《（江苏版5年高考3年模拟A版）物理总复习专题六机械能守恒定律课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（江苏版5年高考3年模拟A版）物理总复习专题六机械能守恒定律课件（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题六 机械能守恒定律 高考物理 江苏专用 考点一 功和功率 考点清单单 考向基础 一 功 1 功的定义 一个物体受到力的作用 并在力的方向上 发生一段位移 就说这个力对物体做了机械功 简称功 2 做功的两个必要因素 力 和 物体在力的方向上发生的位移 缺一不可 3 功的物理意义 功是 能量转化 的量度 4 公式 a 当恒力F的方向与位移l的方向一致时 力对物体所做的功为 W Fl b 当恒力F的方向与位移l的方向成某一角度 时 力F对物体所做的功为 W Fl cos 即力对物体所做的功 等于力的大小 位移的大 小 力与位移的夹角的余弦这三者的乘积 5 功是标量 但有正负 二 功率 1 功率是
2、描述 做功快慢 的物理量 在数值上等于功与完成这些功 所用时间的比值 所以功率的大小只与该比值有直接联系 与做功多少 和时间长短无直接联系 比较功率的大小 就要比较这个比值 比值越 大 功率就越大 做功就越快 比值越小 功率就越小 做功就越慢 2 计算功率的两种表达式 a P 用此公式求出的是 平均 功率 b P Fv 若v为平均速度 则P为 平均 功率 若v为瞬时速度 则P为 瞬时 功率 3 发动机铭牌上所标注的功率为这部机械的 额定 功率 它是人 们对机械进行选择 配置的一个重要参数 它反映了机械的做功能力或 机械所能承担的 任务 机械运行过程中的功率是实际功率 机械 的 实际 功率可以
3、小于 其额定功率 可以 等于 其额 定功率 但是机械不能长时间超负荷运行 这样会损坏机械设备 缩短其 使用寿命 由P Fv可知 在功率一定的条件下 发动机产生的牵引力F 跟运转速度v成 反比 考向突破 考向一 功的分析与计算 1 判断力是否做功及做正 负功的方法 2 恒力做功的计算方法 直接用W Fl cos 计算 判断根据适用情况 1 根据力和位移的方向的夹角 判断 90 力做负功 常用于恒力做功的判断 2 根据力和瞬时速度方向的夹角 判断 90 力做负功 常用于质点做曲线运动 3 根据功能关系或能量守恒定律判断常用于变力做功的判断 3 合力做功的计算方法 方法一 先求合力F合 再用W合 F
4、合l cos 求功 方法二 先求各个力做的功W1 W2 W3 再应用W合 W1 W2 W3 求 合力做的功 例1 如图所示 人站在自动扶梯上不动 随扶梯向上匀速运动 下列说法 中正确的是 A 重力对人做负功 B 摩擦力对人做正功 C 支持力对人做正功 D 合力对人做功为零 解析 人随电梯向上匀速运动时只受重力和竖直向上的支持力 所以重 力做负功 支持力做正功 合力为零所以做功为零 A C D正确 答案 ACD 考向二 摩擦力做功的特点 1 静摩擦力做的功 1 单个静摩擦力可以做正功 也可以做负功 还可以不做功 2 相互摩擦的系统内 一对静摩擦力所做功的代数和总为零 即W1 W2 0 3 在静摩
5、擦力做功的过程中 只有机械能的相互转移 静摩擦力起着传 递机械能的作用 而没有机械能转化为其他形式的能 2 滑动摩擦力做的功 1 单个滑动摩擦力可以对物体做正功 也可以对物体做负功 当然也可 以不做功 2 相互摩擦的系统内 一对滑动摩擦力所做功的代数和总为负值 其绝 对值恰等于滑动摩擦力与相对路程的乘积 即恰等于系统因摩擦而损失 的机械能 W1 W2 Q 其中Q就是在摩擦过程中产生的内能 3 一对滑动摩擦力做功的过程中 能量的转化和转移的情况 一是相互 摩擦的物体之间机械能的转移 二是机械能转化为内能 转化为内能的 数值等于滑动摩擦力与相对路程的乘积 即Q Ffl相 例2 如图所示 倾斜的传送
6、带始终以恒定速率v2运动 一小物块以v1的 初速度冲上传送带 v1 v2 小物块从A到B的过程中一直做减速运动 则 A 小物块到达B端的速度可能等于v2 B 小物块到达B端的速度不可能等于零 C 小物块的机械能一直在减少 D 小物块所受合力一直在做负功 解析 由题意可知 物块上滑过程中一直减速 则合外力一直做负功 D 项正确 物块开始上滑时初速度v1大于传送带速度v2 上滑过程中 可能情 况是物块受摩擦力斜向下 沿斜向下还存在重力的分力 两力作用使物 块一直减速 达到顶端时物块速度恰好减到与v2一样大 则A项正确 物块 上滑过程中 还可能 当物块速度减小到v2过程中摩擦力做负功 物块的 机械能
7、减小 若还存在tan 物块速度达到v2后还会继续减小 此后物 块受到的摩擦力会变为斜向上 与上滑方向一致 物块在重力斜向下的 分力和摩擦力的作用下可恰好运动到顶端 速度变为零 这一过程中摩擦 力方向与物块运动方向相同 摩擦力做正功 机械能增大 则B C项错误 答案 AD 考向三 功率的理解与计算 1 平均功率的计算方法 1 利用 2 利用 F cos 其中 为物体运动的平均速度 2 瞬时功率的计算方法 1 利用公式P Fv cos 其中v为t时刻的瞬时速度 2 利用公式P FvF 其中vF为物体的速度v在力F方向上的分速度 3 利用公式P Fvv 其中Fv为物体受到的外力F在速度v方向上的分力
8、 例3 如图所示 质量为m 2 kg的木块在倾角 37 的斜面上由静止开始 下滑 木块与斜面间的动摩擦因数为 0 5 已知 sin 37 0 6 cos 37 0 8 g取10 m s2 则前2 s内重力的平均功率和2 s末的瞬时功率分别为 A 48 W 24 W B 24 W 48 W C 24 W 12 W D 12 W 24 W 解题导引 解析 木块所受的合外力F合 mg sin mg cos mg sin cos 2 10 0 6 0 5 0 8 N 4 N 木块的加速度a m s2 2 m s2 前2 s内木块的位移x at2 2 22 m 4 m 所以 重力在前2 s内做的功为 W
9、 mgx sin 2 10 4 0 6 J 48 J 重力在前2 s内的平均功率为 W 24 W 木块在2 s末的速度 v at 2 2 m s 4 m s 2 s末重力的瞬时功率 P mgv sin 2 10 4 0 6 W 48 W 故选项B正确 答案 B 考向四 机动车启动问题 1 模型一 以恒定功率启动 1 动态过程 2 这一过程的P t图像和v t图像如图所示 2 模型二 以恒定加速度启动 1 动态过程 2 这一过程的P t图像和v t图像如图所示 3 三个重要关系式 1 无论哪种启动过程 机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度 即 vm 式中Fmin为最小牵引力 其值等于阻力F阻
10、2 机车以恒定加速度启动的过程中 匀加速过程结束时 功率最大 速度 不是最大 即v vm 3 机车以恒定功率启动时 牵引力做的功W Pt 由动能定理得 Pt F阻x Ek 此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小 例5 一列火车总质量m 500 t 发动机的额定功率P 6 105 W 在轨道上 行驶时 轨道对列车的阻力Ff是车重的0 01 取g 10 m s2 1 求列车在水平轨道上行驶的最大速度 2 在水平轨道上 发动机以额定功率P工作 求当行驶速度为v1 1 m s和 v2 10 m s时 列车的瞬时加速度a1 a2的大小 3 列车在水平轨道上以36 km h的速度匀速行驶时 求发
11、动机的实际功 率P 4 若列车从静止开始 保持0 5 m s2的加速度做匀加速运动 求这一过程 维持的最长时间 解析 1 列车以额定功率行驶 当牵引力等于阻力 即F Ff kmg时 列车 的加速度为零 速度达到最大值vm 则vm 12 m s 2 当v0表示物体的动能增 加 Ek 使物体A开始沿斜 面向下运动 物体B向上运动 物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到 C点 已知重力加速度为g 不计空气阻力 整个过程中 轻绳始终处于伸 直状态 求 1 物体A向下运动刚到达C点时的速度 2 弹簧的最大压缩量 3 弹簧的最大弹性势能 解析 1 A与斜面间的滑动摩擦力Ff 2 mg cos 物体A向下运动
12、到C点 的过程中 根据功能关系有 2mgL sin 3m 3mv2 mgL FfL 解得v 2 从物体A接触弹簧 将弹簧压缩到最短后又恰回到C点 对系统应用动 能定理 Ff 2x 0 3mv2 解得x 3 弹簧从压缩到最短到恰好能弹到C点的过程中 对系统根据能量关系 有 Epm mgx 2mgx sin Ffx 解得Epm Ffx 答案 1 2 3 m mgL 方法1 求变力做功的方法 方法技巧 方法以例说法 应用动 能定理 拉力F把小球从A缓慢拉到B F做功为WF 则有 WF mgL 1 cos 0 WF mgL 1 cos 微元法质量为m的木块在水平面内做圆周运动 运动一周克服摩擦力做功W
13、f f x1 f x2 f x3 f x1 x2 x3 f 2 R 功率法汽车以恒定功率P在水平路面上运动t时间 牵引力做功WF Pt 等效转 换法 恒力F把物块从A拉到B 绳子对物块做功W F 平均 力法 弹簧由伸长x1被继续拉至伸长x2的过程中 克服弹力做功W x2 x1 图像法一水平拉力F拉着一物体在水平面上运动了R的位移 拉力随位移变化 的曲线为 圆周 则拉力F做的功WF R2 例1 2015海南单科 4 3分 如图 一半径为R的半圆形轨道竖直固定放 置 轨道两端等高 质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下 滑到最 低点Q时 对轨道的正压力为2mg 重力加速度大小为g 质点自P滑到Q
14、 的过程中 克服摩擦力所做的功为 A mgR B mgR C mgR D mgR 解题导引 解析 当质点由P点滑到Q点时 对轨道的正压力为2mg 则质点所受支 持力FN 2mg 由牛顿第二定律得FN mg m gR 对质点自P点滑到 Q点应用动能定理得 mgR Wf m 0 得 Wf mgR 因此 A B D错误 C正确 答案 C 例2 如图所示 一质量为m 2 0 kg的物体从半径为R 5 0 m的圆弧的A 端 在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B端 圆弧AB在竖直平面内 拉力 F大小不变 始终为15 N 方向始终与物体所在位置的切线成37 角 圆 弧所对应的圆心角为60 BO边为竖直方向 g取1
15、0 m s2 求这一过程中 cos 37 0 8 1 拉力F做的功 2 重力mg做的功 3 圆弧面对物体的支持力FN做的功 4 圆弧面对物体的摩擦力Ff做的功 解题导引 1 拉力F大小不变 但方向不断改变 为变力做功 应该用微元法求其做功 2 重力做功与运动路径无关 只要得到始末位置的高度差即可求出 4 摩擦力Ff为变力 利用动能定理求其做功较方便 解析 1 将圆弧分成很多小段l1 l2 ln 拉力在每小段上做的功为 W1 W2 Wn 因拉力F大小不变 方向始终与物体所在位置的切线 成37 角 所以 W1 Fl1 cos 37 W2 Fl2 cos 37 Wn Fln cos 37 所以拉力
16、F做的功为 WF W1 W2 Wn F cos 37 l1 l2 ln F cos 37 R 20 J 62 8 J 2 重力mg做的功WG mgR 1 cos 60 50 J 3 物体受到的支持力FN始终与物体的运动方向垂直 所以 0 4 因物体在拉力F作用下缓慢移动 合外力做功为零 所以WF WG 0 所以 WF WG 62 8 50 J 12 8 J 答案 1 62 8 J 2 50 J 3 0 4 12 8 J 方法2 系统机械能守恒问题的解题方法 对系统机械能守恒问题 若选取势能零点列方程 方程往往较繁琐 所以 多采用 Ep Ek的形式列方程 即系统势能的减少 增加 等于动能的增 加 减少 例3 2015天津理综 5 6分 如图所示 固定的竖直光滑长杆上套有质量 为m的小圆环 圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接 弹簧的另一端连接 在墙上 且处于原长状态 现让圆环由静止开始下滑 已知弹簧原长 为L 圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L 未超过弹性限度 则在 圆环下滑到最大距离的过程中 A 圆环的机械能守恒 B 弹簧弹性势能变化了 mgL C 圆环下滑到最大距离时 所受合力为零
