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1、第五章 机械能守恒定律,考纲展示,命题导向 本章内容是必修内容部分的重点内容，在2013年的高考中涉及本部分内容出题的几率非常大，考查的热点包括重力势能、机械能守恒、动能定理、能量的转化和守恒定律等，而单一知识点命题的几率小综合性命题的几率大 在2013年的高考中对本部分内容的考查以计算题形式出现的可能性较大，应是与功能关系知识、牛顿运动定律、圆周运动及平抛运动(含类平抛)、电磁学等知识相联系的综合应用,复习策略 1复习本章内容应把重点放在级要求的内容中，即：(1)功和功率概念(2)动能变化和动能定理(3)机械能守恒定律与能的转化守恒定律 2复习本章内容时应注意： 对本章的复习应抓住功和能的关
2、系这一基本线索，通过“能量转化”把知识联系在一起 (1)求一个力做功及做功功率，应从恒力做功、变力做功及功能关系、动能定理多角度进行训练，并应进一步使学生明确“功是能量转化的量度”这一说法的内涵,(2)机动车启动问题对大多数同学而言是一个难关，关键应让学生通过复习明白公式PFv的意义学会过程分析方法，对两种启动方式进行详细剖析是非常有必要的 (3)动能定理的复习，首先使学生明确其物理意义及应用步骤，强调必须具有所有外力做功的总和才等于物体动能变化量，其次要重视对物理过程进行分析特别是对复杂过程整体使用动能定理 (4)对机械能守恒定律的三种表达形式，可通过一组相对简单的题目进行比较讲解，使学生真
3、正理解三种形式的实质是相同的，但使用不同的形式解题在文字说明上应有所体现，并注意选择最简解法,(5)机械能知识有非常强的综合性，大部分试题都与牛顿定律、圆周运动、动量守恒、电磁学、热学知识相互联系，在指导学生解答这类问题时，一定要让学生养成：首先理清物理情景；其次建立物理模型，然后把复杂的过程问题，分解成几个简单过程；最后列规律方程并求解的好习惯,课时1 功 功率,梳理知识 突破难点,课前自主学习,知识回顾 1物理意义：功是描述力对空间积累效果的物理量，是过程量 2做功的二要素：力和力的方向上的位移 3定义：力和物体在力的方向上位移的乘积称为力对物体做的功 4计算式：WFlcos，F表示恒力的
4、大小，l表示物体运动的位移，为力的方向与位移方向的夹角,5特点：功是标量，取值不同，功会出现正负，正功表示动力做功，负功表示阻力做功，合力的功等于各分力分别做功的代数和,要点深化 1功的计算公式WFlcos应用注意要点 (1)WFlcos是恒力做功的计算式，对变力做功的计算不适用因此，每当使用WFlcos计算功时，要先弄清是恒力做功还是变力做功 (2)恒力做功多少只与F、l及二者夹角余弦有关，而与物体的加速度大小、速度大小、运动时间长短等都无关，即与物体的运动性质无关，同时还与有无其他力做功也无关 (3)公式WFlcos中的l是物体相对地面的位移，而不是相对于和它接触的物体的位移,2合力做功的
5、计算 (1)合力做的功等于各力做功的代数和 即W合W1W2W3 (2)先求出物体受到的合力F合，再由W合F合lcos求解，但应注意应为合力与位移l的夹角，F合在运动过程中保持不变,基础自测 1下列说法正确的是( ) A当作用力做正功时，反作用力一定做负功 B当作用力不做功时，反作用力也不做功 C作用力与反作用力的功，一定大小相等，正负符号相反 D作用力做正功，反作用力也可能做正功,解析：要搞清作用力与反作用力的功，应从以下几个方面思考：作用力与反作用力的关系，即作用力与反作用力作用在不同的物体上，大小相等方向相反作用力、反作用力所作用的物体的位移关系我们要明确，作用力、反作用力作用下的一对物体
6、，可能向相反的方向运动，也可能向同一方向运动，也可能一个运动而另一个静止，还可能两物体都静止由功的公式WFlcos，我们不难判断，当作用力做正功时，反作用力可以做正功、负功或不做功当作用力不做功时，反作用力也可以做功故A、B、C均错，只有D正确一对相互作用力分别作用在不同的物体上，两个力的作用效果可以相同，也可以完全不同 答案：D,2人造地球卫星在椭圆轨道上运行，由图1中的a点运动到b点的过程中( ) A万有引力对卫星做正功 B万有引力对卫星做负功 C万有引力对卫星先做正功，再做负功 D万有引力对卫星一直不做功 解析：由于图中万有引力与速度方向夹角始终大于90，故在此过程中万有引力对卫星做负功
7、 答案：B,(1)当力F与速度v不在一条直线上时，可以将力F分解为沿v方向上的力F1和垂直于v方向上的力F2，由于F2不做功，故力F的功率与分力F1的功率相同，可得PF1v. (2)从PFv可见： 当P一定时，要增加F，必须减小v，故汽车爬坡时，司机常换低挡降低速度来增大牵引力当F一定时，v增加(如匀加速运动)，则P也会增加，但这样的过程是有限度的当v一定时，P越大F就越大如功率越大的起重机可吊起的重物的质量越大,机车从静止匀加速启动 机车以恒定的加速度启动时，开始牵引力不变，当其速度增大到一定值v时，其功率达到最大值，下面的过程与上述一样在此过程中，其牵引力功率、牵引力、加速度及速度的变化情
8、况可表示如下：,即机车启动后先做匀加速运动，后做加速度逐渐减小的加速运动，再做匀速运动其vt图象如图3所示 注意：匀加速结束时机车的速度并不是最后的最大速度因此时FF阻，之后还要在功率不变的情况下变加速一段时间才达到最后的最大速度vmax.,AF先减小后增大 BF一直增大 CF的功率减小 DF的功率不变 答案：AC,答案：C,师生互动 规律总结,课堂讲练互动,例1 如图5所示，质量为m的物体静止在倾角为的斜面上，物体与斜面的动摩擦因数为.现使斜面水平向左匀速移动距离l，求： (1)物体所受各力对物体所做的功各为多少？ (2)斜面对物体做的功是多少？ (3)各力对物体所做的总功是多少？,(2)求
9、斜面对物体做的功，即求斜面对物体施的力做的总功 WWFWf0 J. (3)求总功是求各力功的代数和 W总WFWfWG0 J. 答案 (1)Wfmglsincos，WFmglsincos，WG0 J (2)0 J (3)0 J,题后反思 利用公式求恒力做功时应注意 1位移s为对地位移(严格讲是力的作用点的位移) 2合力的功等于分力做功的代数和,变式11 在光滑的水平地面上有质量为M的长木板A(如图6所示)，平板上放一质量为m的物体B，A、B之间的动摩擦因数为.今在物体B上加一水平恒力F.B和A发生相对滑动，经过时间t.求： (1)摩擦力对A所做的功 (2)摩擦力对B所做的功,例2 如图7所示，一
10、质量为m2.0 kg的物体从半径为R5.0 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，方向始终与物体在该点的切线成37角圆弧所对应的圆心角为60，BO边为竖直方向，g取10 m/s2.求这一过程中： (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,(2)重力mg做的功WGmgR(1cos60)50 J. (3)物体受的支持力FN始终与物体的运动方向垂直，所以WFN0 J. (4)因物体在拉力F作用下缓慢移动，动能不变，由动能定理知：WFWGWFf0. 所以WFfWF
11、WG(62.850) J12.8 J. 答案 (1)62.8 J (2)50 J (3)0 J (4)12.8 J,题后反思 在遇到求功的问题时，一定要注意分析是求恒力的功还是变力的功，如果是求变力的功，看能否转化为求恒力功的问题，不能转化的，还可以借助动能定理和能的转化和守恒定律来求解,变式21 如图8所示，定滑轮至滑块的高度为h，已知细绳的拉力为F(恒定)，滑块沿水平面由A点前进s至B点，滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹角分别为和.求滑块由A点运动到B点的过程中，绳的拉力对滑块所做的功,解析：设绳对物体的拉力为T，显然人对绳的拉力F等于T.T在对物体做功的过程中大小虽然不变，但其方向时刻
12、在改变，因此该问题是变力做功的问题但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功，而拉力F的大小和方向都不变，所以F做的功可以用公式WFlcos直接计算由图可知，在绳与水平面的夹角由变到的过程中，拉力F的作用点的位移大小为：,例3 如图9所示，一质量为m的物体，从倾角为的光滑斜面顶端由静止下滑，开始下滑时离地高度为h，当物体滑至斜面底端时重力的瞬时功率为_，整个过程的平均功率为_,答案 mgsin mgsin,题后反思 功率的计算方法 1首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率，对应于某一过程的功率为平均功率，对应于某一时刻的功率为瞬时功率 2(1)瞬
13、时功率的计算方法 PFvcos，v是t时刻的瞬时速度，为F与v的夹角,答案：BD,例4 额定功率为80 kW的汽车，在平直公路上行驶的最大速度是20 m/s.汽车的质量是2 t，如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度的大小是2 m/s2，运动过程中阻力不变求： (1)汽车受到的阻力有多大？ (2)3 s末汽车的瞬时功率有多大？ (3)汽车维持匀加速运动的时间是多少？,注意：vm是匀加速过程结束时的最大速度 又vmat，t5 s. 答案 (1)4103 N (2)4.8104 W (3)5 s,题后反思 汽车运动的全过程中有两个最大的速度vm和vm，这是两个不同的最大速度，切勿混淆在匀加速运
14、动阶段牵引力恒定，速度逐渐增大，汽车的输出功率逐渐增大，当汽车的输出功率等于额定功率时的速度是汽车做匀加速运动的最大速度vm.之后汽车以额定功率运动，牵引力逐渐减小，速度逐渐增大，当牵引力等于摩擦阻力时，汽车达到最大速度vm，以后汽车以该速度在额定功率下做匀速运动显然vmvm.,(1)电动车的额定功率； (2)电动车由静止开始运动，经过多长时间速度达到2 m/s?,解析：(1)分析图线可知：电动车由静止开始做匀加速直线运动，达到额定功率后，做牵引力逐渐减小的变加速直线运动，达到最大速度后做匀速直线运动 当最大速度vmax15 m/s时，牵引力为Fmin400 N 故恒定阻力FfFmin400
15、N 额定功率PFminvmax6 kW.,答案：(1)6 kW (2)1 s,感悟真题 检验技能,随堂巩固训练,1沿着高度相同，坡度不同，粗糙程度也不同的斜面向上拉同一物体到顶端，以下说法中正确的是( ) A沿坡度小、长度大的斜面上升克服重力做的功多 B沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多 C沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多 D上述几种情况重力做功同样多 解析：重力做功只与高度有关，与路径无关，因此，题中所述几种情况重力做功同样多 答案：D,2如图12所示，物体沿弧形轨道滑下后进入足够长的水平传送带，传送带以图示方向匀速运转，则传送带对物体做功情况可能是( ) A始终不做功 B先做负功后做正功 C先做正功后不做功 D先做负功后不做功,解析：设传送带速度大小为v1，物体刚滑上传送带时的速度大小为v2.当v1v2时，物体随传送带一起匀速运动，故传送带与物体之间不存在摩擦力，即传送带对物体始终不做功，A正确；当v1v2时，物体相对传送带向左运动，物体受到的滑动摩擦力方向向右，则物体先做匀加速运动直到速度达到v1，再做匀速运动，故传送带对物体先做正功后不做功，B错误，C正确 答案：ACD,3如图13所
