2021高考物理一轮复习 专题六 机械能守恒定律课件

考点一功和功率考点清单一、功1.功的定义:一个物体受到力的作用,并在力的方向上①发生一段位移,就说这个力对物体做了机械功,简称功。2.做功的两个必要因素:力和物体在力的方向上发生的位移,缺一不可。3.功的物理意义:功是②能量转化的量度。4.公式:a.当恒力F的方向与位移l的方向一致时,力对物体所做的功为W=③Fl。b.当恒力F的方向与位移l的方向成某一角度α时,力F对物体所做的功为W=④Flcosα。即力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力与位移的夹角的余弦这三者的乘积。5.功是标量,但有正负。6.正功和负功的判定(1)根据力和位移的方向的夹角判断,此法常用于判断质点做直线运动时恒力的功。恒力做功的公式W=Fxcosα,90°α≤180°做负功,0≤α90°做正功,α=90°不做功。(2)根据力和瞬时速度方向的夹角判断,此法常用于判断质点做曲线运动时变力的功。设力的方向和瞬时速度方向夹角为θ,当0°≤θ90°时力做正功,当90°θ≤180°时力做负功,当θ=90°时,力做的功为零。(3)从能量的转化角度来进行判断。若有能量转化,则应有力做功。此法常用于判断两个相联系的物体。一个系统机械能增加(或减少),一定是除重力和系统内弹力外,有其他力对系统做正功(或负功)。从能量转化的角度看,当b沿弧面由静止下滑时,a就由静止开始向右运动,即a的动能增大了,因而b对a的弹力做了正功。由于a和b组成的系统机械能守恒,a的机械能增加,b的机械能一定减少,因而a对b的弹力对b一定做了负功。如图所示,弧面体a放在光滑水平面上,弧面光滑,使物体b自弧面的顶端自由下滑,试判定a、b间弹力做功的情况。二、功率1.功率是描述⑤做功快慢的物理量,定义为功与完成这些功所用时间的比值。比较功率的大小,就要比较这个比值:比值越大,功率就越大,做功就越快;比值越小,功率就越小,做功就越慢。功率与做功多少和时间长短无直接联系。2.功率的计算a.P= ,用此公式求出的是⑥平均功率。b.P=Fv,若v为平均速度,则P为平均功率;若v为瞬时速度,则P为瞬时功率。3.发动机铭牌上所标注的功率为这部机械的⑦额定功率。它是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Wt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,可以等于其额定功率,但是机械不能长时间超负荷运行,否则会损坏机械设备,缩短其使用寿命。由P=Fv可知,在功率一定的条件下,发动机产生的牵引力F跟运转速度v成⑧反比。一、动能1.动能的定义:物体由于运动所具有的能。2.动能的计算公式为Ek=① mv2。3.动能是标量,是描述物体运动状态的物理量,其单位与功的单位相同。在国际单位制中其单位是焦耳(J)。12考点二动能定理、机械能守恒定律及其应用二、动能定理1.动能定理的内容②合外力对物体所做的功等于物体③动能的变化,这个结论叫做动能定理。2.动能定理的表达式W=Ek2-Ek1,式中W为合外力对物体所做的功,Ek2为物体末状态的动能,Ek1为物体初状态的动能。动能定理的表达式为标量式,v为相对同一参考系的速度,中学物理中一般取地面为参考系。三、重力做功的特点由于重力的方向始终竖直向下,因而在物体运动过程中,重力的功只取决于初、末位置的④高度差,与物体的运动⑤路径无关。四、势能1.重力势能(1)由物体所处位置的高度决定的能量,称为重力势能。一个质量为m的物体,被举高到高度为h处,具有的重力势能为:⑥Ep=mgh。(2)重力势能是地球和物体组成的系统共有的,而不是物体单独具有的。(3)重力势能Ep=mgh是相对的,式中的h是物体的⑦重心到参考平面(零势能面)的高度,若物体在参考平面以上,则重力势能为正值;若物体在参考平面以下,则重力势能为负值,通常选择地面作为参考平面。(4)重力势能的变化与重力做功的关系重力对物体做多少⑧正功,物体的重力势能就减少多少;重力对物体做多少⑨负功,物体的重力势能就增加多少,即WG=-ΔEp。五、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.弹性势能:物体因发生弹性形变而具有的能叫做⑩弹性势能。弹簧的弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关,弹簧的形变量越大、劲度系数越大,弹簧的弹性势能越大。观点表达式含义使用说明守恒观点E1=E2或Ep1+Ek1=Ep2+Ek2表示系统在初状态的机械能等于末状态的机械能单个物体或系统,初、末态高度已知。需要选取参考平面(零势能面)转化观点ΔEk+ΔEp=0表示系统动能的减少(或增加)等于势能的增加(或减少)初、末态高度未知,但高度变化已知。不需要选取参考平面(零势能面)2.表达式转移观点ΔEA+ΔEB=0表示系统一部分A机械能的减少(或增加)等于另一部分B机械能的增加(或减少)不需要选取参考平面(零势能面)一、功能关系1.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。2.WF=ΔE,该式的物理含义是除重力以外的力对物体所做的功等于物体机械能的变化,即功能原理。要注意的是物体的内能(所有分子热运动的动能和分子势能的总和)、电势能不属于机械能。3.对功能关系的理解(1)做功的过程就是能量转化的过程。不同形式的能量发生相互转化可以通过做功来实现。(2)功是能量转化的量度,功和能的关系,一是体现在不同性质的力做功,对应不同形式的能转化,具有一一对应关系,二是做功的多少与能量转化的多少在数值上相等。考点三功能关系、能量守恒定律 力学中几种常见的功能关系如下二、能量守恒定律能量不会①凭空产生,也不会②凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中其总量③保持不变,这就是能量守恒定律。类别比较静摩擦力滑动摩擦力 能量的转化方面在静摩擦力做功的过程中,只有机械能从一个物体转移到另一个物体(静摩擦力起着传递机械能的作用)而没有机械能转化为其他形式的能量(1)相互摩擦的物体通过摩擦力做功,将部分机械能从一个物体转移到另一个物体(2)部分机械能转化为内能,此部分能量就是系统机械能损失量一对摩擦力的总功方面一对静摩擦力所做功的代数总和等于零一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功,等于摩擦力与相对路程的乘积,即Wf=-f·s相对,表示物体克服摩擦力做功,系统损失的机械能转变成内能相同点正功、负功、不做功方面两种摩擦力对物体可以做正功、负功,还可以不做功三、两种摩擦力做功特点比较静摩擦力做功和滑动摩擦力做功的特点有相似之处,也有不同之处,现从三个方面进行比较总结:拓展一变力功的分析与计算知能拓展题型通解例1(2017课标Ⅱ,14,6分)如图,一光滑大圆环固定在桌面上,环面位于竖直平面内,在大圆环上套着一个小环。小环由大圆环的最高点从静止开始下滑,在小环下滑的过程中,大圆环对它的作用力 () A.一直不做功B.一直做正功C.始终指向大圆环圆心D.始终背离大圆环圆心解析大圆环对小环的作用力总是沿大圆环半径方向,与速度方向垂直,故大圆环对小环的作用力不做功,选项A正确,B错误。开始时大圆环对小环的作用力方向背离大圆环圆心,一段时间后作用力方向指向大圆环圆心,故选项C、D错误。答案A拓展二动能定理与图像问题的结合1.解决物理图像问题的基本步骤(1)观察题目给出的图像,弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义。(2)根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式。(3)将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比,找出图线的斜率、截距、图线的交点、图线下的面积所对应的物理意义,分析解答问题,或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物理量。2.图像所围“面积”的意义(1)v-t图像:由公式x=vt可知,v-t图线与横轴围成的面积表示物体的位移。(2)a-t图像:由公式Δv=at可知,a-t图线与横轴围成的面积表示物体速度的变化量。(3)F-x图像:由公式W=Fx可知,F-x图线与横轴围成的面积表示力所做的功。(4)P-t图像:由公式W=Pt可知,P-t图线与横轴围成的面积表示力所做的功。例2(2018湖北黄石调研)用传感器研究质量为2kg的物体由静止开始做直线运动的规律时,在计算机上得到0~6s内物体的加速度随时间变化的关系如图所示。下列说法正确的是 ()A.0~6s内物体先向正方向运动,后向负方向运动B.0~6s内物体在4s时的速度最大C.物体在2~4s内速度不变D.0~4s内合力对物体做的功等于0~6s内合力做的功解析由a-t图像可知:图线与时间轴围成的“面积”代表物体在相应时间内速度的变化情况,在时间轴上方为正,在时间轴下方为负。物体6s末的速度v6= ×(2+5)×2m/s- ×1×2m/s=6m/s,则0~6s内物体一直向正方向运动,A错误;由图像可知物体在5s末速度最大,为vm= ×(2+5)×2m/s=7m/s,B错误;由图像可知在2~4s内物体加速度不变,物体做匀加速直线运动,速度变大,C错误;在0~4s内合力对物体做的功由动能定理可知: = m -0又v4= ×(2+4)×2m/s=6m/s得 =36J1212124W合1224v124W合0~6s内合力对物体做的功由动能定理可知:W合6= m -0又v6=6m/s得W合6=36J则W合4=W合6,D正确。1226v答案D拓展三动能定理处理多运动过程问题1.分析思路(1)受力与运动分析:根据物体的运动过程分析物体的受力情况,以及不同运动过程中力的变化情况。(2)做功分析:根据各种力做功的不同特点,分析各种力在不同的运动过程中的做功情况。(3)功能关系分析:运用动能定理、功能关系或能量守恒定律进行分析,选择合适的规律求解。2.方法技巧(1)“合”——整体上把握全过程,构建大致的运动图景。(2)“分”——将全过程进行分解,分析每个子过程对应的基本规律。(3)“合”——找出各子过程之间的联系,以衔接点为突破口,寻求解题最优方案。例3如图所示,ABCDO是处于竖直平面内的固定光滑轨道,O、A处于同一水平位置。AB是半径为R=1m的 圆弧轨道,CDO是半径为r=0.5m的半圆弧轨道,最高点O处固定一个竖直弹性挡板(可以把小球弹回且不损失能量,图中没有画出),D为CDO轨道的中点。BC段是水平粗糙轨道,与圆弧形轨道平滑连接。现让一个质量为m=1kg的小球从A点的正上方距水平线OA高H处的P点自由落下,已知BC段水平轨道长L=2m,与小球之间的动摩擦因数μ=0.2。则(取g=10m/s2) 14(1)当H=2m时,小球第一次到达D点对轨道的压力大小;(2)为使小球仅仅与弹性板碰撞一次,且小球不会脱离CDO轨道,求H的取值范围。解析(1)设小球第一次到达D点的速度大小为vD,对小球从P到D点的过程,根据动能定理有mg(H+r)-μmgL= m 在D点轨道对小球的支持力FN提供向心力,则有FN=m 联立解得:FN=84N由牛顿第三定律得,小球对轨道的压力大小为FN'=FN=84N(2)为使小球仅仅与挡板碰撞一次,且小球不会脱离CDO轨道,H最小时必须满足能上升到O点,有mgHmin-μmgL= m 在O点有:mg=m 122Dv2Dvr122Ov2Ovr代入数据解得:Hmin=0.65mH最大时,第二次滑到CDO轨道最高能上升到D点,有:mg(Hmax+r)-3μmgL=0代入数据解得:Hmax=0.7m故有:0.65m≤H≤0.7m答案(1)84N(2)0.65m≤H≤0.7m拓展四摩擦力做功与能量转化1.静摩擦力做功(1)静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。(2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零。(3)静摩擦力做功时,只有机械能的相互转移,不会转化为内能。2.滑动摩擦力做功的特点(1)滑动摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。(2)相互间存在滑动摩擦力的系统内,一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果:①机械能全部转化为内能;②有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移,另