《【教科版】高中物理必修二：第4章《机械能和能源》整合课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教科版】高中物理必修二：第4章《机械能和能源》整合课件（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本章整合 机 械 能 和 能 源 功概念 物体受到力的作用 ,并在力的方向上发生了位移 ,就说力对物体做了功做功的过程就是能量变化的过程公式 : = c o s 当 90 时 , 为负功是标量 ,功的正负表示动力做功还是阻力做功功率概念 :功与完成这些功所用时间的比值公式 P =平均功率 )P = 平均功率或瞬时功率 )机械能动能 : k=12m 重力势能 : p= 弹性势能功能关系重力做功与重力势能的变化 : G= p 1- 弹簧弹力做功与弹性势能的变化 : p 1- 动能定理 : k 2- 机械能守恒定律 : p 1+ = + 能量转化与守恒定律 表达式 : 减能源 :煤、石油、天然气 ;
2、 太阳能、地热能、风能、水能、核能专题一 专题二 专题一、功的计算 恒力 做功 恒力对物体做功大小的计算式为 W = F x c , 式中 为 F 、 x 二者之间的夹角 , 由此可知 , 恒力做功大小只与 F 、 x 、 这三个量有关 , 与物体是否还受其他力、物体的运动状态、运动形式等因素无关 变力 做功 (1 ) 利用 W= F x c 求 变力做功 若力的方向不变 , 大小随物体的位移线性变化 , 则可将变力等效成大小、方向不变的平均力 F =12(F 初 +F 末 ) 来计算功 (2 ) 用动能定理求变力做功 动能定理的内容是 : 外力对物体所做的功等于物体动能的增量 . 设 W 外
3、 为所有外力做的功的代数和 , 则动能定理的数学表达式为 W 外 = 如果所研究的诸力中 , 只有一个是变力 , 而其余的都是恒力 , 则在算出恒力所做的功和动能的增量后 , 用动能定理就可以求出此变力所做的功 专题一 专题二 变力 做功 (3) 用机械能守恒定律求变力做功 如果物体只受重力和弹力作用 , 也就是只有重 力或弹力做功时 , 则物体或系统机械能守恒 . 如果重力和弹力中有一个是变力时 , 则这个变力做的功 ,可用机械能守恒定律来求解 (4) 利用 W = P t 求变力做功 这种方法通常用于求机械做功的问题 , 如汽车的运动等 (5) 利用图像求变力做功 F x 图像中 , 阴影
4、面积在数值上等于外力 F 在位移 x 上所做的功 【例 1 】 如图所示 ,水平地面上有一质量为 m 的物体 ,跨过滑轮的绳子一端沿水平方向固定在墙上 ,另一端与水平方向成 角 ,受恒力 F 作用 ,在物体沿水平地面向右移动 L 的过程中 ,求力 F 所做的功 . 解析 : 力 F 拉绳子做的功等于绳子拉物 体做的功 . 物体受到两个大小均为 F 的拉力 ,其中一个水平 ,另一个斜向上 ,均做正功 ,则拉力做功为 W = FL c o s = 1 + c o s ) . 答案 : 1 + c o s ) 专题一 专题二 专题一 专题二 【例 2 】 质量为 M 的汽车 ,沿平直的公路加速行驶
5、,当汽车的速度为 立即以不变的功率 P 行驶 ,经过距离 s ,速度达到最大值 汽车行驶过程中受到的阻力始终不变 ,求汽车的速度由 解析 : 设汽车从 初态 ) 加速至 末态 )的过程所经历的时间为 t ,行驶过程中所受的阻力为 f 对汽车加速过程 ,有动 能定理 f s = 222 122 又 f=2 联立 式 ,解得 t= ( 22- 12)2 +2W = P t = ( 22- 12)2+ 2. 答案 : ( 22- 12)2 +2 ( 22- 12)2+ 2专题一 专题二 题 后反思 : 汽车以恒定功率所做的加速运动是加速度逐渐减小的变加速运动 ,此过程中牵引力是变力 即牵引力等于阻力
6、时 ,速度达到最大值 故可用 W = P t 来计算牵引力做的功 . 专题一 专题二 专题二、解决力学问题的两个基本观点 动力学 观点 运用牛顿运动定律结合运动学规律解题是这一观点的核心 . 此种方法往往求得的是瞬时关系 . 利用此种方法解题必须考虑运动状态改变的细节 只能用于匀变速运动 ( 包括直线和曲线运动 ), 对于一般的变加速运动 , 特别是对于碰撞、爆炸等问题 , 用此法解题相当困难 . 另 外 , 动力学观点也仅适用于宏观、低速的情况 功与能 的观点 这个观点研究的是物体或系统运动变化所经历的过程状态的改变 , 它无需对过程细节深入研究 , 更关心的是运动状态变化及引起变化的原因
7、. 简单地说 , 只要知道某一过程的始末状态及动能和势能 , 再求出力在该过程中所做的功 , 即可对问题求解 专题一 专题二 【例 3 】 地面上固定着一个倾角为 37 的足够长的斜面 ,有一个物体从斜面底端以一定的初速度沿斜面向上运动 ,当物体返回底端时 ,其速度大小变为初速度的一半 ,求物体与斜面之间的动摩擦因数 . 解析 : 解法一 :应用牛顿第二定律和运动学公式 ( 动力 学观点 ) 选物体为研究对象 ,设物体的初速度为 斜面上升时的加速度为 a 上 ,沿斜面上升的最大位移为 x ,根据牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式有 - mg s 3 7 - mg c o s 3 7 = m a
8、 上 0 - 02= 2 a 上 x 专题一 专题二 该物体沿斜面下滑时的加速度为 a 下 ,根据牛顿第二定律和匀变速直线运动的公式有 mg s i n 3 7 - mg c o s 3 7 = m a 下 ( 02)2= 2 a 下 x 由以上四式联立解得 =35t a n 3 7 = 0 . 45 . 专题一 专题二 解法二 :应用动能定理 (功和能观点 ) 选物体为研究对象 ,对沿斜面上升的过程应用动能定理 ,有 - mg s i n 37 x - mg c o s 3 7 x= 0 02对物体沿斜面下滑的过程 ,应用动能定理 ,有 mg s i n 3 7 x - mg c o s 3
9、 7 x=12m ( 02)2由以上两式联立解得 =35t a n 3 7 = 0 . 45 . 答案 : 0 . 45 1 ( 2014 重庆理综 ) 某车以相同的功率在两种不同的水平路面上行驶 ,受到的阻力分别为车重的 k 1 和 k 2 倍 ,最大速率分别为 v 1 和 v 2 ,则 ( ) A. v 2 =k 1 v 1 B. v 2 = 1 2v 1 C. v 2 = 2 1v 1 D. v 2 =k 2 v 1 解析 : 根据机车的起动规律可知 ,当牵引力等于阻力时 ,车速最大 ,有 v m a x =,又 f = k m g ,则 1 2=21= 2 1, B 项正确 . 答案
10、: B 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 2 ( 2014 课标全国 ) 一物体静止在粗糙水平地面上 ,现用一大小为 经过一段时间后其速度变为 v. 若将水平拉力 的大小改为 体从静止开始经过同样的时间后速度变为 2 v. 对于上述两个过程 ,用 、分别表示拉力 、 分别表示前后两次克服摩擦力所做的功 ,则 ( ) A. 4 , 2 B. 4 , = 2 C. 4 , = 2 D. 4 , 2 解析 : 由 v = a t 可知 ,2 由 x=12 2 根据题意 ,物体受的摩擦力 由 知 , 2 a= - 可知 , 2 F= F x 可知 , 4 ,选项 C 正确 . 答案 : C 1
11、2 3 4 5 3 ( 2014 课标全国 ) 如图所示 ,一质量为 M 的光滑大圆环 ,用一细轻杆固定在竖直平面内 ; 套在大环上质量为 m 的小环 ( 可视为质点 ), 从大环的最高处由静止滑下 g ,当小环滑到大环的最低点时 ,大环对轻杆拉力的大小为 ( ) A. 5 B. M g + m g C. M g + 5 D. M g + 10 解析 : 设小环滑到大环最低点时的速度为 v ,根据机械能守恒定律 ,有m g 2 R=12 v= 2 F 1 - m g = m 2,则大环对小环的作用力 F 1 = 5 对大环 ,根据平衡条件 ,有 F 2 = M g + F 1 = M g +
12、5 选项C 正确 . 答案 : C 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 4 ( 2012 天津理综 ) 如图甲所示 ,静止在水平地面的物块 A ,受到水平向右的拉力 F 作用 , F 与时间 t 的关系如图乙所示 ,设物块与地面的静摩擦力最大值fm a 则 ( ) A . 0 的功率逐渐增大 B. 的加速度最大 C. 做反向运动 D. 的动能最大 解析 : 根据图乙 可知 :在 0 t 1 时间内拉力 F 没有达到最大静摩擦力 f m a x ,物体处于静止状态 ,则拉力 F 的功率为零 ,选项 A 错误 ; 对物块 A 由牛顿第二定律有 F - f m a x = m a ,由于 t 2 时刻拉力 F 最大 ,则 t 2 时刻物块加速度 a 最大 ,选项 B 正确 ; t 2 到 t 3 这段时间内拉力 F 大于 f m a x ,所以物块做加速运动 , t 3 时刻速度达到最大 ,选项 C 错误 , D 正确 . 答案 : 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 5 ( 2014 福建理综 ) 如图所示为某游乐场内水上滑梯轨道示意图 ,整个轨道在同一竖直平面内 ,表面粗糙的 轨道与四分之一光滑圆弧轨道 点 A 距水面的高度为 H ,圆弧 轨道 半径为 R ,圆心 O 恰在水面 m 的游客 ( 视为质点 ) 可从轨道 任意位置
