高三物理機(jī)械能有關(guān)問(wèn)題

高三物理機(jī)械能有關(guān)問(wèn)題一、正確區(qū)分兩種力：保守力與耗散力保守力做功與路徑無(wú)關(guān)，只取決于始、末位置.因此保守力沿任意閉合路徑一周，做功為零.常見(jiàn)的有萬(wàn)有引力、重力等.耗散力做功與實(shí)際路徑有關(guān)，所做的功取決于這兩點(diǎn)間的具體路徑.具體運(yùn)算為力與路程的乘積,常見(jiàn)的有摩擦力等.例.以初速度v0豎直向上拋出一個(gè)質(zhì)量為m的小球,上升的最大高度是h.假如空氣阻力f的大小恒定,則從拋出到落回到動(dòng)身點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程中,空氣阻力、重力對(duì)小球做的功分別是多少？分析：重力對(duì)物體做的功只跟起點(diǎn)和終點(diǎn)位置有關(guān)，屬于保守力，故對(duì)小球做的功為0，而摩擦力屬于耗散力且做負(fù)功，因此大小為為-2fh.二、了解恒力功與變力功的運(yùn)算方法恒力功的運(yùn)算方法有W=Fscosα或用動(dòng)能定理.變力做功常采納“功是能量變化的量度”來(lái)運(yùn)算功.例.如圖1所示，質(zhì)量為m的小球用長(zhǎng)L的細(xì)線(xiàn)懸掛而靜止在豎直位置.在下列三種情形下，分別用水平拉力F將小球拉到細(xì)線(xiàn)與豎直方向成θ角的位置.在此過(guò)程中，拉力F做的功各是多少？⑴用F緩慢地拉；⑵F為恒力；⑶若F為恒力，而且拉到該位置時(shí)小球的速度剛好為零.可供選擇的答案有θLmF圖1A.B.C.D.θLmF圖1分析：⑴若用F緩慢地拉，則明顯F為變力，只能用動(dòng)能定理求解.F做的功等于該過(guò)程克服重力做的功.選D⑵若F為恒力，則能夠依照定義求功.選B⑶若F為恒力，而且拉到該位置時(shí)小球的速度剛好為零，那么按定義直截了當(dāng)求功和按動(dòng)能定理求功差不多上正確的，選B、D.說(shuō)明：在第三種情形下，由=，能夠得到，可見(jiàn)在擺角為時(shí)小球的速度最大.三、合力功的兩種運(yùn)算方法一是先求合外力，再依照公式W=F合Scosα運(yùn)算；二是先分別求各外力的功，再求各外力功的代數(shù)和.圖2例.質(zhì)量為m的物體放在光滑的水平面上，繩經(jīng)滑輪由與水平方向成、大小為F的力拉物塊，如圖2所示，將物塊由A點(diǎn)拉到B點(diǎn)，前進(jìn)s（m），求外力對(duì)物塊做的總功為多少？圖2分析：由合力做功等于各分力做功代數(shù)和得W=Fs+Fscosθ=Fs(1+cosθ)說(shuō)明：本題也可采納功的定義公式來(lái)求解，然而先求合外力再求功就苦惱的多.四、關(guān)于機(jī)車(chē)的兩種起動(dòng)問(wèn)題以額定功率不變起動(dòng)，據(jù)F-f=ma和F=P/v可得機(jī)車(chē)作加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，后當(dāng)a=0時(shí)機(jī)車(chē)作勻速運(yùn)動(dòng)，汽車(chē)最大運(yùn)動(dòng)速度vm=P/f.以加速度a勻加速起動(dòng)，據(jù)F-f=ma和P=Fv，牽引力為定值，功率增大，當(dāng)P=P額后，改作加速度減小的加速運(yùn)動(dòng).例.一輛汽車(chē)額定功率為100kw，質(zhì)量為104kg，設(shè)阻力恒為車(chē)重的0.1倍.（1）若汽車(chē)保持恒定功率運(yùn)動(dòng)，求運(yùn)動(dòng)的最大速度.（2）若汽車(chē)以0.5m/s2的加速度的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是：先做變加速運(yùn)動(dòng)，求其勻加速運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)刻.分析：（1）汽車(chē)以恒定功率起動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是：先做變加速運(yùn)動(dòng)（a↓），后做勻速運(yùn)動(dòng)（a=0），在此過(guò)程中，F(xiàn)、v、a的變化情形如下：v↑F=↓a=↓當(dāng)F=f時(shí),a=0,v達(dá)最大vm保持vm勻速運(yùn)動(dòng),因此汽車(chē)達(dá)到最大速度時(shí)有a=0,F=f,P=Fvm=fvm.最大速度vm==10m/s.（2）汽車(chē)以恒定加速度運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是：a不變,v↑，F(xiàn)牽恒定,P實(shí)=F牽v↑,P實(shí)＜P額，直到P實(shí)=P額，因此汽車(chē)勻加速運(yùn)動(dòng)的牽引力F=f+ma=1.5×104N，達(dá)到額定功率時(shí)的速度為vt==6.7m/s即為勻速運(yùn)動(dòng)的末速度,因此勻加速運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)刻為t==13.3s.五、區(qū)分摩擦力做功與生熱問(wèn)題摩擦力（包括靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力）對(duì)物體既能夠做正功，也能夠做負(fù)功，或者說(shuō)摩擦力既能夠是動(dòng)力、也能夠是阻力，因此，摩擦力有時(shí)不做功，因?yàn)槟Σ亮Φ姆较蚩赡芘c速度方向垂直．靜摩擦力做功不生熱；滑動(dòng)摩擦力做功且生熱，所生熱等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的路程相乘，即：Q=f滑S相例.如圖3所示，質(zhì)量為M的木板P在光滑水平地面上以速度勻速運(yùn)動(dòng)，把另一個(gè)質(zhì)量為的小木塊Q放到P的右端A點(diǎn)處，剛放上時(shí)速度為0.Q將在P上滑行一段距離后相對(duì)P靜止，而后以共同的速度一起運(yùn)動(dòng)，圖中右邊虛線(xiàn)表示剛停止相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的位置．試分析那個(gè)過(guò)程中摩擦力做功與能量變化的情形．圖3分析:設(shè)相互作用的滑動(dòng)摩擦力分別為和，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，木塊Q和木板P的位移分別為SQ和SP．摩擦力對(duì)Q做的功等于Q的動(dòng)能的增量，即．圖3同理，摩擦力對(duì)P做的功等于P的動(dòng)能的增量，即．這兩個(gè)功的代數(shù)和為負(fù)值，．那個(gè)地點(diǎn)的數(shù)值等于由P向Q轉(zhuǎn)移的動(dòng)能，WP+WQ的絕對(duì)值則表示這兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)的機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化量，即所生的熱，，Q表示摩擦生熱的大小，s表示相對(duì)位移.說(shuō)明：換一個(gè)角度，我們能夠把fs相對(duì)看作是以木板p為參考系的摩擦力f對(duì)Q做的功．在以P為參考系時(shí)，這一對(duì)滑動(dòng)摩擦力中fP是不做功的，只有fQ做負(fù)功，這兩個(gè)功的代數(shù)和仍為負(fù)值，它表示在那個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)的機(jī)械能有一部分向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，即等于所生的熱．六、動(dòng)能定理不僅適用于一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的過(guò)程，也適用于其中包含幾個(gè)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的過(guò)程例.質(zhì)量為m的物體A靜止在水平桌面上，A與桌面的摩擦因數(shù)為μ，水平推力F推A，在A發(fā)生了位移s1時(shí)撤除F，問(wèn)A還能前進(jìn)多少？分析:取整個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有Fs1-f(s1+s)=0，求出s=(F-μmg)s1/μmg.說(shuō)明:在處理包含幾個(gè)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的過(guò)程中,要注意分析各個(gè)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的受力和做功情形,然后將全過(guò)程所有力的功求代數(shù)和.K圖4K圖4例.如圖4所示，粗細(xì)平均的U形管內(nèi)裝有總長(zhǎng)為4L的水.開(kāi)始時(shí)閥門(mén)K閉合，左右支管內(nèi)水面高度差為L(zhǎng).打開(kāi)閥門(mén)K后，左右水面剛好相平常左管液面的速度是多大？（管的內(nèi)部橫截面專(zhuān)門(mén)小，摩擦阻力忽略不