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1、专题六 机械能及其守恒,【高考帮物理】：专题六 机械能及其守恒,考情精解读,A.考点帮知识全通关,目录 CONTENTS,考纲要求,命题规律,命题分析预测,考点1 功和功率的理解及计算,考点2 动能定理的理解与应用,考点3 机械能守恒定律的理解与应用,考点4 功能关系的理解与应用,考点6 实验:验证机械能守恒定律,考点5 实验:探究动能定理,方法1 功的判断与计算方法,方法2 功率的理解及计算方法,方法3 动能定理的应用方法,方法4 机械能守恒定律的应用方法,方法5 应用功能关系求解问题,B.方法帮题型全突破,C.考法帮考向全扫描,考向1 功和功率的理解与计算,考向2 动能定理及其应用,物理
2、专题六 机械能及其守恒,方法6 探究动能定理的实验方法,方法7 验证机械能守恒定律实验的创新方法,考向5 考查探究动能定理实验问题,考向6 验证机械能守恒实验方法的拓展与创新,物理 专题六 机械能及其守恒,考向3 机械能守恒定律及其应用,考向4 运用功能关系及能量守恒思想求解问题,考情精解读,考纲要求 命题规律 命题分析预测,物理 专题六 机械能及其守恒,1.功和功率 2.动能和动能定理 3.重力做功与重力势能 4.功能关系、机械能守恒定律及其应用 5.实验:探究动能定理 6.实验:验证机械能守恒定律,考纲要求,命题规律,高考对本专题的考查形式多样、内容丰富、考法灵活.题型有选择题、填空题、计
3、算题等.试题综合性强,往往与动力学、运动学以及电磁学等主干知识相结合,并密切联系实际,难度较大,对各方面能力要求很高,命题分析预测,A.考点帮知识全通关,考点1 功和功率的理解及计算 考点2 动能定理的理解与应用 考点3 机械能守恒定律的理解与应用 考点4 功能关系的理解与应用 考点5 实验:探究动能定理 考点6 实验:验证机械能守恒定律,物理 专题六 机械能及其守恒,考点1 功和功率的理解及计算,3.机车启动的两种方式分析,物理 专题六 机械能及其守恒,注意：在求解机车启动类问题时,要注意区别以恒定加速度启动达到的最大速度v1和机车达到额定功率时所能达到的最大速度vmax.,考点2 动能定理
4、的理解与应用,(4)总功的计算: 先由力的合成与分解或根据牛顿第二定律求出合力F合,然后由W合= F合lcos 计算; 由W=Flcos 计算各个外力对物体做的功W1、W2、Wn,然后将各个外力所做的功求代数和,即W合=W1+W2+Wn. 2.动能定理的应用 动能定理中涉及的物理量有F、l、m、v、W、Ek等,在处理含有上述物理量的力学问题时,可以考虑使用动能定理.由于只需考虑力在整个位移内对物体做的功和物体在这段位移始、末两状态动能的变化,无需注意其中运动状态变化的细节,又由于动能和功都是标量,无方向性,因此无论是直线运动还是曲线运动,计算都会特别方便.应用动能定理应注意的问题如下. (1)
5、物体动能的变化是由于外力对物体做功引起的,外力对物体做的总功为正,则物体的动能增加;反之减少.外力对物体所做的总功,应为所有外力做功的代数和,包括重力做的功.,物理 专题六 机械能及其守恒,(2)有些力在物体运动全过程中不是始终存在的,若物体运动过程中包含几个物理过程,则物体运动状态、受力等情况均发生变化,因而在考虑外力做功时,必须根据不同情况,分别对待. (3)若物体运动过程中包含几个不同的物理过程,解题时可以分段考虑,也可视全过程为一整体,用动能定理求解. (4)若研究对象为几个物体组成的系统,对系统应用动能定理时,必须区别系统的外力与内力,内力做功不在考虑之列. (5)动能定理中的位移和
6、速度必须是相对于同一个参考系,一般以地面为参考系. 3.应用动能定理解题的基本思路应用动能定理的关键是写出各力做功的代数和,不要漏掉某个力做的功,同时要注意各力做功的正负.,物理 专题六 机械能及其守恒,4.应用动能定理的几个特殊情境 (1)动能定理虽然是在恒力作用且直线运动的情况下推导出来的,但也适用于变力作用、曲线运动的情况. (2)在涉及力、位移(或路程)、速度的关系,而不涉及加速度和时间的问题中,可优先考虑应用动能定理. (3)对于求解多个过程的问题可全过程考虑,从而避开每个运动过程的具体细节,具有过程简明、运算量小等优点. (4)当力F大小变化或方向改变,不能直接由W=Flcos 来
7、求力F所做的功时,可由其做功的效果“动能的变化”来求力F所做的功.,物理 专题六 机械能及其守恒,考点3 机械能守恒定律的理解与应用,1.重力做功的特点 重力做功只取决于物体初、末位置间的高度差,与物体的运动路径无关,有WG=mgh. 2.重力势能 地球上的物体具有跟它的高度有关的能量,叫做重力势能,Ep=mgh. 重力势能是标量,但有正、负之分,表示物体的重力势能比零势能大还是小.重力势能的特点如下. (1)系统性:重力势能是地球和物体共有的. (2)相对性:重力势能的大小与零势能面的选取有关.重力势能的变化是绝对的,与零势能面的选取无关. (3)重力做功与重力势能变化的关系:WG=Ep1-
8、Ep2.,3.弹性势能 弹性势能是物体(一般为弹簧)由于发生弹性形变而具有的能量.弹性势能的大小与弹簧的形变量及劲度系数有关.弹性势能由弹簧组成的整个系统共同具有. 注意：弹簧弹性形变为零时,对应的弹性势能为零,而重力势能是否为零与所选的零势能面有关.对同一弹簧,无论是压缩形变还是伸长形变,只要是形变量相同,弹性势能就相等. 4.机械能守恒定律 (1)内容:在只有重力(或系统内弹力)做功的情况下,物体系统内的动能和重力势能(或弹性势能)发生相互转化,而机械能的总量保持不变. (2)常用的三种表达式 守恒观点 表达式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或E1=E2. 意义:系统初状态的机械能等于末状
9、态的机械能.,物理 专题六 机械能及其守恒,注意：要先选取零势能参考平面,并且在整个过程中必须选取同一个零势能参考平面. 转化观点 表达式:Ek=-Ep. 意义:系统的机械能守恒时,系统增加(或减少)的动能等于系统减少(或增加)的势能. 转移观点 表达式:EA增=EB减. 意义:若系统由A、B两部分组成,当系统的机械能守恒时, A部分机械能的增加量等于B部分机械能的减少量,物理 专题六 机械能及其守恒,(3)机械能守恒定律与动能定理的区别与联系,物理 专题六 机械能及其守恒,考点4 功能关系的理解与应用,1.功能关系 (1)功是能量转化的量度,即做了多少功就有多少能量发生了转化. (2)做功的
10、过程一定伴随着能量转化,而且能量转化必通过做功来实现. (3)几种常用的功能关系式 外力对物体所做的总功等于物体动能的增量,即W总=Ek=Ek2-Ek1(动能定理). 重力做功对应重力势能的减少量,即WG=-Ep=Ep1-Ep2.重力做多少正功,重力势能就减少多少;重力做多少负功, 重力势能就增加多少. 弹力做功对应弹性势能的减少量,即WF=-Ep=Ep1-Ep2.弹力做多少正功,弹性势能就减少多少;弹力做多少负功,弹性势能就增加多少. 除重力或弹力以外的其他力做的功与物体机械能的增量相对应,即W其他=E=E2-E1.除重力或弹力以外的其他力做多少正功,物体的机械能就增加多少;其他力做多少负功
11、, 物体的机械能就减少多少.,电场力做功与电势能的减少量相对应,即WAB=-Ep=EpA-EpB.电场力做正功,电势能减少;电场力做负功,电势能增加. 安培力做功对应电能与其他形式的能相互转化,即W安=-E电.安培力做正功,电能转化为其他能(如电动机工作时);克服安培力做功,其他能转化为电能(如发电机工作时). 滑动摩擦力做功与内能变化的关系:摩擦所产生的热量等于滑动摩擦力与物体间相对路程的乘积,即Q=Ffs相对. 注意：(1)一对滑动摩擦力所做的功的代数和总为负值,它表示除了有机械能在两个物体间转移外,还有一部分机械能转化为内能,这就是摩擦生热的实质. (2)一对静摩擦力所做的功的代数和等于
12、零.在静摩擦力做功的过程中,只有机械能从一个物体转移到另一个物体,而没有机械能转化为其他形式的能量. 2.能量转化和守恒定律 (1)内容:能量既不能凭空产生,也不能凭空消失.它只能从一种形式转化为另一种形式,或从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中其总量保持不变.,物理 专题六 机械能及其守恒,(2)表达式:E减=E增. (3)可以从两个方面来理解: 某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等,即E减=E增; 某个物体A的能量减少,一定存在其他物体B的能量增加,且减少量和增加量一定相等,即EA减=EB增. (4)能量守恒定律的应用方法 能量守恒定律是贯穿
13、整个物理学的基本规律之一,是学习物理学的一条主线;要分清系统中有多少种形式的能量,发生了哪些转化和转移;涉及滑动摩擦力做功时,滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系统产生的内能,即E=Ffs相对=Q. 能量守恒定律的变式表述为:物体系统内,某些形式能的增加量等于另一些形式能的减少量;或者是某些物体能量的增加量等于另一些物体能量的减少量.这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路.,物理 专题六 机械能及其守恒,考点5 实验:探究动能定理,1.探究动能定理的实验原理 如图所示,通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加,再通过打点计时器和纸带来测量每次实验中小车获得的速度.实验进行若干次
14、,就得到若干组功和速度的数据,分析和研究数据特点即可得到功与物体速度变化的定量关系.,2.探究实验设计思路3.实验中应注意的问题 (1)切勿忘记平衡摩擦力.将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡.轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动,从而找到一个合适的倾角. (2)橡皮筋的规格要相同.一定要选用质量好、弹性佳的橡皮筋做实验.当改用2条、3条、橡皮筋进行实验时,每次橡皮筋伸长的长度都应保持一致.力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值.,物理 专题六 机械能及其守恒,(3)选点测速度.纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀
15、速运动时打出的点,此时橡皮筋已完成做功. (4)合理处理数据.先对测量数据进行估计,或者作出W-v草图,大致判断两个量可能是什么关系.如果认为很可能是Wv2,就算出每个速度值的二次方,然后作W-v2图象,若为一条直线,则说明Wv2. 4.误差分析及数据处理 (1)误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,导致橡皮筋拉力做的功W与橡皮筋的条数不成正比. (2)没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大. (3)利用打点的纸带计算小车的速度时,测量不准确. (4)不直接计算W和v的数值,而是只看第2次、第3次实验中的W和v是第一次的多少倍,从而简化数据的测量和计算. (5)作W-v2图象,得到一条倾斜
16、直线,从而明确得出实验结论.,物理 专题六 机械能及其守恒,考点6 实验:验证机械能守恒定律,物理 专题六 机械能及其守恒,物理 专题六 机械能及其守恒,物理 专题六 机械能及其守恒,C.考法帮考向全扫描,方法1 功的判断与计算方法 方法2 功率的理解及计算方法 方法3 动能定理的应用方法 方法4 机械能守恒定律的应用方法 方法5 应用功能关系求解问题 方法6 探究动能定理的实验方法 方法7 验证机械能守恒定律实验的创新方法,物理 专题六 机械能及其守恒,方法1 功的判断与计算方法,方法解读： 1.判断做功的基本方法 (1)根据力的方向和位移方向之间的夹角判断,此方法常用于恒力做功的情况.由于恒力做的功W=Flcos ,当=90,即力和力的作用点的位移方向垂直时,力对物体不做功;当090时,力对物体做正功;当90180时,力对物体做负功. (2)根据力的方向和瞬时速度方向之间的夹角判断,此方法常用于质点做曲线运动时变力做功的情况.当力的方向和瞬时速度方向之间的夹角=90时,力对物体不做功;当090时,力对物体做正功;当90180时,力对物体做负功. (3)根据质点或系统的能量是否变化,系统内各质点之间是否有能量的转移或转化进行判断.若有能量的变化,或系统内各质点之间有能量的转移或转化,则必定有力做功.这也是判断物体对物体做功的基本方法.,
