2019-2020学年高中物理 第4章 机械能和能源 章末总结课件 粤教版必修2

章末总结机械能守恒定律功概念：一个物体受到力的作用，并使物体在力的方向发生一段位移公式：W＝Fscosα当α90°时，W为正当α＝90°时，W＝0当α90°时，W为负特点功是过程量，做功的过程是能量转化的过程功是标量，但有正、负求功的两种方法①W＝Fscosα求恒力的功②W＝PtP为平均功率机械能守恒定律机械能①动能：Ek＝12mv2②重力势能：Ep＝mghh为物体相对参考平面的高度重力做功的特点：只与初、末位置的高度差有关，与路径无关③弹性势能：与劲度系数和形变量有关功能关系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：W弹＝Ep1－Ep2动能定理：WF＝Ek2－Ek1机械能守恒定律机械能守恒定律条件：只有重力或弹力做功表达式：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或Ep1－Ep2＝Ek2－Ek1实验：验证机械能守恒定律能量能量转化与守恒定律能量守恒定律能量转化和转移具有方向性功率P概念：功跟完成这些功所用时间的比值公式：P＝Wt平均功率：P＝Wt＝Fv瞬时功率：P＝Fv能源的开发与利用1．恒力做功可以由公式W＝Fscosα直接计算．但应注意s是物体在有力作用的情况下发生的位移．2．合力做的功(1)先求合力，再由公式W合＝F合·scosα计算合力所做的功．(2)先求出每个力做的功，然后求出各个力做功的代数和，即W合＝W1＋W2＋…应注意各个力所做的功的正负．功的计算3．变力的功(1)若力随位移线性变化，则F＝12(F初＋F末)，则W＝Fscosα.(2)若力的大小不变，只有方向变化，并且力F与速度v的方向始终处在同一条直线上．此时力所做的功等于力和路程的乘积，即W＝Fs.如滑动摩擦力做功．(3)根据功率求功：对于功率不变的问题，可由W＝Pt求功．(4)利用图象求功：无论是恒力还是变力，在F－s图象中，图线与对应的s轴所包围的“面积”，在数值上等于力对物体所做的功，并且该“面积”的正负表示做功的正负．(5)由功能关系求功：由于做功的过程就是能量发生转化的过程，所以可以根据能量的转化求功．即做功等于能量的转化．例1质量m＝3kg的物体，受到与斜面平行向下的拉力F＝10N，沿固定斜面下滑距离s＝2m，斜面倾角θ＝30°，物体与斜面间的动摩擦因数μ＝33.求各力对物体所做的功，以及力对物体所做的总功．(g取10m/s2)解析：物体所受到的各个力均为恒力，可用功的公式进行计算．如右图所示，物体受到重力、拉力、斜面的支持力和摩擦力的作用，做单向直线运动，其位移的大小与移动的距离相等．所以，重力所做的功为WG＝mgscosα＝mgscos(90°－θ)＝3×10×2×cos60°J＝30J，拉力所做的功WF＝Fs＝10×2J＝20J，支持力与物体运动方向垂直，它所做的功WN＝0，滑动摩擦力的方向与位移方向相反，做功为Wf＝－(μmgcosθ)s＝－33×3×10×2×32J＝－30J，总功W＝WG＋WF＋WN＋Wf＝30J＋20J＋(－30)J＝20J.答案：WG＝30J，WF＝20J，WN＝0，Wf＝－30J，W总＝20J动能定理及其应用应用动能定理，一般比应用牛顿第二定律结合运动学公式解题要简单．在分析过程的基础上不用研究物体的运动过程中变化的细节，只需考虑整个过程的做功量及过程的始末动能．1．公式：W＝ΔEk＝12mv22－12mv21.2．W是合外力对物体做的功可以求物体所受的各力对物体做功的代数和．3．Ek1＝12mv21，Ek2＝12mv22是物体初、末状态的动能，ΔEk＝Ek2－Ek1为物体做功过程中动能的增量．4．动能定理的研究对象可以是单一物体，也可以是能够看作单一物体的系统，动能定理适用于直线运动，也适用于曲线运动，因此，比牛顿第二定律的适用范围更广泛．5．应用动能定理可以把物体经历的物理过程分为几段处理，也可以把全过程看作整个阶段来处理．在应用动能定理解题时，要注意以下几个问题：(1)正确分析物体的受力，要考虑物体所受的所有外力，包括重力．(2)要弄清各个外力做功的情况，计算时应把各已知功的正负号代入动能定理的表达式．(3)在计算功时，要注意有些力不是全过程都做功的，必须根据不同情况分别对待，求出总功．(4)动能定理的计算式为标量式，v必须是相对同一参考系的速度．(5)动能是状态量，具有瞬时性，用平均速度计算动能是无意义的．例2如图甲所示，一质量为m＝1kg的物块静止在粗糙水平面上的A点，从t＝0时刻开始，物块受到按图乙所示规律变化的水平力F作用并向右运动，第3s末物块运动到B点时速度刚好为零，第5s末物块刚好回到A点，已知物块与粗糙水平面之间的动摩擦因数μ＝0.2，求(g取10m/s2)：甲乙(1)A与B间的距离；(2)水平力F在5s内对物块所做的功．题眼直击：A与B间的距离与物块在后2s内的位移大小相等；水平力F为变力，求功时应使用动能定理．解题流程：解析：(1)在3～5s内物块在水平恒力F作用下由B点匀加速运动到A点，设加速度为a，A与B间的距离为s.由牛顿第二定律知F－μmg＝ma，解得a＝F－μmgm＝2m/s2，则s＝12at2＝4m，即A与B间的距离为4m；(2)设整个过程中F做的功为WF，物块回到A点时的速度为vA．由动能定理得：WF－2μmgs＝12mv2A，且v2A＝2as，由以上两式得WF＝2μmgs＋mas＝24J.答案：(1)4m(2)24J1．机械能是否守恒的判断(1)分析物体的受力情况(如果是系统包括内力)，明确各力做功，如果只有重力或弹力做功，其他力不做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒．(2)若物体或系统只有动能与势能的相互转化，而无机械能与其他形式能的转化，则物体或系统的机械能守恒．机械能守恒定律及其应用2．机械能守恒定律可以有三种表达方式(1)Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2，理解为物体或系统初状态的机械能与末状态的机械能相等．(2)ΔEk＝－ΔEp，表示动能和势能发生了相互转化，系统减少(或增加)的势能等于增加(或减少)的动能．(3)ΔEA增＝ΔEB减，适用于系统，表示由A、B组成的系统，A部分机械能的增加量与B部分机械能的减少量相等．例3在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项．质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降高度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)()A．他的动能减少了FhB．他的重力势能减少了mghC．他的机械能减少了FhD．他的机械能减少了(F－mg)h题眼直击：将对能量的求解转化为相应力的功的求解．解题流程：答案：BC1．功能关系做功的过程就是能量的转化过程，做了多少功，就有多少能量发生了转化，功是能量转化的量度，在力学中，功能关系的主要形式有下列几种：(1)合外力的功等于物体动能的增量．即W合＝ΔEk.(2)重力做功，重力势能减少：克服重力做功，重力势能增加，由于“增量”是末态量减去初态量，所以重力的功等于重力势能增量的负值，即WG＝－ΔEp.功能关系的理解与应用(3)弹簧的弹力做的功等于弹性势能增量的负值，即W弹＝－ΔEp.(4)除系统内的重力和弹簧的弹力外，其他力做的总功等于系统机械能的增量，即W其他＝ΔE.2．能量转化和守恒定律(1)利用能量观点解题应注意：某种形式的能量减少，一定存在另一种形式的能量增加且减少量和增加量相等．某个物体的能量减少，一定存在另一物体的能量增加，且减少量和增加量相等．(2)利用能量观点解题的步骤：①确定研究对象，分析在研究过程中有多少种形式的能量在发生变化．②明确哪些能量在增加，哪些能量在减少．③减少的总能量一定等于增加的总能量，据此列出方程ΔE减＝ΔE增求解．例4质量为m的物体，由静止开始下落，由于空气阻力，下落的加速度为45g，在物体下落h的过程中，下列说法不正确的是()A．物体动能增加了45mghB．物体的机械能减少了45mghC．物体克服阻力所做的功为15mghD．物体的重力势能减少了mgh解析：物体下落的加速度为45g，说明物体下落过程中受到的阻力大小为f＝15mg.由动能定理，ΔEk＝mgh－15mgh＝45mgh，其中阻力做功为－15mgh，即为机械能减少量，重力做功总与重力势能变化相对应，故A、C、D正确．答案：B