高一物理机械能及其守恒定律知识点总结

1功和能、机械能守恒定律考试的要求：要求Ⅰ：弹性势能、能量和能量耗散。要求Ⅱ：功和功率、重力势能、动能和动能定律、机械能守恒定律及其应用。新知归纳：一、功●概念：一个物体受到力的作用，并在力的方向上发生了一段位移，这个力就对物体做了功。●公式：W=FScosθ●功是标量，但它有正功、负功。功的正负表示能量传递的方向，即功是能量转化的量度。当时，即力与位移成锐角，力做正功，功为正。当时，即力与位移垂直，力不做功，功为零当时，即力与位移成钝角，力做负功，功为负●功是一个过程所对应的量，因此功是过程量。●功仅与F、S、θ有关，与物体所受的其它外力、速度、加速度无关。●几个力对一个物体做功的代数和等于这几个力的合力对物体所做的功。即：W总=W1+W2+…+Wn或W总=F合Scosθ二、功率●概念：功跟完成功所用时间的比值，表示力(或物体)做功的快慢。●公式：（平均功率）（平均功率或瞬时功率）单位：瓦特W●分类：额定功率：指发动机正常工作时最大输出功率实际功率：指发动机实际输出的功率即发动机产生牵引力的功率，P实≤P额。三、重力势能●定义：物体由于被举高而具有的能，叫做重力势能。●公式：；h——物体具参考面的竖直高度。●参考面①重力势能为零的平面称为参考面；②选取：原则是任意选取，但通常以地面为参考面。若参考面未定，重力势能无意义，不能说重力势能大小如何，选取不同的参考面，物体具有的重力势能不同，但重力势能改变与参考面选取无关。●重力势能是标量，但有正负。重力势能为正，表示物体在参考面的上方；重力势能为负，表示物体在参考面的下方；重力势能为零，表示物体在参考面的上●重力做功特点：物体运动时，重力对它做的功之跟它的初、末位置有关，而跟物体运动的路径无关。●重力做功与重力势能的关系：四、弹性势能2●概念：发生弹性形变的物体的各部分之间，由于弹力的相互作用具有势能，称之为弹性势能。●弹簧的弹性势能：影响弹簧弹性势能的因素有：弹簧的劲度系数k和弹簧形变量x。●弹力做功与弹性势能的关系：弹力做正功时，物体弹性势能减少；弹力做负功时，物体弹性势能增加。●势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫势能，势能是系统所共有的。五、实验：探究功与物体速度变化的关系（1）实验目的：通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系；体会探究的过程和所用的方法（2）实验器材;木板、小车、橡皮筋、打点计时器及电源、纸带等。（3）探究思路：①设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W……②由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度v1、v2、v3……③以橡皮筋对小车做的功为纵坐标（以第一次实验时的功W为单位），小车获得的速度为横坐标，作出W-v曲线。④如果W-v曲线是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可着手考虑是否存在下列关系W∝v2、W∝v3、W∝v4.⑤根据W-v草图，大致判断两个量可能是什么关系。如果认为很可能是W∝v2，就作出W-v2曲线，如果这条曲线是一条直线，就可以证明你的判断是正确的。六、动能与动能定理●概念：物体由于运动而具有的能量，称为动能。●动能表达式：●动能定理（即合外力做功与动能关系）：●理解：①在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中动能的变化。②做正功时，物体动能增加；做负功时，物体动能减少。③动能定理揭示了合外力的功与动能变化的关系。●适用范围：适用于恒力、变力做功；适用于直线运动，也适用于曲线运动。●应用动能定理解题步骤：①确定研究对象及其运动过程.②分析研究对象在研究过程中受力情况，弄清各力做功.③确定研究对象在运动过程中初末状态，找出初、末动能.④列方程、求解。七、实验：验证机械能守恒定律●实验目的:学会用打点计时器验证验证机械能守恒定律的实验方法和技能。●实验器材:打点计时器、纸带、复写纸、低压电源、重物（附纸带夹子）、刻度尺、铁架台（附夹子）、导线。●实验原理:只有重力做功的自由落体运动遵守机械能守恒定律，即重力势能的减少量等于动能的增加量。利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度，计算出瞬时速度，即可验证物体重力势能的减少量与物体动能的增加量相等。3●实验步骤:1、将打点计时器固定在支架上，并用导线将打点计时器接在交流电源上；2、将纸带穿过打点计时器，纸带下端用夹子与重物相连，手提纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方；3、接通电源，松开纸带，让重物自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列小点；4、重复实验几次，从几条打上点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰的纸带进行测量；5、记下第一个点的位置O，在纸带上选取方便的个连续点1,2,3,4,5，用刻度尺测出对应的下落高度h1,h2,...；6、用公式计算各点对应的瞬时速度；7、计算各点对应的势能减少量和动能增加量，进行比较。八、机械能●机械能包含动能和势能（重力势能和弹性势能）两部分，即。●机械能守恒定律: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，而总的机械能保持不变，即ΔΕK=—ΔΕPΔΕ1=—ΔΕ2.●机械能守恒条件:做功角度：只有重力或弹力做功，无其它力做功；外力不做功或外力做功的代数和为零；系统内如摩擦阻力对系统不做功。能量角度：首先只有动能和势能之间能量转化，无其它形式能量转化；只有系统内能量的交换，没有与外界的能量交换。●运用机械能守恒定律解题步骤：①确定研究对象及其运动过程②分析研究对象在研究过程中受力情况，弄清各力做功，判断机械能是否守恒③恰当选取参考面，确定研究对象在运动过程中初末状态的机械能.④列方程、求解。九、能量守恒定律●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。即●能量耗散：无法将释放能量收集起来重新利用的现象叫能量耗散，它反映了自然界中能量转化具有方向性。第1课时功功率1、高考解读真题品析知识：电动车参数在物理中的应用例1.（09年上海卷）46.与普通自行车相比，电动自行车骑行更省力。下表为某一品牌电动自行车的部分技术参数。在额定输出功率不变的情况下，质量为60Kg的人骑着此自行车沿平直公路行驶，所受阻力恒为车和人总重的0.04倍。当此电动车达到最大速度时，牵引力为N,当车速为2s/m时，其加速度为m/s2(g=10mm/s2)规格后轮驱动直流永磁铁电机车型14电动自行车额定输出功率200W4整车质量40Kg额定电压48V最大载重120Kg额定电流4.5A解析：当电动车受力平衡时，电动车达到最大速度即牵引力=阻力=（人重+车重）*0.04=40N，当车速为2s/m时，由上表可以得到额定功率为200W，即可以得到牵引力为100N,2/6.010040100smmfFa答案：40：0.6知识：功的定义例2.（09年广东理科基础）9．物体在合外力作用下做直线运动的v一t图象如图所示。下列表述正确的是()A．在0—1s内，合外力做正功B．在0—2s内，合外力总是做负功C．在1—2s内，合外力不做功D．在0—3s内，合外力总是做正功解析：根据物体的速度图象可知，物体0-1s内做匀加速合外力做正功，A正确；1-3s内做匀减速合外力做负功。根据动能定理0到3s内，1—2s内合外力做功为零。答案：A2、知识网络考点1.功1.功的公式：W=Fscosθ0≤θ＜90°力F对物体做正功,θ=90°力F对物体不做功,90°＜θ≤180°力F对物体做负功。特别注意：①公式只适用于恒力做功②F和S是对应同一个物体的；③某力做的功仅由F、S和决定,与其它力是否存在以及物体的运动情况都无关。2.重力的功：WG=mgh——只跟物体的重力及物体移动的始终位置的高度差有关，跟移动的路径无关。3.摩擦力的功（包括静摩擦力和滑动摩擦力）摩擦力可以做负功，摩擦力可以做正功，摩擦力可以不做功，一对静摩擦力的总功一定等于0，一对滑动摩擦力的总功等于-fΔS4.弹力的功（1）弹力对物体可以做正功可以不做功，也可以做负功。（2）弹簧的弹力的功——W=1/2kx12–1/2kx22（x1、x2为弹簧的形变量）5.合力的功——有两种方法：（1）先求出合力，然后求总功，表达式为ΣW＝ΣF×S×cosθ（2）合力的功等于各分力所做功的代数和，即ΣW＝W1+W2+W3+……6.变力做功:基本原则——过程分割与代数累积（1）一般用动能定理W合=ΔEK求之；（2）也可用（微元法）无限分小法来求,过程无限分小后，可认为每小段是恒力做功（3）还可用F-S图线下的“面积”计算.（4)或先寻求F对S的平均作用力F,SFW57.做功意义的理解问题：解决功能问题时,把握“功是能量转化的量度”这一要点,做功意味着能量的转移与转化,做多少功,相应就有多少能量发生转移或转化考点2.功率1.定义式：tWP，所求出的功率是时间t内的平均功率。2.计算式：P=Fvcosθ,其中θ是力F与速度v间的夹角。用该公式时，要求F为恒力。（1）当v为即时速度时，对应的P为即时功率；（2）当v为平均速度时，对应的P为平均功率。（3）重力的功率可表示为PG=mgv⊥，仅由重力及物体的竖直分运动的速度大小决定。（4）若力和速度在一条直线上,上式可简化为Pt=F·vt3、复习方案基础过关重难点：功率例3.（09年宁夏卷）17.质量为m的物体静止在光滑水平面上，从t=0时刻开始受到水平力的作用。力的大小F与时间t的关系如图所示，力的方向保持不变，则A．03t时刻的瞬时功率为mtF0205B．03t时刻的瞬时功率为mtF02015C．在0t到03t这段时间内，水平力的平均功率为mtF423020D.在0t到03t这段时间内，水平力的平均功率为mtF625020解析：AB选项0到03t时刻物体的速度为mtF005，所以03t的瞬时功率为mtF02015A错B对。CD选项0到03t时刻F对物体做的功为mtF2252020，所以03t内平均功率为mtF625020C错D对。答案：BD例4．（09年四川卷）23.(16分)图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将质量m=5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上作匀加速直线运动，加速度a=0.2m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm=1.02m/s的匀速运动。取g=10m/s2,不计额外功。求：(1)起重机允许输出的最大功率。(2)重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。解析：(1)设起重机允许输出的最大功率为P0，重物达到最大速度时，拉力F0等于重力。P0＝F0vm①P0＝mg②代入数据，有：P0＝5.1×104W③(2)匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v1，匀加速运动经历时间为t1,有：P0＝F0v1④F－mg＝ma⑤V1＝at1⑥由③④⑤⑥，代入数据，得：t1＝5s⑦T＝2s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v2，输出功率为P，则v2＝at⑧θS0E甲tvt1t2t3Ov1vm乙6P＝Fv2⑨由⑤⑧⑨，代入数据，得:P＝2.04×104W。答案：(1)5.1×104W(2)2.04×104W第2课时动能、动能定理1、高考解读真题品析知识：动能定理例1.（09年全国卷Ⅱ）20.以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的小物体。假定物块所受的空气阻力f大小不变。已知重力加速度为g，则物体上升的最大高度和返回到原抛出点的速率分别为A．202(1)vfgmg和0mgfvmgfB．202(1)vfgmg和0mgvmgfC．2022(1)vfgmg和0mgfvmgfD．2022(1)vfgmg和0mgvmgf解析：上升的过程中,重力做负功,阻力f做负功,由动能定理得221)(omvfhmgh,h202(1)vfgmg,求返回抛出点的速度由全程使用动能定理重力做功为零,只有阻力做功为有2221212omvmvmgh,解得v0mgfvmgf,A正确。答案：A点评：此题求返回原抛出点的