【强烈推荐】高考物理复习资料大全第五章机械能守恒定律

1、 第五章机械能守恒定律考纲要览 考向预测纵观近几年高考,对本章考查的热点包括功和功率、动能定理、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律.考查的特点是灵活性强、综合面大、能力要求高.涉及本章知识的命题不仅年年有、题型全、份量重,而且多年的高考压轴题均与本章的功和能知识有关.解题时需对物体或系统的运动过程进行详细分析、挖掘隐含条件,寻找临界点,综合使用动量守恒、机械能守恒或能的转化与守恒定律求解.第1课时追寻守恒量功基础知识回顾1.追寻守恒量(1 能量:简称"能".物质运动的一般量度.任何物质都离不开运动,如引力运动、机械运动、分子热运动、电磁运动、化学运动、原子核与基本粒子运动.

2、等.对运动所能作的最一般的量度就是能量,用数学的语言说,能量是物质运动状态的一个单值函数.相应于不同形式的运动,能量分为机械能、内能、电能、磁能、化学能、原子能等.当物质的运动形式发生转变时,能量形式同时发生转变.能量可以在物质之间发生传递,这种传递过程就是作功或传递热量.例如,河水冲击水力发电机作功的过程就是河水的机械能传递给发电机,并转变为电能.自然界一切过程都服从能量转化和守恒定律,物体要对外界作功,就必须消耗本身的能量或从别处得到能量的补充.因此.一个物体的能量愈大,它对外界就有可能做更多的功.(2 机械能:物质机械运动的量度.包括动能、重力势能和弹性势能.(3 动能:物体由于运动而具

3、有的能量.(4 势能:相互作用的物体凭借其位置而具有的能量.2.功的概念(1定义:一个物体受到力的作用,如果在力的方向上发生一段位移,就说这个力做了功.(2做功的两个必要条件:a、力;b、物体在力的方向上发生位移.(3功的单位:在国际单位制中,功的单位是焦耳,符号J,其物理意义是:1J等于1N的力使物体在力的方向上发生1m的位移时所做的功.(4功是标量,只有大小,没有方向.(5功是过程量,即做功必定对应一个过程(位移应明确是哪个力在哪个过程中对哪个物体做功.3、功的计算(1功的一般计算公式:W=Flcos(2条件:适用于恆力所做的功(3字母意义:F力l物体对地位移F、l正方向之间的夹角4、正负

4、功的意义(1根据功的计算公式W=Flcos可得到以下几种情况:当=90o时,cos=0,则W=0即力对物体不做功;当00<90o时,cos>0,则W>0,即力对物体做正功;当90o<180o时,则cos<0,即力对物体做负功,也常说成物体克服这个力做功; 阳光家教网 高中(高考物理复习资料第2课时 功率基础知识回顾1.功率的概念(1功W 跟完成这些功所用的时间t 的比值叫做功率.(2物理意义:描述做功的快慢. (3单位:在国际单位制中,功率的单位是瓦特,符号W.2.功率的计算(1功率的计算公式tPW =(2平均功率与瞬时功率FvP Fv ts F t W P Fs

5、 W =00cos cos cos 式中当v 是平均速度时,功率P 是平均功率;当v 是瞬时速度时,功率P 是瞬时功率; 其区别在于:平均功率粗略描述做功的快慢;瞬时功率精确描述做功快慢.3.机械的额定功率与实际功率任何机械都有一个标牌,标牌上所注功率为这部机械的额定功率.它是提供人们对机械进行选择、配置的一个重要参数,它反映了机械的做功能力或机械所能承担的“任务”.机械运行过程中的功率是实际功率.机械的实际功率可以小于其额定功率(称机械没吃饱,可以等于其额定功率(称满负荷运行,还可以在短时间内略大于其额定功率(称超负荷运行.机械不能长时间处于超负荷运行,这样会损坏机械设备,缩短其使用寿命.重

6、点难点例析一、 功率的计算1.平均功率即某一过程的功率,其计算既可用tWP =,也可用P = F ·v 2.瞬时功率即某一时刻的功率,其计算只能用P =F ·v【例1】一个质量为m 的物体,从高度为h ,长度为L 的光滑斜面顶端由静止开始下滑,求物体到达斜面底端时重力做功的功率?【解析】本题所求重力做功的功率,应为瞬时功率 P =mgv cos,而速度v 是沿着斜面向下的.如图5-2-1,设斜面的倾角为,根据sin 22gL al v =而=(90°-,所以Lgh mgh gL mg mgv P /2sin sin 2cos =【点拨】本题主要考查对瞬时功率的计算

7、,要求同学们对三角关系理解通彻,并且灵活运用公式.拓展从空中以40m/s 的初速度沿着水平方向抛出一个重为10N 的物体,不计空气阻力,取g=10m/s 2,求(1在抛出后3s 内重力的功率.(2在抛出后3s 时重力的功率(设3s 时未落地.【解析】 (13s 内的功率是指平均功率,3s 内重力做功221gt mg mgh W c =, W gt mg t W P C 150310211021=(2 3s 时的功率是指瞬时功率,应用cos Fv P =求解,结合平抛知识得=y mgv Fv P cosmg·gt =10×10×3=300W二、机车的启动问题发动机的

8、额定功率是指牵引力的功率,而不是合外力的功率.P =Fv 中,F 指的是牵引力.在P 一定时,F 与v 成反比;在F 一定时,P 与v 成正比. 1.在额定功率下启动对车在水平方向上受力分析如图5-2-2,由公式P =Fv 和F-f=ma 知,由于P 恒定,随着v 的增大,F 必将减小,a 也必将减小,汽车做加速度不断减小的加速运动,直到F =f ,a =0,这时v 达到最大值fP F P v m m m =.可见,恒定功率的加速一定不是匀加速.这种图5-2-1 操作过程如下:(1在Visual FoxPro系统主菜单中选择“文件”新建”命令,进入“新建”窗口。(2在“新建”窗口中选择单选按钮

9、“表”,再单击“向导”按钮,进入“表向导”的步骤一窗口。如图3-8所示。 图3-8(3在“表向导”的步骤一窗口,在“样表”列表框中选择可作为“样本”的表;如果没有可作为样本的表,可单击“加入”按钮,弹出“打开”窗口。在这一窗口,输入可作为“样本”表名“业主”,单击“确定”按钮,将其添加到“样本”框中,选中它作为“样本”。如图3-9所示。 图3-9(4在“样表”对话框中,选择作为“样表”的表“业主”,这时在“可用字段”列表框中将显示出该表中的全部字段名,用户便可选择所需的字段。(5 选择是否加入数据库在该窗口中,如图3-10所示,选择“创建独立的自由表”单选按钮(如果建立数据库表,则选择“将表添

10、加到下列数据库”单选按钮,然后在下面的数据库下拉列表框中选择一个需要的数据库,然后单击“下一步”按钮,进入表向导的“步骤2-修改字段设置”窗口。1mv 2 图3-10(6 修改字段这一步可以对选定的字段进行需要的修改。可修改的内容有字段名、字段类型、字段宽度、字段是否为NULL以及小数位数。这里,仅需要把“进价”字段改成“单价”即可,然后单击“下一步”按钮,进入表向导的“步骤3-为表建索引”窗口。(7如果想建立所需的索引文件,先要选择索引文件的索引字段;(8“保存表以备将来使用”:只保存表;“保存表,然后浏览该表”:保存表,并进入表浏览窗口;“保存表,然后在表设计器中修改该表”:保存表,并进入

11、表设计器窗口。实验3-4在表“员工”中插入一个新的字段“年龄”。(1根据功的公式W = Fscos(只能求恒力的功. (2根据功率求功W =Pt (P 应是恒定功率或平均功率.(3根据动能定理求功:21222121mv mv W -= (W 为合外力总功.重点难点例析一、动能定理的理解1.动能定理的公式是标量式,v 为物体相对于同一参照系的瞬时速度.2.动能定理的研究对象是单一物体,或可看成单一物体的物体系.3.动能定理适用于物体做直线运动,也适用于物体做曲线运动;适用于恒力做功,也适用于变力做功;力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以分段作用.只要求出在作用的过程中各力所做功的总和即可

12、.这些正是动能定理的优越性所在.4.若物体运动过程中包含几个不同的过程,应用动能定理时可以分段考虑,也可以将全过程视为一个整体来考虑.【例1】一个物体从斜面上高h 处由静止滑下并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止,测得停止处对开始运动处的水平距离为S ,如图5-3-1,不考虑物体滑至斜面底端的碰撞作用,并设斜面与水平面对物体的动摩擦因数相同.求动摩擦因数.【解析】 设该斜面倾角为,斜坡长为l ,则物体沿斜面下滑时,重力和摩擦力在斜面上的功分别为:mgh mgl W G =sin 图3-14(7在“Microsoft Visual FoxPro”系统提示窗口,单击“是”按钮,以确认修改后的表结构

13、。实验3-5通过菜单用“浏览器“窗口浏览“业主”表。操作过程如下: 图5-3-7则下列关系式中正确的是( ACD 角处,在此 过程中人所做的功 B .mv 02 取10m/s 2.图5-3-8图5-3-10 第4课时势能机械能守恒定律基础知识回顾1、重力势能(1定义:由物体与地球之间的相对位置所决定的能叫重力势能.(2公式:E P=mgh(3说明:重力势能是标量.重力势能是相对的,是相对零势面而言的,只有选定零势面以后,才能具体确定重力势能的量值,故E P=mgh中的h是物体相对零势面的距离.一般我们取地面为零势面.重力势能可正,可负,可为零.若物体在零势面上方,重力势能为正;物体在零势面下方

14、,重力势能为负;物体处在零势面上,重力势能为零.重力势能属于物体和地球共有.通常所说“物体的重力势能”实际上是一种不严谨的习惯说法.重力势能是相对的,但重力势能的变化却是绝对的,即与零势能面的选择无关.2、重力做功(1公式:W G=mgh h为初、末位置间的高度差.(2特点:重力做功与路径无关,只与初、末位置有关(即由初末位置间的高度差决定.3、重力做功与重力势能变化间的关系重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加。重力所做的功等于重力势能变化量的负值,即:W G=-E P=-(E P2-E P1=-(mgh2-mgh1=E P1-E P24、弹性势能(1定义:发生弹性形变的物体,由

15、其各部分间的相对位置所决定的能,称为弹性势能.(2说明:弹性势能是标量.劲度系数越大,形变越大,弹性势能越大(可多记公式:E P=Kx2/2.弹力所做的功与弹性势能的改变的关系跟重力做功与重力势能的改变的关系相同,即弹力所做的功也等于弹性势能改变量的负值.5.机械能(1定义:机械能是物体动能、重力势能、弹性势能的统称,也可以说成物体动能和势能之总和.(2说明机械能是标量,单位为焦耳(J.机械能中的势能只包括重力势能和弹性势能,不包括其他各种势能.6.机械能守恒定律(1内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与重力势能可以相互转化,而总的机械能保持不变.(2表达式E1=E2或E k1+E P

16、1=E K2+E P2重点难点例析一、重力做功的特点1.重力做功与路径无关,只与物体的始末位置的高度差和重力大小有关.2.重力做功的大小W G=mgh,h为始末位置的高度差.3.重力做正功,物体重力势能减少;重力做负功,物体重力势能增加.【例1】沿着高度相同,坡度不同,粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端,以下说法中正确的是(A.沿坡度小,长度大的斜面上升克服重力做的功多B.沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的 图5-4-1 图5-4-7 5-4-6 第5课时机械能守恒定律的应用基础知识回顾1.应用机械能守恒定律解决力学问题先分析研究对象在运动过程中的受力情况,并确定各力的做功情况,

17、在动能和重力势能的相互转化中,如果只有重力(或弹力做功,就可以用机械能守恒定律求解.2.应用机械能守恒定律解题可以只考虑物体运动的初状态和末状态,不必考虑运动过程.3.应用机械能守恒定律解题的思路与方法(1选择研究对象物体或物体系(2对研究对象所经历的过程,进行受力分析,做功情况分析,判断机械能是否守恒(3选择初、末状态及参考平面,确定研究对象在初、末状态的机械能(4根据机械能守恒定律列方程或方程组(5求解、检查、作答4.机械能守恒定律与动能定理的比较机械能守恒定律和动能定理是本章的两个重点内容,也是力学中的两个基本规律,在物理学中占有重要的地位,两者既有区别也有相同之处.(1相同点:都是从功

18、和能量的角度来研究物体动力学问题.(2不同点:解题范围不同,动能定理的范围相对来说要大些.研究对象及角度不同,动能定理一般来说是研究单个物体在研究过程中合外力做功与动能的变化,而机械能守恒定律只要满足其成立条件,则只需找出系统初、末状态的机械能即可.5.几种常见的功和能量转化的关系(1合外力对物体所做的功等于物体动能的变化: W合=E K2-E K1此即动能定理.(2只有重力(或弹力做功时,物体的机械能守恒:E1=E2(3重力做功(或弹力做功与重力势能的变化(或弹性势能的变化的关系:W G=-E P=E P1-E P2(4重力和弹簧弹力之外的其它外力对物体所做的功W F,等于物体机械能的变化,

19、即W F=E=E2-E1W F>0,机械能增加.W F<0,机械能减少.重点难点例析一、应用机械能守恒定律解题的步骤:1.根据题意选取研究对象(物体或系统;2.分析研究对象在运动过程中的受力情况以及各力做功的情况,判断机械能是否守恒;3.确定运动的始末状态,选取零势能面,并确定研究对象在始、末状态时的机械能;4.根据机械能守恒定律列出方程进行求解注意:列式时,要养成这样的习惯,等式作左边是初状态的机械能而等式右边是末状态的机械能,这样有助于分析的条理性.【例1】如图5-5-1所示,光滑的倾斜轨道与半径为R的圆形轨道相连接,质量为m的小球在倾斜轨道上由静止释放,要使小球恰能通过圆形轨

20、道的最高点,小球释放点离圆形轨道最低点多高?通过轨道点最低点时球对轨道压力多大?【解析】小球在运动过程中,受到重力和轨道支持力,轨道支持力对小球不做功,只有重力做功,小球机械能守恒.取轨道最低点为零重力势能面.因小球恰能通过圆轨道的最高点C,说明此时,轨道对小球作用力为零,只有重力提供向心力,根据牛顿第二定律可列Rvmm g c2=得图5-5-1 图5-5-2 图5-5-13 球的机械能 ,则小球的水平射程s 的变化情况是 第6课时功能关系能量守恒定律基础知识回顾 第7课时实验:探究功与速度变化的关系基础知识回顾图5-6-9 图5-7-6 第8课时 实验:验证机械能守恒定律基础知识回顾1.实验

21、目的:验证机械守恒定律.2.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;低压交流电源.3.实验原理:物体只在重力作用下自由落体时,物体机械能守恒,即减少的重力势能等于增加的动能.如果物体下落高度h 时速度为v ,则有mv 2/2=mgh .借助于打了点的纸带测出物体下降的高度h 和对应速度v ,即可验证物体自由下落时机械能是否守恒. 测定第n 点的瞬时速度的方法是:测出第n 点前、后两段相等时间T 内下落的距离S n 、S n+1,由公式v n =S n +S n+1/2T 求出,如图5-8-1.4.实验步骤(1在铁架台上安装好打点计时器,用导

22、线接好打点计时器与低压交流电源. (2将纸带的一端固定在重锤的夹子上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用竖直提起的纸带使重锤靠在打点计时器附近. (3先接通电源,再放开纸带,让重锤自由下落. (4换上新纸带,重复实验几次,得到几条打好的纸带.(5选择点迹清晰,且第一、二两点间距离接近2mm 的纸带,起始点标O ,依次确定几个计算点1、2、3(6用刻度尺测量下落高度h 1、h 2、h 3,计算各计数点对应的重锤瞬时速度.(7计算各计数点对应的势能减少量mgh n 和动mv n 2/2,进行比较.5.注意事项:(1打点计时器的安装要稳固,并使两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力.(2实验中,需保持

23、提纸带的手不动,待接通电源,打点计时器工作稳定后再松开纸带让重物下落. (3选取纸带时,本着点迹清晰且第一、二两点间距离接近2mm 的原则(为什么?.(4测下落高度时,须从起点量起,并且各点下落的高度要一次测定.(5不需测出物体质量,只需验证v n 2/2=gh n 就行.(6重锤要选密度大的,体积小的.重点难点例析一.实验原理的理解:1.因为打点计时器每隔0.02 s 打点一次,在最初的0.02 s 内物体下落距离应为0.002 m ,所以应从几条纸带中尽量挑选点迹清晰呈一直线且第一、二点间接近2 mm 的纸带进行测量;二是在纸带上所选的点应该是连续相邻的点,每相邻两点时间间隔 t =0.0

24、2 s.2.因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数Sn Sn+1图5-8-1 9课时单元综合提升识网络构建cos00= 时 Fv P =mgh =2 00900 力F 做正功090= 力F 不做功0018090 力F 做负功和x 决定12K K E - 121221mgh mv mgh +=+ 图5-9-5 1利用总电阻10R =的线路向外输送风力发电机产生的电能.输送功率0300kW P =输电电压10kW U =,求异线上损失的功率与图5-9-7 x4.(2008江苏如图5-9-8所示,两光滑斜面的倾角O O图5-9-9 【解析】(1从图中可以看邮,在t =2s 内运动员做匀加速运动,

25、其加速度大小为216=t v a t m/s 2=8m/s 2设此过程中运动员受到的阻力大小为f ,根据牛顿第二定律,有mg -f =ma f =m (g -a =80×(10-8N =160N(3对比实验结果与理论计算得到的s 2h 关系图5-9-11图5-9-12 图5-9-13mv22 由系统的水平方向动量守恒定律有:mv1 = mv2 对滑块与挡板接触到速度刚好变为零的过程中,挡板阻力对滑块的冲量为: 44单元滚动训练(此是没合并的吧?一、选择题1.跳伞运动员在刚跳离飞机其降落伞尚未打开的一段时间内,则( 空气阻力做负功 重力势能增加 动能增加 空气阻力做正功 以上说法中正确

26、的是 A. B. C. D.2.关于一对作用力与反作用力的功 ,则 如果其中一个力做正功,另一个力必做负功. 一对作用力与反作用力做功的代数和必为零. 这两个力可能同时都做正功或同时都做负功. 一对作用力与反作用力做功的代数和不一定为0. 以上说法中正确的是( A. B. C. D.只有3.如图所示,质量均为m 的a 、b 两球固定在轻杆的两端,杆可绕O 点在竖直面内无摩擦转动,已知两物体距O 点的距离L 1>L 2,现由图示位置内静止释放,则在a 下降过程中( A 杆对a 不做功B 杆对b 不做功C 杆对a 做负功D 杆对b 做负功 4.某消防队员从一平台上跳下,下落2m 后双脚触地,

27、接着他用双腿弯曲的方法缓冲,使自身重心又下降了0.5m ,在着地过程中地面对他双脚的平均作用力是( A 自身重力的2倍B 自身重力的5倍C 自身重力的8倍D 自身重力的10倍5.在滑冰场上,甲、乙两小孩分别坐在滑冰板上,原来静止不动,在相互猛推一下后分别向相反方向运动。假定两板与冰面间的摩擦因数相同。已知甲在冰上滑行的距离比乙远,这是由于( A 在推的过程中,甲推乙的力小于乙推甲的力B 在推的过程中,甲推乙的时间小于乙推甲的时间C 在刚分开时,甲的初速度大于乙的初速度D 在分开后,甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小二、填空题6.一条传送带始终水平匀速运动,将一个质量为m =20Kg 的货物无

28、初速地放到传m m L 1 L 2o a b 45送带上,货物从放上到跟传送带一起匀速运动经过的时间是0.8s ,滑行的距离是1.2m ,则货物与传送带间的动摩擦因数= ;这个过程中,动力对传送带多做的功是 J7.如图所示为重物系一纸带通过打点计时器做自由落体运动时得到的实际点迹,测得A 、B 、C 、D 、E 、F 五个点与第一个点O 之间的距离分别是19.50、23.59、28.07、32.94、38.20、(单位cm 。已知当地的重力加速度的值为g=9.8m/s 2,交流电的频率f=50Hz(1从O 点开始计时,则D 点是打点计时器打下的第 个点(不含O 点 (2以D 点为例,从O 点到D 点重物的重力势能减少了 J ,动能增加了J ,可得出的结论是 . .三、计算题8.一列火车在机车牵引下沿水平轨道行驶,经过时间t ,其速度由O 增加到V o ,已知列车总质量为m ,机车功率P 保持不变,列车所受阻力f 为恒力,求这段时间内列车通过的路程.9.一杂技运动员骑摩托车沿一竖直圆轨道如图所示做特技表演,若车的速度的大小恒为20m/s 2,人与车质量之和为200kg ,轮胎与轨道间的动摩擦因数为= 0.1,车通过最低点A 时,发动机功率为12K