2019-2020学年高中物理 第4章 本章整合课件 教科版必修2

本章整合功概念物体受到力的作用,并在力的方向上发生了位移,就说力对物体做了功做功的过程就是能量变化的过程公式:𝑊=𝐹𝑥cosα当𝛼90°时,𝑊为正当𝛼=90°时,𝑊=0当𝛼90°时,𝑊为负功是标量,功的正负表示动力做功还是阻力做功功率概念:功与完成这些功所用时间的比值公式𝑃=𝑊𝑡(平均功率)𝑃=𝐹𝑣(平均功率或瞬时功率)机械能动能:𝐸k=12𝑚𝑣2势能重力势能:𝐸p=𝑚𝑔ℎ弹性势能功能关系重力做功与重力势能的变化:𝑊𝐺=𝐸p1-𝐸p2弹簧弹力做功与弹性势能的变化:𝑊𝐹=𝐸p1-𝐸p2动能定理:𝑊总=𝐸k2-𝐸k1机械能守恒定律:𝐸p1+𝐸k1=𝐸p2+𝐸k2能量守恒定律表达式:Δ𝐸增=Δ𝐸减能源:煤、石油、天然气;太阳能、地热能、风能、水能、核能专题一专题二功的计算恒力做功恒力对物体做功大小的计算式为W=Fxcosα,式中α为F、x二者之间的夹角,由此可知,恒力做功大小只与F、x、α这三个量有关,与物体是否还受其他力、物体的运动状态、运动形式等因素无关变力做功(1)利用W=F𝑥cos𝛼求变力做功若力的方向不变,大小随物体的位移线性变化,则可将变力等效成大小、方向不变的平均力F=12(𝐹初+𝐹末)来计算功(2)用动能定理求变力做功设W外为所有外力做的功的代数和,ΔEk为物体动能的增量,则动能定理的数学表达式为W外=ΔEk.如果所研究的诸力中,只有一个是变力,而其余的都是恒力,则在算出恒力所做的功和动能的增量后,用动能定理就可以求出此变力所做的功专题一专题二变力做功(4)利用W=Pt求变力做功这种方法通常用于求机械做功的问题,如汽车的运动等(5)利用图像求变力做功F-x图像中,阴影面积在数值上等于外力F在位移x上所做的功专题一专题二【例1】如图所示,水平地面上有一质量为m的物体,跨过滑轮的绳子一端沿水平方向固定在墙上,另一端与水平方向成θ角,受恒力F作用,在物体沿水平地面向右移动l的过程中,求力F所做的功.解析:力F拉绳子做的功等于绳子拉物体做的功.物体受到两个大小均为F的拉力,其中一个水平,另一个斜向上,均做正功,则拉力做功为W=Fl+Flcosθ=Fl(1+cosθ).答案:Fl(1+cosθ)专题一专题二【例2】质量为m的小球被系在轻绳的一端,在竖直平面内做半径为R的圆周运动,如图所示.运动过程中小球受到空气阻力的作用,设某一时刻小球通过轨道的最低点,此时绳子的拉力为7mg,此后小球继续做圆周运动,经过半个圆周恰能通过最高点,则在此过程中小球克服空气阻力所做的功为()A.14𝑚𝑔𝑅B.13𝑚𝑔𝑅C.12𝑚𝑔𝑅D.𝑚𝑔𝑅专题一专题二解析:设小球通过最低点时绳子拉力为T1,根据牛顿第二定律得T1-mg=𝑚𝑣12𝑅将T1=7mg代入得Ek1=12𝑚𝑣12=3𝑚𝑔𝑅经过半个圆周恰能通过最高点,则mg=𝑚𝑣22𝑅此时小球的动能Ek2=12𝑚𝑣22=12𝑚𝑔𝑅从最低点到最高点应用动能定理得-Wf-mg·2R=Ek2-Ek1所以Wf=12𝑚𝑔𝑅,故选项C正确.答案:C专题一专题二解决力学问题的两个基本观点动力学观点运用牛顿运动定律结合运动学规律解题是这一观点的核心.此种方法往往求得的是瞬时关系.利用此种方法解题必须考虑运动状态改变的细节.从中学研究的范围来看,只能用于匀变速运动(包括直线和曲线运动),对于一般的变加速运动,特别是对于碰撞、爆炸等问题,用此法解题相当困难.另外,动力学观点也仅适用于宏观、低速的情况功与能的观点这个观点研究的是物体或系统运动变化所经历的过程状态的改变,它无须对过程细节深入研究,只关心运动状态变化及引起变化的原因.简单地说,只要知道某一过程的始末状态及动能和势能,再求出力在该过程中所做的功,即可对问题求解专题一专题二【例3】地面上固定着一个倾角为37°的足够长的斜面,有一个物体从斜面底端以一定的初速度沿斜面向上运动,当物体返回底端时,其速度大小变为初速度的一半,求物体与斜面之间的动摩擦因数.专题一专题二解析:方法一:应用牛顿第二定律和运动学公式(动力学观点)选物体为研究对象,设物体的初速度为v0,沿斜面上升时的加速度为a上,沿斜面上升的最大位移为x,根据牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式有-mgsin37°-μmgcos37°=ma上0−𝑣02=2𝑎上x该物体沿斜面下滑时的加速度为a下,根据牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式有mgsin37°-μmgcos37°=ma下𝑣022=2𝑎下x由以上四式联立解得μ=35tan37°=0.45.专题一专题二方法二:应用动能定理(功和能观点)选物体为研究对象,对沿斜面上升的过程应用动能定理,有-mgsin37°·x-μmgcos37°·x=0−12𝑚𝑣02对物体沿斜面下滑的过程,应用动能定理,有mgsin37°·x-μmgcos37°·x=12𝑚𝑣022由以上两式联立解得μ=35tan37°=0.45.答案:0.45