知识讲解 机械能守恒定理复习与巩固基础

1、机械能守恒定理复习与巩固【学习目标】1.做功的计算方法。2.动能定理的内容及其应用3.机械能守恒定律内容及其与其他运动形式的综合应用4.能量守恒定律及应用【知识网络】【要点梳理】要点一、功要点诠释：1功的概念（1）定义：物体受到力的作用，并且在力的方向上发生了一段位移，我们说力对物体做了功。（2）功的定义式：W=Fcos（3）功的单位：国际制单位是焦耳，符号J。（4）功是标量，只有大小，没有方向。2关于总功的计算一个物体往往同时在若干个力作用下发生位移，每个力都可能做功，它们所做的功产生的效果，即是总功产生的效果。总功的计算一般有两个途径：（1）对物体受力分析，求合力，再求合力做功总功。（2）

2、对物体受力分析，确定每个力的方向（或反方向）上的位移，求出每个力所做的功，然后再求它们的代数和总功。要点二、功率要点诠释：1物理意义功率是表示做功快慢的物理量。所谓做功快慢的实质是物体（或系统）能量转化的快慢。2功率的大小力做的功和做这些功所用时间的比值叫功率，即：P=Fvcos，其中是力与速度间的夹角这两种表达形式在使用中应注意：(1) 是求一个力在t时间内做功的平均功率。(2)P= Fvcos有两种用法：求某一时刻的瞬时功率。这时F是该时刻的作用力大小，v取瞬时值，对应的P为F在该时刻的瞬时功率；求某一段时间内的平均功率。当v为某段时间（位移）内的平均速度时，要求在这段时间（位移）内F为恒

3、力，对应的P为F在该段时间内的平均功率。3.机车启动的两种方式（1）恒定功率P0（一般以额定功率）的加速依公式P=Fv可知，P不变，随着汽车速度v的增加，F只能逐渐减小；物体的加速度，尽管F减小，但Ff，故汽车做加速度逐渐减小的加速运动，直到a=0；以后汽车做匀速直线运动。当牵引力F=f（a=0）时，汽车具有最大速度。（2）恒定牵引力的加速（即恒定加速度启动）要点三、重力势能要点诠释：1.重力势能2.重力做功跟重力势能变化的关系重力势能的变化过程，也是重力做功的过程，二者的关系为，表示在初位置的重力势能，表示在末位置的重力势能（1）当物体由高处运动到低处时，表明重力做正功时，重力势能减少，减少

4、的重力势能等于重力所做的功。（2）当物体由低处运动到高处时，表明重力做负功时（即物体克服重力做功），重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。要点四、动能定理要点诠释：1.内容力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。这个结论叫动能定理。另一表述：合外力对物体所做的总功等于物体动能的变化。2.表达式是外力所做的总功，、分别表示初、末状态的动能。要点五、机械能守恒定律要点诠释：1.机械能物体的动能和势能之和称为物体的机械能。（势能包含重力势能和弹性势能）2.机械能守恒定律（1）机械能守恒定律的内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能

5、保持不变，这叫做机械能守恒定律。3.机械能守恒定律的三种表达式（1）守恒的观点：，即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能与势能之和。（2）转化的观点：，即动能的减少量等于势能的增加量。（3）转移观点：，即由A、B两个物体组成的系统中，A物体的机械能的减少量等于B物体机械能的增加量。要点六、能量转化和守恒定律要点诠释：1.内容能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。2.定律的表达式3.注意（1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量一定和增加量相等。（2）某个物体的能量减少，一定存在其

6、他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。4.功是能量转化的量度。做了多少功就有多少能量发生了转化。重力做功等于重力势能的变化；合外力做功等于物体动能的变化。【典型例题】类型一、功的计算问题例1、如图所示，两物体与水平地面间动摩擦因数相同，他们的质量相等，用力F1拉甲物体，用力F2推乙物体。两种情况下两物体均做匀速运动，经相同位移，则F1和F2对物体所做的功W1和W2它们的关系为（ ）ABCD无法比较甲乙F1F2思路点拨：比较F1与F2做功的大小，根据做功的两个要素，力和力的方向上的位移，已知位移相等，只须比较F1与F2在水平位移方向上的分量。解析：对甲、乙两物进行受力分析，如图所示。两物体

7、均做匀速运动，处于平衡态。相同正确的选项：C答案：C总结升华：判断做功问题先要进行受力分析，注意力的方向与位移的关系，并分清哪些力做功哪些力不做功等问题。例2、在足球比赛中，甲队队员在乙队禁区附近主罚定位球，并将球从球门右上角贴着球门射入如图所示，已知球门高度为h，足球飞入球门时的速度为v，足球质量为m，不计空气阻力和足球的大小，则该队员对足球做的功为( )A B Cmgh D 【答案】B 【解析】对被踢出去的足球运用动能定理，队员对足球做的功等于足球动能的变化，即，而足球在运动过程中，只有重力做功，足球机械能守恒，即故选B举一反三【高清课程：机械能复习与巩固 例题1】【变式】如图所示，子弹水

8、平射入木块，在射穿前的某时刻，子弹进入木块深度为d，木块位移为s，设子弹与木块相互作用力大小为f，则此过程中 木块对子弹做功Wf子= ；子弹对木块做功Wf木= ；一对作用力与反作用力f对系统做功Wf系= ；答案：-f(s+d)；fs；-fd类型二、机车启动问题例3、质量为m4000 kg的卡车，额定输出功率为P60 kW当它从静止出发沿坡路前进时，每行驶100 m，升高5 m，所受阻力大小为车重的0.1倍，g取10 m/s2，试求： (1)卡车能否保持牵引力为8000 N不变在坡路上行驶? (2)卡车在坡路上行驶时能达到的最大速度为多大？这时牵引力为多大? (3)如果卡车用4000 N的牵引力

9、以12 m/s的初速度上坡，到达坡顶时，速度为4 m/s，那么卡车在这一段路程中的最大功率为多少？平均功率是多少？【思路点拨】汽车能否保持牵引力为8000 N上坡要考虑两点：第一，牵引力是否大于阻力？第二，汽车若一直加速，其功率是否将超过额定功率，依PF·v解【解析】分析汽车上坡过程中受力情况如图所示：牵引力F，重力mg4×104 N，Ffkmg4×103 N，支持力FN，依题意(1)汽车上坡时，若F8000 N，而6×103N，即，汽车将加速上坡，速度不断增大，其输出功率PFv也不断增大，长时间后，将超出其额定输出功率所以，汽车不能保持牵引力为8000

10、 N不变上坡 (2)汽车上坡时，速度越来越大，必须不断减小牵引力保证输出功率不超过额定输出功率当牵引力FFf + mgsin时，汽车加速度为零，速度增大到最大，设为vmax，则 这时牵引力FFf + mgsin6×103 N (3)若牵引力F4000 N，汽车上坡时，速度不断减小，所以，最初的功率即为最大， PFv4000×12 W4.8×104 W 整个过程中，平均功率为【总结升华：】本题考查了汽车牵引力恒定时功率的计算不少同学在得到后，立即作出结论：汽车可以保持牵引力8000 N不变上坡，而没有考虑到汽车由于加速，速度不断增大，其功率不断增大，如果坡路足够长，

11、这种运动方式是不允许的举一反三【高清课程：机械能复习与巩固 例题2】【变式1】一质量为4.0´103kg的汽车从静止开始以加速度a = 0.5m/s2做匀加速直线运动，其发动机的额定功率P = 60kW，汽车所受阻力为车重的0.1倍，g = 10m/s2，求：(1)启动后2s末发动机的输出功率(2)匀加速直线运动所能维持的时间(3)汽车所能达到的最大速度【答案】(1)6000W；（2）20s；（3）15m/s 【变式2】质量吨的机车，沿长为米、坡度为0.015的斜面向上运动，受阻力为车重的0.003倍，列车上坡后速度由20m/s减到10m/s，求机车的平均功率？（g取10米/秒2）解

12、析：据题意，坡长，坡度是0.015，坡高为15米。以机车为研究对象。沿坡面上行：速度减小，动能损失，必然是外力做功的结果，车共受四个力，如图。其中两个力做负功，一个力做正功、一个力不做功。设：机车的平均功率为P，发动机施于车的牵引力所做的功根据动能定理：就有：机车匀减速上行：就有 代入得：答案：平均功率为9×105瓦特。类型三、动能定理的应用例4、如图所示，质量为m的小球被用细绳经过光滑小孔而牵引在光滑水平面上做圆周运动，拉力为值时，小球仍做匀速圆周运动，转动半径为，求此过程中拉力F所做的功。思路点拨：细绳的拉力是变力，提供小球做匀速圆周运动的向心力，应用动能定理列方程。解析：由（1

13、）（2）（3）式得总结升华：此题是变力做功问题。用动能定理解决变力做功的方法：一般不直接求功，而是分析动能变化再由动能定理求功。举一反三【高清课程：机械能复习与巩固 例题7】【变式1】一质量 m=2kg的物块，放在高h=2m的平台上，现受一水平推力F=10N ，由静止开始运动，物块与平台间的动摩擦因数=0.2。当物块滑行了s1= 5m 时撤去F ，继续向前滑行s2=5m 后飞出平台，不计空气阻力，求物块落地时速度的大小?【答案】【变式2】有一研究性学习小组研究了这样一个课题：人从高处跳下超过多大高度时容易造成骨折他们查得这样一些资料；一般成人的胫骨的极限抗压强度为p=1. 5×108

14、 Pa，胫骨的最小面积S=3.2×10-4 m2.假若一个质量为50 kg的人，从一定的高度直膝双足落地，落地时其重心又下降了约h=l. 0×10-2 m，请你估算一下：当这个高度H超过多少米时，就可能导致胫骨骨折（计算结果保留两位有效数字，取g=10 m/s2）解析：人的胫骨能承受的最大作用力由动能定理得,解得H=1.9 m【变式3】一辆汽车的质量是5×103 kg，发动机的额定功率为60 kW,汽车所受阻力恒为5 000 N，如果汽车从静止开始以0. 5 m/s2的加速度做匀加速直线运动，功率达到最大后又以额定功率运动了一段距离后汽车达到了最大速度，在整个过程

15、中，汽车运动了125 m问在这个过程中，汽车发动机的牵引力做功多少？下面是甲、乙两位同学的解法：甲同学：乙同学：F=maf=7500 N.W=Fs=7 500×125 J =9. 375×105 J.请对上述两位同学的解法做出评价，若都不同意请给出你的解法解析：甲、乙两位同学的解法都不正确甲同学把125 m全部当做匀加速直线运动的位移，求出运动时间t，这一步就错了，然后又用公式W=Pt来求牵引力做功，而汽车在做匀加速运动的过程中功率是逐渐变大的，这一步骤又错了而乙同学的做法中，第一步是正确的，但力F是汽车做匀加速运动时的牵引力，当汽车以额定功率行驶时，牵引力是变力，做功不能

16、用W=Fs来计算正确的解法是：汽车行驶的最大速度为 根据动能定理得，类型四、功能关系例5、如图，质量为、长度为的小车静止在光滑的水平面上质量为的小物块（可视为质点）放在小车的最左端现用一水平恒力作用在小物块上，使物块从静止开始做匀加速直线运动物块和小车之间的摩擦力为物块滑到小车的最右端时，小车运动的距离为在这个过程中，以下结论正确的是（ ）物块到达小车最右端时具有的动能为物块到达小车最右端时，小车具有的动能为物块克服摩擦力所做的功为物块和小车增加的机械能为MmFl思路点拨：此题主要分清能量的变化问题及做功问题。解析：物块到达小车最右端时具有的动能为合外力做功即：，故A错；小车的动能即摩擦力对小

17、车做的功，故B正确；物体克服摩擦力做功为，故C正确；物块和小车增加的机械能为 除重力以外的力做的功，即，故 D错；答案：BC总结升华：合外力对小车做的功等于物体动能的变化；除重力以外的力做的功等于系统机械能的增加。举一反三【高清课程：机械能复习与巩固 例题2】【变式】一质量为m的物体以某一速度从A点冲上一个倾角为30°的斜面，其运动的加速度为3g/4。这个物体在斜面上上升的最大高度为h，则在这过程中（ ） A物体的重力势能增加了3mgh/4 B物体的机械能损失了mgh/2 C物体的动能损失了mghD物体的重力势能增加了mgh【答案】BD类型五、机械能、能量守恒问题例6、如图所示，一固

18、定在竖直平面内的光滑的半圆形轨道ABC，其半径r0.40 m，轨道在C处与动摩擦因数0.20的水平地面相切在水平地面的D点放一静止的质量m1.0 kg的小物块，现给它施加一水平向左的恒力F，当它运动到C点时，撤去恒力F，结果小物块恰好通过A点而不对轨道产生作用力已知CD间的距离s1.0 m，g取10 m/s2求： (1)小物块通过A点时的速度大小；(2)恒力F的大小【思路点拨】分析清楚物块在每一阶段的运动形式和适用的规律是关键。【解析】(1)小物块通过A点时，只有重力提供向心力，有，解得 (2)小物块从C到A的过程，由机械能守恒定律，有 小物块从D到C的过程，由动能定理，有 ，解得F12 N【总结