块，木块对铁钉的抵抗力与进入木块内的深度成正比。 铁锤第一次打的时候，可以把铁钉打进木头块内1厘米。 第二次打的时候，能打几次(假设锤子每次都等于工作)根据电阻与深度成比例的特征，将努力的工作改变为求出平均电阻的工作，可以进行等价的代替，也可以进行模拟的转移，也可以采用根据均匀变速直线速度-时间图像求出位移的方式，根据F-x图像求出工作.图5-3【解析】解法1:(平均力法)锤子每次工作都用于克服钉子阻力的工作，但摩擦阻力不是一定的力，其大小与深度成比例，F=f=kx，可以用平均阻力代替如图5-3所示，第一次打入深度为x1，平均电阻=kx1，工作为W1=x1=kx12 .第二次打入深度是从x1到x2，平均电阻=k(x2 x1 )，位移是x2-x1，功是W2=(x2-x1)=k(x22-x12 ) .两次工作相等： W1=W2分解后，x2=x1=1.41 cm厘米x=x2-x1=0.41厘米.解法2:(图像法)图5-4因为将电阻F=kx、f作为纵轴，将f方向的位移x作为横轴，制作F-x图像(图5-4 )，所以曲线上的面积值与f给钉子的功相等。因为两次工作相等，所以有以下情况S1=S2 (面积)，即kx12=k(x2 x1)(x2-x1)因此x=x2-x1=0.41厘米【总结】是利用平均求力的工作，还是利用F-x图像求面积的工作，这两种方法并不太被应用，但在探索问题时有很大的应用，例如探索用弹簧的力量工作的特征，可以利用这两种方法。2 .深入理解动能定理，并运用其优势因为动能定理与物体运动过程的细节无关，所以用它处理问题比应用牛顿第二定律和运动学公式更方便，同时也能解决在中学阶段牛顿运动规律不能解决的一些变力问题和曲线运动问题，可以用动能定理解决的问题(应用动能定理解决问题时，必须注意以下几点：(1) .要正确地受力分析物体，必须避免力泄漏。(2) .分析各种力量的工作情况，明确各种力量不工作、是做正工还是做负工，总工作要多少钱。(3) .某力不是物体的运动的全过程，而是物体的运动状态和受力情况发生变化，物体的运动被分为几个不同的过程，因此在考虑外力工作时，必须辨别该力在哪个过程中工作，不能一概而论地认为是在全过程中工作。(4) .物体运动由几个物理过程构成的情况下，只要不研究全过程的中间状态，就可以把这些物理过程看作一个整体过程，避免分析各个运动过程的具体细节，使用动能定理过程简洁、方法巧妙、计算简单例4 :一列列车被机车牵引着沿水平轨道行驶，随着时间t，其速度从0增大到v。 众所周知，列车的总质量为m，机车的功率p不变，列车受到的阻力f是一定的。 最近的列车通过的路。以列车为研究对象，在水平方向上受到牵引力f和抵抗力f，但要注意机车的力量不变，说明牵引力的大小在变化，在中学阶段学习的定义式中，工作要求f是一定力量。【解析】以列车为研究对象，列车水平方向受到牵引力和阻力，列车通过距离为s。 根据动能定理。【总结】发动机输出p一定的情况下，P=FV时v变化，f变化，牵引力f变化，a变化。 对应于上述物理量随时间变化的规律有定性认识，在下文中，将通过图像来提供定性规律。 (参照图5-5 )图5-5例5 :某处强风风速为20m/s，空气密度=1.3kg/m3。 风力发电机的有效受风面积为S=20m2，风通过风力发电机时风速减少到12m/s，该风力发电机的效率达到80%时，该风力发电机的电力为多少？【审查问题】风通过风力发电机后，速度减少表示风的动能转换成电能，但注意到减少的动能并不是全部转换成电能，存在效率问题。【解析】风力发电将风的动能转换为电能，探讨时间t内的这种转换。 在此期间，通过风力发电机的空气以s为底，v0t为高横置的空气柱，其质量为m=Sv0t，以风力发电机减少的动能发电，电力为p代入数据解P=53kW图5-6为了解决这样的问题，要注意研究对象的选定，选择t时间内通过风力发电机的空气作为研究对象、单位时间内通过风力发电机的空气作为研究对象、还是单位长度的空气作为研究对象。例6 :如图56所示，斜面倾斜角为，滑块质量为m，滑块和斜面的动摩擦系数为，从挡板开始以v0的速度沿着斜面上升，重力使沿着斜面的分力比滑动摩擦力大，每次与p碰撞时前后的速度的大小不变化，斜面足够长【审查问题】在这个问题上，滑块的初速沿着斜面向上，而且是多次的碰撞问题，所以用运动学式无法解决，但每次碰撞都没有能量损失，这暗示了可以应用动能定理。以滑块为研究对象，因为沿着重力斜面的分力比滑动摩擦力大，滑块最终必定停在挡板上，在这个过程中只有重力和摩擦力对滑块起作用，所以可以从动能的定理中得到s=【总结】分析全过程，应用动能定理解决这个问题可以大大简化这个问题，但要注意分析力的工作特征。 在这个问题上，重力做正功，并且与路径无关，摩擦力总是做负功，与程度成比例。3、掌握扣留保存条件、初末状态，体现保存法的优势在物理变化的过程中，总是存在一定的关系和不变的量，在讨论一个物理变化的过程时，分析其中各个量和量的变化的关系，找出整个过程和过程前后存在的不变的关系和不变的量，是研究这一变化的过程的中心。 这是物理学中最常用的想法保存法。 高中阶段有关的保存量主要是具有普遍意义的“能量”和条件限制下的“机械能”，这里主要阐述机械能保存规律的应用。首先是机械能是否保存的判断，是能否适用机械能守恒定律的前提。 机械能守恒的条件是，只有重力和弹性能工作。 这句话本身很粗略，实际上，要分析一个物体的机械能是否存在，首先可以对该物体施加力进行分析，该物体只受到重力或弹力时，该物体的机械能一定存在，而受到其他力时，其他力在工作。 其他的力不工作的话，机械能也保存，其他的力也工作的情况下，这些力是工作的代数和零，如果工作的代数和零，机械能也保存。 有时对系统来说，有时无法判断力量起作用的状况，也可以从能量转换的观点来判断。 只要系统内只是动能与势能的相互转换，没有机械能和其他形式能量的转换，系统的机械能就被保存。确定机械能守恒后，可基于机械能守恒方程的列方程解决问题，机械能守恒方程主要包括：(1)即在机械能守恒过程中，任意两种状态的机械能总量相等。(2)即，当存储机械能时，系统增加(或减少)的动能与系统减少(或增加)的势能相等。(3)也就是说，在存储由两个部分a、b组成的系统机械能的情况下，a部分增加(或减少)的机械能等于b部分减少(或增加)的机械能。以上各式是标量式，后面两个式研究变化量，所以不需要选择零电势面，一些问题利用它们解决非常方便，但是哪个能量增加，哪个能量减少，哪个物体的机械能增加，哪个物体的机械能增加可以从以下两个角度理解能量守恒定律(1)某种形式的能量减少，必定会增加其他形式的能量，并且减少量和增加量相等。o.o图5-7(2)一个物体的能量减少，必须增加另一个物体的能量，并且减少量和增加量相等。例7 :如图5-7所示，长度l轻的绳索一端固定在o点上，另一端连接质量m的球。 用外力把球伸到图示的位置，拉伸绳索，在超过o点的水平面上，与水平面形成角度。 从静止中放开球，求出球通过o点正下方时绳索的拉伸大小。图58【审查问题】必须深入分析本问题。 在绳子笔直伸展到小球有拉力的短暂过程中，不能无视机械能的损失，小球从初始位置到最后位置，在机械能守恒方程中求出最低点速度。【解析】选择小球作为研究对象，将其运动过程分三个阶段如图5-8所示(1)从a向b的自由落下运动根据机械能守恒定律： mgl=mvB2(2)在b位置有短绳索对球工作的过程，球的速度从垂直向下的vB变化为切线方向的VB，动能减少vb=vbcos30(3)球从b点到c点的曲线运动、机械能守恒mvB/2 mgl(1-cos60)=mvC2在c点从牛顿的第二定律得到T-mg=m联立以上的方程式可解为T=mg【总结】分析这个问题时，要注意在绳子紧张的瞬间有机械能损失，即不能通过全过程机械能守恒定律来解决，但可以通过这一瞬间之前和之后的两个过程机械能守恒定律来解决。甲组联赛乙级联赛o.o图5图9如图5-9所示，有轻杆AB，可以以o点为中心在垂直平面内自由旋转，在AB端固定质量m的球，OA和OB的长度分别为2a和a，开始时，AB静止在水平位置，释放后，AB杆旋转到垂直位置，a和b两端的球的速度为因为两个球固定在光杆的两端，所以和杆一起旋转时，由于具有相同的角速度，所以在旋转中，两个球的线速度与半径成正比。 同时，在两个小球转动的时候，杆要注意它们的工作。