高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒整合提升學(xué)案 魯科版必修2.doc

第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒一、動(dòng)能定理及其應(yīng)用1對(duì)動(dòng)能定理的理解(1)w總w1w2w3，是包含重力在內(nèi)的所有力做功的代數(shù)和，若合外力為恒力，也可據(jù)w總f合scos 求總功(2)動(dòng)能定理的計(jì)算式為標(biāo)量式(3)動(dòng)能定理是計(jì)算物體位移或速率的簡(jiǎn)捷公式，當(dāng)題目中涉及位移時(shí)可優(yōu)先考慮動(dòng)能定理2應(yīng)用動(dòng)能定理的注意事項(xiàng)(1)明確研究對(duì)象和研究過(guò)程，找出始、末狀態(tài)的速度(2)對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析(包括重力、彈力等)，明確各力的做功大小及正、負(fù)情況(3)在計(jì)算功時(shí)，要注意有些力不是全過(guò)程都做功的，必須根據(jù)不同情況分別對(duì)待，求出總功(4)若物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中包含幾個(gè)不同的物理過(guò)程，解題時(shí)，可以分段考慮，也可視為一個(gè)整體過(guò)程，列出動(dòng)能定理求解例1如圖1所示，光滑圓弧的半徑為0.8 m，有一質(zhì)量為1.0 kg的物體自a點(diǎn)從靜止開(kāi)始下滑到b點(diǎn)，然后沿水平面前進(jìn)4.0 m，到達(dá)c點(diǎn)停止g取10 m/s2，求：圖1(1)物體到達(dá)b點(diǎn)時(shí)的速率；(2)在物體沿水平面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中摩擦力做的功；(3)物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)例2如圖2所示，abcd為一豎直平面內(nèi)的軌道，其中bc水平，a點(diǎn)比bc高出10 m，bc長(zhǎng)1 m，ab和cd軌道光滑一質(zhì)量為1 kg的物體，從a點(diǎn)以4 m/s的速度開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)bc后滑到高出c點(diǎn)10.3 m的d點(diǎn)速度為零(g取10 m/s2，計(jì)算結(jié)果在小數(shù)點(diǎn)后保留一位有效數(shù)字)求：圖2(1)物體與bc軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)物體第5次經(jīng)過(guò)b點(diǎn)時(shí)的速度大??；(3)物體最后停止的位置(距b點(diǎn)多少米)二、機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用1判斷系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒的方法(1)方法一：用做功來(lái)判定，對(duì)某一系統(tǒng)，只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，其他力不做功(2)方法二：用能量轉(zhuǎn)化來(lái)判定，系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無(wú)機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化2機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式(1)e1e2，系統(tǒng)初狀態(tài)的機(jī)械能等于系統(tǒng)末狀態(tài)的機(jī)械能(2)ekep0，系統(tǒng)變化的動(dòng)能與系統(tǒng)變化的勢(shì)能之和為零(3)ea增eb減，系統(tǒng)內(nèi)a物體增加的機(jī)械能等于b物體減少的機(jī)械能3機(jī)械能守恒定律應(yīng)用的思路(1)確定研究對(duì)象和研究過(guò)程(2)分析外力和內(nèi)力的做功情況或能量轉(zhuǎn)化情況，確認(rèn)機(jī)械能守恒(3)選取參考平面，表示出初、末狀態(tài)的機(jī)械能(4)列出機(jī)械能守恒定律方程及相關(guān)輔助方程求解例3一蹦極運(yùn)動(dòng)員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺(tái)下落，到最低點(diǎn)時(shí)距水面還有數(shù)米距離假定空氣阻力可忽略，運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()a運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)前重力勢(shì)能始終減小b蹦極繩張緊后的下落過(guò)程中，彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加c蹦極過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒d蹦極過(guò)程中，重力勢(shì)能的改變與重力勢(shì)能零點(diǎn)的選取有關(guān)例4如圖3所示，傾角為的光滑斜面上放有兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球a和b，兩球之間用一根長(zhǎng)為l的輕桿相連，下面的小球b離斜面底端的高度為h.兩球從靜止開(kāi)始下滑，不計(jì)球與地面碰撞時(shí)的機(jī)械能損失，且地面光滑，求：圖3(1)兩球都進(jìn)入光滑水平面時(shí)兩小球運(yùn)動(dòng)的速度大??；(2)此過(guò)程中桿對(duì)b球所做的功三、功能關(guān)系、能量轉(zhuǎn)化與守恒1力學(xué)中幾種常用的功能關(guān)系合外力的功動(dòng)能變化重力的功重力勢(shì)能變化彈簧彈力的功彈性勢(shì)能變化除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力外的其它力的功機(jī)械能變化一對(duì)滑動(dòng)摩擦力的總功內(nèi)能變化2.能量守恒是無(wú)條件的，利用它解題一定要明確在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程的始、末狀態(tài)間有幾種形式的能在相互轉(zhuǎn)化，哪些形式的能在減少，哪些形式的能在增加，表達(dá)式：e減e增例5如圖4是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖，圖中和為楔塊，和為墊板， 楔塊與彈簧盒、墊板間均有摩擦，在車廂相互撞擊使彈簧壓縮的過(guò)程中()圖4a緩沖器的機(jī)械能守恒 b摩擦力做功消耗機(jī)械能 c墊板的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 d彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能例6如圖5所示，在高h(yuǎn)0.8 m的水平光滑桌面上，有一輕彈簧，其左端固定，質(zhì)量為m1 kg的小球在外力作用下使彈簧處于壓縮狀態(tài)由靜止釋放小球，將小球水平彈出，小球離開(kāi)彈簧時(shí)的速度為v13 m/s，不計(jì)空氣阻力求：圖5(1)彈簧處于壓縮狀態(tài)時(shí)所具有的彈性勢(shì)能是多少？(2)小球落地時(shí)速度v2的大小(g取10 m/s2)答案精析章末整合提升分類突破例1(1)4 m/s(2)8 j(3)0.2解析(1)由a到b，由動(dòng)能定理得mgrmv解得vb m/s4 m/s.(2)由b到c，由動(dòng)能定理得w0mv解得wmv1.042 j8 j即摩擦力做功8 j.(3)由wmgs得0.2.例2(1)0.5(2)13.3 m/s(3)距b點(diǎn)0.4 m解析(1)由動(dòng)能定理得mg(hh)mgsbc0mv，解得0.5.(2)物體第5次經(jīng)過(guò)b點(diǎn)時(shí)，物體在bc上滑動(dòng)了4次，由動(dòng)能定理得mghmg4sbcmvmv，解得v24 m/s13.3 m/s.(3)分析整個(gè)過(guò)程，由動(dòng)能定理得mghmgs0mv，解得s21.6 m.所以物體在軌道上來(lái)回運(yùn)動(dòng)了10次后，還有1.6 m，故距b點(diǎn)的距離為2 m1.6 m0.4 m.例3abc運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)過(guò)程中，重力做正功，所以重力勢(shì)能始終減少，a項(xiàng)正確；蹦極繩張緊后的下落過(guò)程中，彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加，b項(xiàng)正確；蹦極過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)，只有重力和彈性力做功，所以機(jī)械能守恒，c項(xiàng)正確；重力勢(shì)能的改變與重力勢(shì)能零點(diǎn)選取無(wú)關(guān)，d項(xiàng)錯(cuò)誤例4(1)(2)mglsin 解析(1)由于不計(jì)摩擦力及碰撞時(shí)的機(jī)械能損失，因此兩球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒兩球在光滑水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小相等，設(shè)為v，根據(jù)機(jī)械能守恒定律有：mghmg(hlsin )2mv2解得v.(2)根據(jù)動(dòng)能定理，對(duì)b球有mghwmv2，wmglsin .例5b由于楔塊與彈簧盒、墊板間有摩擦力，即摩擦力做負(fù)功，則機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故a錯(cuò)誤，b正確；墊板動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和彈性勢(shì)能，故c錯(cuò)誤；而彈簧彈性勢(shì)能也轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和內(nèi)能，故d錯(cuò)誤例6(1)4.5 j(2)5 m/s