让设计闪现出智慧

北京94中高三物理备课组高三物理总复习第六单元“机械能”教学分析2009年11月9日兆峰：稿子可以了，我只是在18页加了一句话。一、考纲要求课标要求考试说明要求（1）理解功和功率。关心生活和生产中常见机械功率的大小及其意义。（2）理解动能和动能定理。用动能定理解释生活和生产中的现象。（3）理解重力势能。知道重力势能的变化与重力做功的关系。（4）理解机械能守恒定律。用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。（5）了解自然界中存在多种形式的能量。知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一。（6）了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持续发展的重大意义。（1）功．功率（Ⅱ）（2）动能．动能定理（做功与动能改变的关系）（Ⅱ）（3）重力势能．重力做功与重力势能改变的关系（Ⅱ）（4）弹性势能（Ⅰ）（5）机械能守恒定律（Ⅱ）（6）能量守恒定律．永动机不可能（Ⅰ）（7）能源的开发和利用．能源的利用与环境保护（Ⅰ）二、高考命题趋势本单元内容属于高中物理主干知识，是历年高考的重点内容，考查的热点包括功和功率、重力势能、机械能守恒、动能定理、能的转化和守恒定律等。试题类型既有选择题也有计算题，而且大多是与牛顿运动定律、动量、圆周运动及电磁学等知识相联系的综合题。这些试题的共同特点是，物理情景设置与生产和生活相联系，物理过程较复杂，条件隐蔽，对学生的能力要求高。三、教学建议课时安排（共8课时）功1课时功率1课时动能定理2课时机械能守恒定律1课时功和能1课时单元测试与讲评2课时（一）功1．功的计算公式：W=Fxcosθ（1）计算恒力的功（2）判断功的正负2．功是能量转化（转移）的量度功是一条主线，贯穿于本单元的始终。例题1.如图，质量为m的物块A放在劈B的斜面上，斜面的倾角为θ，A、B一起沿水平面向右匀速移动了位移x，重力加速度为g求A所受各力对A所做的功。WG=0，WN=mgxsinθcosθ，Wf=-mgxsinθcosθABABxθθθθmgfNx突出功是过程量，求功要分析过程。xABθABθA、B一起沿竖直方向向上移动x，A所受各力所做的功？物体沿固定斜面下滑θsNNsθα物体沿非固定斜面下滑例题2.放在的木板B的一端，质量为M长木板B放在光滑水平面上，某一瞬间木块A受到水平打击后，质量为m的小木块A以初速度V0从左端滑上木板B，如图所示。由于A、B之间有摩擦，A在B上滑行了一段距离ΔS后相对B静止，此时B在水平面上滑行的距离为S，试求此过程中，A、B受到的滑动摩擦力所做的功？V0AB△SABABSffˊ（1）公式中的位移是相对地面的位移；（2）滑动摩擦力可能做正功；（3）作用力与反作用力的功没有必然联系。例题3．如图所示，固定的光滑竖直杆上套着一个滑块，用轻绳系着滑块绕过光滑的定滑轮，以大小恒定的拉力F拉绳。使滑块从A点起由静止开始上升。若从A点上升至B点和从B点上升至C点的过程中拉力F做的功分别为W1、W2，滑块B、C两点时的动能分别为EkB、EkC，图中AB=BC，则一定有（）A．Wl＞W2B．Wl＜W2C．EkB＞EkCD．EkB＜EkCFABCFiFjFFFΔsaβ分析解答：（1）比较F在竖直方向分力的大小Fi＞Fj∴Wl＞W2（2）比较F作用点位移的大小A→B：F作用点移动距离Δs1B→C：F作用点移动距离Δs2且Δs1＞Δs2∴Wl＞W2介绍求功的方法（1）恒力功：W=Fscosθ（2）恒功率功：W=Pt（3）动能定理：W=ΔEk（二）功率1.功率的理解和计算功率的定义式:tWP描述做功快慢的物理量。“爆发力”的物理含义是什么？cosvFPtWPcosFvP瞬时功率平均功率tEP可以与速度对比理解例题1.跳绳是一种健身运动，设某运动员的质量是50kg，他1min跳绳180次，假定在每次跳跃中，脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的，求该运动员跳绳时每跳一次克服重力做功W是多少？克服重力做做功的平均功率是多少?（g取10m/s2）52答案:W=25J,P平均=75w.例题2.如图，飞行员进行素质训练时，抓住秋千杆由水平静止状态开始下摆，在到达竖直状态的过程中飞行员所受重力的瞬时功率的变化情况是（）A.一直增大B.一直减小C.先增大后减小D.先减小后增大CcosFvP本题还可以进一步从方法的角度分析。本题就属于“你可能不会求解，但可以通过一定的物理分析判断出下面4个选项哪个是正确的。”2.额定功率、实际功率和输出功率机械功率=输出功率=牵引力的功率(1)汽车以额定功率起动（2）汽车先以恒定加速度起动，在一恒定功率启动速度当a=0时ν达到vm保持vm匀速变加速直线运动匀速直线运动定PFmfFafF即F一定即P随v增大而增大当P=P额时v仍要增大当a=0时v达到vm此后匀速匀变速直线运动变加速运动（接1）匀速运动mfFa定vFP定0mfFamfFavpF额当P=P额时匀变速直线运动达到最大速度V’mvmttv0vmvt0t重要的结论：fpvm0vt0vmt2t1v1例题3．如图v-t图线所示，在0－t1时间内汽车做匀加速直线运动，t1时刻汽车速度为v1，这时汽车发动机也达到最大的输出功率P0，之后汽车以恒定的功率P0做加速运动，t2时刻汽车达到最大速度vm，之后汽车做匀速直线运动。若汽车所受阻力汽车的重力k倍，且t1、t2、v1、vm、P0和重力加速度g均为已知量。根据图像求（1）汽车的质量（2）匀加速直线运动中汽车的牵引力（3）0－t2时间内汽车的牵引力的功（4）t1－t2时间内汽车合力的功从图像读取信息，熟悉各量之间的关系。（三）动能定理1.对动能定理的理解（1）对正功、负功的理解：正功——动力功；负功——阻力功。（2）对功是能量转化量度的理解总功与动能变化不但有数值关系，同时有因果关系。21222121mvmvW总（3）将动能与动量、功与冲量、动能定理与动量定理比较21222121mvmvFs12mvmvFt过程量状态量矢量式标量式功决定物体速度大小的变化；冲量决定物体速度的变化。守恒量2.动能定理的应用（1）研究匀变速直线运动多一条途径，掌握方法。（2）求功：变力做功、滑动摩擦力的功（3）分析物体动能变化及速度大小变化注意问题情景，分析状态和过程。例题1.如图所示，A、B、C为水平地面上的三个点，A、B之间的距离d1=0.5m,B、C之间的距离d2=1.5m。位于A点质量m=0.2kg的小物块，在水平恒力F=4.8N的作用下，由静止开始运动，物块与地面间的动摩擦因数μ=0.2。物块运动到B点时撤掉水平恒力，试求小物块运动到C点时速度的大小？（g取10m/s2）ABC基本方法训练例题2.如图所示，上题中其它条件不变，将一个半径R=0.8m四分之一圆弧面在C点与水平地面相连接，小物块刚好能滑到最高点D,试通过计算说明圆弧面是否是光滑的？（g取10m/s2）OABCD渗透科学探究例题3.如图所示，上题中其它条件不变，试通过计算说明小物块最后停在水平地面上的位置？（g取10m/s2）OABCD巩固、反馈例题4.如图所示，沙狐球是一种流行娱乐体育项目，游戏时人站在长桌的一端将球推出，以球在长桌上滑行的远而不掉下去者为优胜。球桌的长为l，球的质量为m及球与桌面之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。（1）如果球刚好滑到球桌的另一端，求人推球时所做的功？（2）如果球的质量m及球与桌面之间的动摩擦因数μ一定。试讨论球滑行的距离与那些因素有关？联系实际探究讨论例题5.如图，质量为m的小球，在长为l的轻绳牵引下在竖直平面内沿圆周从最低点运动到最高点，通过力的传感器测得在最低点和最高点绳子的拉力分别为8mg和mg，求这个过程中小球克服空气阻力所做的功？O动能定理与牛顿定律综合求变力做功hAhdBChD例题6．（’04辽宁、广东34题）如图所示，ABCD是一个盆式容器，盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧，B、C为水平的，其距离d=0.50m。盆边缘的高度为h=0.30m。在A处放一个质量为m的小物块并让其从静止出发下滑。已知盆内侧壁是光滑的，而盆底BC面与小物块间动摩擦系数为μ＝0.10。小物块在盆内来回滑动，最后停下来，则停的地点到B的距离为（D）A．0.50mB．0.25mC．0.10mD．0滑动摩擦力做功的特点（四）机械能守恒定律1.重力做功与重力势能的变化（1）重力做功与路径无关（2）重力做功与重力势能的变化是等价关系pGEW（3）关键是区别高度和高度差，提到势能必须选择零点。2.弹性势能（1）不建议给公式（2）突出守恒的思想（3）弹簧的问题可以分为水平和竖直两种情况进行分析例题1.在高度h=0.8m的水平光滑桌面上，有一轻弹簧左端固定，质量为m＝1kg的小球在外力作用下使弹簧处于压缩状态，当弹簧具有4.5J的弹性势能时，由静止释放小球，将小球水平弹出，如图所示，不计空气阻力，求小球落地时的速度大小?V1hV2基础训练例题2.如图所示，质量为0.2kg的小球从高处由静止落到轻弹簧顶端，然后压缩弹簧直到速度为零。开始下落时小球离弹簧顶端0.2m，落到弹簧上后把弹簧压缩了0.1m，求：（1）小球刚接触弹簧时的动能；（2）从开始下落到接触弹簧过程中小球重力势能的减少量；（3）最大弹性势能。答案：（1）0.4J（2）0.4J（3）0.6J3.机械能守恒定律的理解与应用（1）守恒定律是重要的思想和方法（2）不用刻意要求什么情况必须用机械能守恒定律动能定理和机械能守恒定律不可偏废。问题1.机械能守恒的判断（1）确定系统，分析过程，判断条件（2）从做功判断，从能量转化判断（3）通过判断加深对守恒定律的理解例题3.如图所示，刚性小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上。在将弹簧压缩到最短的整个过程中，下列关于能量的叙述中正确的是（）A．重力势能和动能之和总保持不变B．重力势能和弹性势能之和总保持不变C．动能和弹性势能之和不断增加D．重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变例题4.一个物体以一定的初速度竖直上抛，不计空气阻力，那么如图所示，表示物体的动能Ek随高度h变化的图象A、物体的重力势能Ep随速度v变化的图象B、物体的机械能E随高度h变化的图象C、物体的动能Ek随速度v的变化图象D，可能正确的是（）机械能守恒的几种表达式（1）系统初态1和末态2的机械能相等，即Ek1+Ep1=Ek2+Ep2（状态式）（2）系统总动能的增加等于系统总势能的减少，即ΔEk=-ΔEp（转化式）（3）系统内一部分物体的机械能的增加等于另一部分（其余）物体的机械能的减少，即ΔE增=ΔE减（增减式）问题2.竖直平面内的圆周运动（单个物体）（1）研究最高点、最低点用牛二，注意临界条件（2）分析最高点和最低点的联系用机械能守恒定律例题5.一根长度为L的轻绳一端固定，另一端拴一质量为m的小球，若在悬点O的正下方钉一小钉，拉起小球至细绳水平位置时，由静止释放小球，如图所示。当绳碰到小钉后，小球刚好能在以钉子C为圆心的竖直面内做圆周运动。若不考虑细绳碰钉子时的能量损失及空气阻力，求小钉的位置C距悬点O的距离？OmDCr经典问题不能忽视例题6.如图所示，半径分别为R和r的甲、乙两个光滑的圆形轨道安置在同一竖直平面上，轨道之间有一条水平轨道CD相通，一小球以一定的速度先滑上甲轨道，通过动摩擦因数为μ的CD段，又滑上乙轨道，最后离开两圆轨道。若小球在两圆轨道的最高点对轨道压力都恰好为零，试求水平CD段的长度。牛二，机械能守恒、动能定理综合问题3.多物体机械能守恒（1）明确系统，用能量转化判断（2）算总账例题7.如图所示，一根轻质细杆的两端分别固定着A、B两个质量均为m的小球，O点是一光滑水平轴，已知AO=L，BO=2L，使细杆从水平位置由静止开始转动，当B球转到O点正下方时，它对细杆的拉力大小是多大？21212hhg21hab例题8.如图，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和b。a球质量为m，静置于地面；b球质量为3m，用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧