機械能復(fù)習(xí)市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

第1講功和功率第1頁一、功1．做功兩個要素(1)力；(2)物體在力方向上發(fā)生位移．2．公式：W＝Fxcosα，α是力和位移方向間夾角，此公式只適合用于恒力做功．3．功正負(fù)意義(1)功是標(biāo)量，但有正負(fù)之分，正功表示動力功，負(fù)功表示阻力功．(2)一個力對物體做負(fù)功，往往說成是物體克服這個力做功(取絕對值)第2頁4．功正負(fù)確實定在公式W＝Fxcosα中，α為F與x夾角．(1)若α<90°，則W>0，表示力對物體做正功．(2)若α＝90°，則W＝0，表示力對物體不做功．(3)若90°<α≤180°，則W<0，表示力對做負(fù)功．第3頁二、功率1．定義：功W跟完成這些功所用時間t比值．2．物理意義：功率表示做功快慢。3．計算式(1)P＝

(2)P＝Fvcosα4．額定功率：機械在正常條件下能夠長時間工作功率5．實際功率：機械實際工作時輸出功率．要求小于等于額定功率．第4頁1．依據(jù)力和位移之間夾角判斷，此法慣用于恒力做功判斷．2．依據(jù)力和瞬時速度之間夾角判斷，此法慣用于判斷質(zhì)點做曲線運動時變力做功．夾角為銳角時力做正功，夾角為鈍角時力做負(fù)功，夾角為直角時力不做功．第5頁1．恒力做功對恒力作用下物體運動，力對物體做功用W＝Fxcosα求解．該公式可寫成W＝F·(xcosα)＝(Fcosα)·x，即功等于力與力方向上位移乘積或功等于位移與位移方向上力乘積．2．變力做功(1)用動能定理W＝ΔEk或功效關(guān)系W＝ΔE，即用能量增量等效代換變力所做功．(2)當(dāng)變力功率P一定時，可用W＝Pt求功，如機車以恒定功率開啟時．第6頁(3)將變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功①當(dāng)力大小不變而方向一直與運動方向相同或相反時，這類力做功大小等于力和旅程(不是位移)乘積．如滑動摩擦力做功、空氣阻力做功等．②當(dāng)力方向不變而大小隨位移做線性改變時，可先求出力對位移平均值F＝，再由W＝Fxcosα計算，如彈簧彈力做功．第7頁(4)作出變力F隨位移x改變圖象，圖象與位移軸所圍“面積”即為變力做功．如圖5－1－2所表示，圖(a)中陰影部分面積表示恒力F做功W，圖(b)中陰影部分面積表示變力F做功W.第8頁3．總功求法(1)總功等于協(xié)力功先求出物體所受各力協(xié)力F合，再依據(jù)W總＝F合xcosα計算總功，但應(yīng)注意α應(yīng)是協(xié)力與位移x夾角．(2)總功等于各力做功代數(shù)和分別求出每一個力做功：W1＝F1x1cosα1，W2＝F2x2cosα2，W3＝F3x3cosα3，…再把各個力做功求代數(shù)和，即：W總＝W1＋W2＋W3＋…第9頁類型1：機車以恒定功率P開啟P＝Fv發(fā)動機實際功率發(fā)動機牽引力機車瞬時速度當(dāng)F=F阻時，a＝0

，v到達最大

保持vm勻速vF＝vPa＝mF－F阻↑→↓↑→→↓↓vm＝F阻P加速度逐步減小變加速直線運動勻速直線運動三、機車開啟問題第10頁先做加速度逐步減小變加速直線運動，最終以速度做勻速直線運動。vm＝F阻Pvt0vm機車以恒定功率開啟v－t圖象兩個慣用公式：（1）瞬時加速度公式:（2）最大速度公式：vm＝F阻P發(fā)動機做功只能用W=Pt計算，不能用W=Fs計算（因為F為變力）第11頁類型2：機車以恒定加速度a開啟當(dāng)F=F阻時，a＝0

，v到達最大

保持vm勻速F＝vP額a＝mF－F阻↑→↓v↑↓→→↓vm＝F阻P額加速度逐步減小變加速直線運動勻速直線運動a＝mF－F阻→→→→F→v↑P＝Fv↑↑→當(dāng)P=P額時，保持P額繼續(xù)加速勻加速直線運動第12頁機車以恒定加速度開啟v－t圖先做勻加速直線運動，再做加速度逐步減小變加速直線運動，最終以速度做勻速直線運動。vt0vm＝F阻P額vm做勻加速運動只能維持一段時間,在這段時間內(nèi)牽引力功率隨時間增大而增大,當(dāng)增大到額定功率時,勻加速運動結(jié)束。t1第13頁第2講動能定理和功能關(guān)系第14頁一、動能1．定義：物體因為運動而含有能．4．矢標(biāo)性：動能是標(biāo)量，只有正值．3．單位：焦耳,1J＝1N·m＝1kg·m2/s2.2．公式：Ek＝

.mv2J動能是狀態(tài)量，其表示式中v是瞬時速度，但動能改變量是過程量．第15頁二、動能定理1．內(nèi)容：協(xié)力所做功等于物體動能改變．3．物理意義：動能定理指出了外力對物體所做總功與物體動能改變量之間關(guān)系，即合外力功是物體動能改變量度．2．表示式：W＝Ek2－Ek1＝mv22－mv124．動能定理適用條件(1)動能定理既適合用于直線運動，也適合用于曲線運動；(2)既適合用于恒力做功，也適合用于變力做功；(3)力能夠是各種性質(zhì)力，既能夠同時作用，也能夠不一樣時作用第16頁1．計算外力對物體做總功時，應(yīng)明確各個力所做功正負(fù)，然后求全部外力做功代數(shù)和；求動能改變時，應(yīng)明確動能沒有負(fù)值，動能改變?yōu)槟﹦幽軠p去初動能．2．位移和速度必須是相對于同一個參考系而言，普通以地面為參考系．3．動能定理應(yīng)用廣泛，直線運動、曲線運動、恒力做功、變力做功、同時做功、分段做功等各種情況均適用．4．動能定理既適合用于一個連續(xù)過程，也適合用于分段過程全過程第17頁動能定理說明外力對物體所做總功和動能改變間一個因果關(guān)系和數(shù)量關(guān)系，不可了解為功轉(zhuǎn)變成了物體動能．第18頁1．基本步驟(1)選取研究對象，明確它運動過程；(2)分析研究對象受力情況和各力做功情況：(3)明確研究對象在過程始末狀態(tài)動能Ek1和Ek2；(4)列出動能定理方程W合＝Ek2－Ek1及其它必要解題方程，進行求解．第19頁2．注意問題(1)動能定理研究對象是單一物體，或者是能夠看做單一物體物體系統(tǒng)．(2)動能定理是求解物體位移或速率簡捷公式．當(dāng)題目中包括到位移時可優(yōu)先考慮動能定理；處理曲線運動中速率問題時也要優(yōu)先考慮動能定理．(3)若過程包含了幾個運動性質(zhì)不一樣分過程，既可分段考慮，也可整個過程考慮．但求功時，有些力不是全過程都作用，必須依據(jù)不一樣情況分別對待求出總功．(4)應(yīng)用動能定理時，必須明確各力做功正、負(fù)．當(dāng)一個力做負(fù)功時，可設(shè)物體克服該力做功為W，將該力做功表示為-W，也能夠直接用一字母表示該力做功，使其字母本身含有負(fù)號．第20頁1．應(yīng)用動能定了解題，關(guān)鍵是對研究對象進行準(zhǔn)確受力分析及運動過程分析，并畫出物體運動過程草圖，借助草圖了解物理過程和各量關(guān)系．有些力在物體運動全過程中不是一直存在，在計算外力做功時更應(yīng)引發(fā)注意．2．高考對該類問題常綜合各種力及平拋、圓周運動、牛頓運動定律等知識，考查學(xué)生了解、推理、分析綜合能力．第21頁第3講機械能守恒定律及其應(yīng)用第22頁一、勢能:由相互作用物體相對位置決定能量1．重力勢能:物體因為被舉高而含有能．(1)大?。篍p＝mgh(2)相對性：重力勢能大小和正負(fù)與參考平面選取相關(guān)，在其之上為正值，在其之下為負(fù)值．(3)系統(tǒng)性：重力勢能是地球與物體所組成這個系統(tǒng)所共有．(4)重力做功特點：物體運動時，重力對它做功只跟它起點和終點位置相關(guān)，而跟物體運動路徑無關(guān)．(5)重力做功與重力勢能改變關(guān)系:重力對物體做功等于物體重力勢能降低許，即WG＝－(Ep2－Ep1)＝Ep1－Ep2.第23頁2．彈性勢能(1)概念：物體因為發(fā)生彈性形變而含有能．(2)大小：彈簧彈性勢能大小與彈簧形變量及勁度系數(shù)相關(guān)．(3)彈力做功與彈性勢能改變關(guān)系：彈力做增加，彈性勢能減小，彈力做負(fù)功，彈性勢能正功．第24頁二、機械能及其守恒定律1．機械能：動能和勢能統(tǒng)稱為機械能，即E＝Ek＋Ep.2．機械能守恒定律(1)內(nèi)容：在只有重力、彈力做功情形下，物體動能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，而機械能總量保持不變．(2)表示式：Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2.(3)機械能守恒條件：只有重力或彈力做功．第25頁(1)重力勢能正負(fù)及大小與零勢能面選取相關(guān)，彈性勢能普通選彈簧原長時為彈性勢能零位置．(2)應(yīng)用機械能守恒定律時要注意判斷機械能是否守恒和選取零勢能面．第26頁三、功效關(guān)系1．功是能量轉(zhuǎn)化量度，即做了多少功，就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化．2．做功過程一定伴隨有能量轉(zhuǎn)化，而且能量轉(zhuǎn)化必須經(jīng)過做功來實現(xiàn)．第27頁1．只受重力作用，比如在不考慮空氣阻力情況下各種拋體運動，物體機械能守恒．2．受其它力，但其它力不做功，只有重力或彈力做功．例如物體沿光滑曲面下滑，受重力、曲面支持力作用，但曲面支持力不做功，物體機械能守恒．3．彈力做功伴伴隨彈性勢能改變，而且彈力做功等于彈性勢能降低許．第28頁1．對一些繩子突然繃緊、物體間非彈性碰撞等，除非題目尤其說明，不然機械能一定不守恒．2．機械能守恒條件絕不是協(xié)力功等于零，更不是合力等于零，而是看是否只有重力或彈簧彈力做功．第29頁1．三種守恒表示式比較表示角度表示公式表示意義注意事項守恒觀點Ek＋Ep＝Ek′＋Ep′系統(tǒng)初狀態(tài)機械能總和與末狀態(tài)機械能總和相等應(yīng)用時應(yīng)選好重力勢能零勢能面，且初、末狀態(tài)必須用同一零勢能面計算勢能第30頁表示角度表示公式表示意義注意事項轉(zhuǎn)化觀點ΔEk＝－ΔEp表示系統(tǒng)(或物體)機械能守恒時，系統(tǒng)降低(或增加)重力勢能等于系統(tǒng)增加(或降低)動能應(yīng)用時關(guān)鍵在于分清重力勢能增加量和降低許，可不選零勢能面而直接計算初、末狀態(tài)勢能差轉(zhuǎn)移觀點ΔE增＝ΔE減若系統(tǒng)由A、B兩部分組成，則A部分物體機械能增加量與B部分物體機械能降低許相等慣用于處理兩個或多個物體組成物體系機械能守恒問題第31頁2．應(yīng)用機械能守恒定律解題基本步驟(1)分析題意，明確研究對象；(2)分析研究對象在運動過程中受力情況，搞清物體所受各力做功情況，判斷機械能是否守恒；(3)選取零勢能面，確定研究對象在始末狀態(tài)時機械能；(4)依據(jù)機械能守恒定律列出方程進行求解，并對結(jié)果進行必要討論和說明．第32頁機械能守恒定律是一個“能—能轉(zhuǎn)化”關(guān)系，其守恒是有條件，所以，應(yīng)用時要注意對研究對象在所研究過程中機械能是否守恒做出判斷．動能定理反應(yīng)是“功—能轉(zhuǎn)化”關(guān)系，應(yīng)用時要注意兩個規(guī)律中功和能不一樣含義和表示式．第33頁不一樣力做功對應(yīng)不一樣形式能改變定量關(guān)系合外力功(全部外力功)動能改變合外力對物體做功等于物體動能增量W合＝Ek2－Ek1重力功重力勢能改變重力做正功，重力勢能降低；重力做負(fù)功，重力勢能增加WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2第34頁不一樣力做功對應(yīng)不一樣形式能改變定量關(guān)系彈簧彈力功彈性勢能改變彈力做正功，彈性勢能降低；彈力做負(fù)功，彈性勢能增加WF＝－ΔFp＝Ep1－Ep2只有重力、彈簧彈力功不引發(fā)機械能改變機械能守恒ΔE＝0第35頁不一樣力做功對應(yīng)不一樣形式能改變定量關(guān)系除重力和彈力之外力做功機械能改變除重力和彈力之外力做多少正功，物體機械能就增加多少；除重力和彈力之外力做多少負(fù)功，物體機械能就降低多少W除G、F外＝ΔE電場力功電勢能改變電場力做正功，電勢能降低；電場力做負(fù)功，電勢能增加W電＝－ΔEp第36頁不一樣力做功對應(yīng)不一樣形式能改變定量關(guān)系一對滑動摩擦力總功內(nèi)能改變作用于系統(tǒng)一對滑動摩擦力一定做負(fù)功，系統(tǒng)內(nèi)能增加Q＝Ffx相對第37頁利用Wf＝－Ffx相對進行熱量Q計算時，關(guān)鍵是對相對旅程x相正確了解．例如：假如兩物體同向運動，x相對為兩物體對地位移大小之差；假如兩物體反向運動，x相對為兩物體對地位移大小之和；假如一個物體相對另一個物體往復(fù)運動，則x相對為兩物體相對滑行路徑總長度．第38頁第5講實驗：驗證機械能守恒定律第39頁一、試驗?zāi)繕?biāo)驗證機械能守恒定律．二、試驗原理1．在只有重力做功自由落體運動中，物體重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化，但總機械能保持不變．若物體某時刻瞬時速度為v，下落高度為h，則重力勢能降低量為mgh，動能增加量為mv2，看它們在試驗誤差允許范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗證了機械能守恒定律．第40頁2．速度測量：做勻變速運動紙帶上某點瞬時速度等于相鄰兩點之間平均速度vt＝2t計算打第n個點速度方法：測出第n個點與相鄰前后點間距離sn和sn＋1，由公式vn＝或vn＝算出，如圖實－1所表示．第41頁三、試驗器材鐵架臺(含鐵夾)，打點計時器，學(xué)生電源，紙帶，復(fù)寫紙，導(dǎo)線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾)．四、試驗操作1．試驗步驟(1)安裝置：按圖實－2所表示將檢驗、調(diào)整好打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路．第42頁(2)打紙帶：將紙帶一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器地方．先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復(fù)做3～5次試驗．(3)選紙帶：分兩種情況說明

第43頁①用mvn2＝mghn驗證時，應(yīng)選點跡清楚，且1、2兩點間距離小于或靠近2mm紙帶．若1、2兩點間距離大于2mm，這是因為先釋放紙帶后接通電源造成．這么，第1個點就不是運動起始點了，這么紙帶不能選．第44頁②用mvB2－mvA2＝mgΔh驗證時，因為重力勢能相對性，處理紙帶時，選擇適當(dāng)點為基準(zhǔn)點，這么紙帶上打出第1、2兩點間距離是否大于2mm就無關(guān)緊要了，所以只要后面點跡清楚就可選?。?5頁2．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)測量計算在起始點標(biāo)上0，在以后各點依次標(biāo)上1、2、3……用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3……利用公式vn＝計算出點1、點2、點3、……瞬時速度v1、v2、v3……第46頁(2)驗證守恒

法一：利用起始點和第n點計算．代入ghn和vn2，假如在試驗誤差允許條件下，ghn＝vn2，則機械能守恒定律是正確．法二：任取兩點計算．①任取兩點A、B測出hAB，算出ghAB.②算出vB2－vA2值．③在試驗誤差允許條件下，假如ghAB＝vB2－vA2，則機械能守恒定律是正確．第47頁法三：圖象法．從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點下落高度h，并計算各點速度平方v2，然后以v2為縱軸，以h為橫軸，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪出v2－h(huán)圖線．若在誤差允許范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為g直線，則驗證了機械能守恒．第48頁五、注意事項1．打點計時器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺上，打點計時器平面與紙帶限位孔調(diào)整到豎直方向，以減小摩擦阻力．2．重物要選取密度大、體積小物體，這么能夠減小空氣阻力影響，從而減小試驗誤差．3．試驗中，需保持提紙帶手不動，且確保紙帶豎直，待接通電源，打點計時器工作穩(wěn)定后，再松開紙帶．第49頁4．速度不能用vn＝gtn或vn＝計算，因為只要認(rèn)為加速度為g，機械能當(dāng)然守恒，即相當(dāng)于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律，況且用vn＝gtn計算出速度比實際值大，會得出機械能增加結(jié)論，而因為摩擦阻力影響，機械能應(yīng)該減小，所以速度應(yīng)從紙帶上直接測量計算．一樣道理，重物下落高度h，也只能用刻度尺直接測量，而不能用hn＝gtn2或hn＝計算得到．第50頁六、誤差分析1．本試驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能增加量ΔEk稍小于重力勢能降低許ΔEp，即ΔEk<ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差．改進方法是調(diào)整器材安裝，盡可能地降低阻力．2．本試驗另一個誤差起源于長度測量，屬偶然誤差．減小誤差方法是測下落距離時都從0點量起，一次將各打點對應(yīng)下落高度測量完．或者采取屢次測量取平均值來減小誤差．第51頁探究功與物體速度改變關(guān)系第52頁試驗：探究做功與小車速度改變關(guān)系試驗?zāi)繕?biāo)：經(jīng)過試驗探究橡皮筋對小車做功與小車速度關(guān)系試驗器材：橡皮筋、小車、木板、打點計時器、鐵釘?shù)认鹌そ钚≤嚧螯c計時器紙帶木板鐵釘?shù)?3頁思索小車在木板上運動過程中，哪一階段橡皮筋對小車做功？橡皮筋對小車?yán)ψ龉πХ裰苯訙y量？橡皮筋彈力是變力，且彈力與伸長量關(guān)系也不嚴(yán)格恪守胡克定律，不輕易計算。???CBA橡皮筋被拉伸直到恢復(fù)原長過程中怎樣設(shè)計試驗才能處理這一問題?第54頁處理方案第一次用一條橡皮筋拉小車第二次用兩條完全相同橡皮筋并聯(lián)起來栓到小車上拉小車，且使每條橡皮筋伸長都和第一次伸長量一樣做功W做功2W依次類推，并聯(lián)三條、四條……橡皮筋，且拉伸長度都一樣，做功為3W、4W……第55頁思索小車在木板上做什么性質(zhì)運動？先加速后勻速再減速我們要取速度是哪個階段速度？這個速度該怎樣測量？橡皮筋恢復(fù)原長時速度。利用打點計時器，用橡皮筋恢復(fù)原長時一段位移與所用時間比值近似計算該點瞬時速度第56頁怎樣使拉力做功等于協(xié)力做功？即怎樣抵消摩擦力。思索橡皮筋對小車做功是協(xié)力做功嗎？把木板一端墊高，