精讲物理知识6：机械能

精讲物理知识6：机械能一、功和功率【功】1.概念:如果一个物体受到力的作用，并且在力的方向上发生了一段位移，我们就说这个力对物体做了功。2.公式:W=Flcosα。(1)通常用公式W=Flcosα计算力F所做功时要求力F是恒力。(2)力F与功V具有对应性，力F所做的功W只取决于力F，位移l及两者夹角α，与物体是否受到其他作用力无关。(3)式中/是物体在力作用的时间内相对于地面发生的位移。(4)α是力F与位移|之间的夹角，0°≤≤180°。(5)公式W=Flcosα可理解为W=(Fcosα)·l，即力F所做功等于位移与沿位移方向的分力的乘积;也可理解为W=F·(cosαl)，即力F所做功等于力F与沿力方向的分位移的乘积。3.意义:度量能量转化的多少及能量转化的方向4.单位:焦耳，简称焦，符号J。1J=1N·m。5.标矢性:是标量，但有正负。【摩擦力做功】1.摩擦力可对物体做正功，做负功或不做功2.摩擦力做功与路径有关3.一对静摩擦力做功的代数和为零一对滑动摩擦力做功的代数和总小于零，其绝对值等于摩擦力与相对路程的乘积。静摩擦力做功时,只引起机械能在相互作用的物体之间转移，而不引起机械能与其他形式能量之间的转化，滑动摩擦力做功时，可同时引起机械能的转移及机械能与其他形式能量的转化。沿斜面滑动的物体，滑动摩擦力所做的功与斜面倾角无关。2.用微元法(或分段法)求变力做功变力做功时，可将整个过程分为几个微小的阶段，使力在每个阶段内不变，求出每个阶段内外力所做的功，然后再求和。3.用等效法求变力做功若某一变力做的功等效于某一恒力F做的功，则可以应用公式W=Flcosa来求。这样变力做功问题就转化为了恒力做功问题。4.图像法求变力做功在F-/图像中，图线与坐标轴所围面积表示F做的功，若“面积”在L轴上方，表示做正功，若“面5.利用W=Pt求变力做功这是一种等效代换的观点，用W=P计算功时，必须满足变力的功率是恒定的。6.应用动能定理求变力做功如果我们所研究的问题中有多个力做功，在做功的各个力中只有一个力是变力，其余的都是恒力，而且这些恒力所做的功比较容易计算，研究对象本身的动能变化量也比较容易计算时，用动能定理就可以求出这个变力所做的功7.利用功能关系求变力做功在变力做功的过程中，当有重力势能、弹性势能以及其他形式的能量参与转化时，可以考虑用功能关系求解，因为做功的过程就是能量转化的过程，并且转化过程中能量守恒。二、动能定理【动能】4.理解(1)状态量:与某一位置或某一时刻对应(2)标量:只有大小没有方向(3)相对性:由于速度与参考系有关，故动能也与参考系有关.无特殊说明时一般是以地面作为参考系(4)非负性:动能永不可能为负值，负动能的状态不可能出现对动能定理的理解(1)动能定理揭示了动能变化与外力做功间的关系:外力做功是因，动能变化是果。动能变化的乡少由合外力做功的多少来度量.(2)动能定理是标量方程，无分量形式。(3)与参考系有关，中学阶段常以地面为参考系，、是物体相对地面的位移与速度。(4)适用于直线运动与曲线运动、匀变速运动与非匀变速运动，恒力做功与变力做功等多。2.典型情景(1)多阶段和阻力问题物体在某个运动过程中包含几个运动性质不同的小过程(如加速,减速的过程)此时可以分段考虑，也可以对全过程考虑，但如能对整个过程根据动能定理列式求解，则可以使问题简化。(2)在多阶段或往返运动中，如果摩擦阻力或介质阻力大小不变，方向与速度方向关系恒相反，则在整个过程中克服摩擦阻力或介质阻力所做的功等于力与路程的乘积，从而可将物体在摩擦阻力或介质阻力作用下通过的路程与动能定理联系起来。(3)变力的功的问题变力的功的问题变力的功无法用公式W=FIcOSα直接求解时，可以考虑用动能定理间接求解。三、机械能守恒定律【势能】1.势能(Ep)相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫作势能。例如:重力势能、弹性势能，分子势能、电势能等。【机械能】1.定义:动能，重力势能、弹性势能统称为机械能。3.理解:(1)状态量:与某一位置或某一状态相对应。(2)标矢性:标量，但有正负(3)相对性:与势能零点位置的选择有关。(4)系统性:势能是系统共有的，机械能也是系统共有的。【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，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。2.表达式3.条件机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功，可以从以下三个方面理解:（1）只受重力作用，例如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动，物体的机械能守恒,（2）受其他力，但其他力不做功，只有重力或系统内弹力做功，例如物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力不做功，物体的机械能守恒。(3)其他力做功，但其他力做功的代数和为零。对机械能守恒的理解(1)系统的机械能守恒是指整个过程中系统的机械能始终不变，守”即保特，恒”即不变，而不仅仅是指初态与未态的机械能相等。(2)机械能守恒定律的表达式仅涉及初状态与未状态故解题中并不涉及中间过程的细节，从而使解题简单、方律。(3)由推导过程可以看出，除重力，系统内弹力之外其他力所做的功等于系统机械能的变化量。(4)机械能守恒定律虽是由动能定理推导出的，但其与动能定理不同。方法点睛：机械能守恒的判定1、条件分析法:应用系统机械能守恒的条件进行分析。分析物体或系统的受力情况。若对物体或系统只有重力(或系统内弹力)做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则系统的机械能守恒。2、能量转化分析法:从能量转化的角度进行分析。若只有系统内物体闻动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统跟外界没有发生机械能的转移，机械能也没有转化成其他形式的能(如内能口则系统的机械能守恒）。3、增减情况分析法:直接从机械能的各种形式的能量的增减情况进行分析。若系统的动能与势能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒;若系统的