江蘇省泰州市高考物理二輪復(fù)習(xí) 51功和能量知識(shí)在力學(xué)中的應(yīng)用課件

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1、專題五 機(jī)械能和能量 1.功. (1)恒力的功：W=Fscosa； (2) 變力做功： 用動(dòng)能定理或功能關(guān)系求解 用圖象法求解，其中在F-s圖象中，曲線下的面積表示功的大小 當(dāng)力的功率恒定時(shí)W=Pt. 2.功率. (1)平均功率： (2) 瞬時(shí)功率：P=Fvcosa 3.動(dòng)能定理. (1)內(nèi)容：外力對(duì)物體做的總功等于物體動(dòng)能的變化. ,cosWPPFvta 2212321222212 1122 .()()11 2 3 22kkkWWWWmvmvEmvEmvE公式：即 動(dòng)能定理的研究對(duì)象是 或可視為 的物體系統(tǒng)適用條件是 位移和速度都必須相對(duì)同一慣性參考系 一般以地面為參考系 等式右邊是動(dòng)單個(gè)物

2、體單個(gè)物體慣性參考系能的變化量 增量 ，指末動(dòng)能減去初動(dòng)能對(duì)動(dòng)能定理的理解要點(diǎn)，等式的左：邊 為各個(gè)力做功的代數(shù)和，正功代入正值 ，負(fù)功代入負(fù)值 動(dòng)能定理涉及的功是外力對(duì)物體所做的總功，外力包括作用在物體上的一切力，既可以是重力、彈力、摩擦力，也可以是電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力或其他的力因此，必須對(duì)物體作全面的受力分析 動(dòng)能定理可用于恒力作用的過(guò)程，也可以用于變力作用的過(guò)程；可以是同時(shí)作用的力，也可以是不同時(shí)作用的力對(duì)于研究對(duì)象所受的幾個(gè)外力不同時(shí)作用的復(fù)雜過(guò)程，無(wú)法計(jì)算合外力和合外力的功，物體的動(dòng)能變化就等于整個(gè)過(guò)程各個(gè)外力所做的功的代數(shù)和. 動(dòng)能定理 只考慮 某一過(guò)程中所有外 力做的總功與始末兩狀態(tài)動(dòng)

3、能變化的關(guān)系，而不必考慮其運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)，也不考慮勢(shì)能等其他形式的能量對(duì)單個(gè)物體在一般涉及力與位移關(guān)系的題目中，應(yīng)用動(dòng)能定理解題，一般比應(yīng)用牛頓第二定律解題要簡(jiǎn)便，應(yīng)優(yōu)先考慮使用動(dòng)能定理4機(jī)械能守恒定律 (1)內(nèi)容：在只有重力(或系統(tǒng)內(nèi)彈力)做功的情形下，物體的重力勢(shì)能( 或彈性勢(shì)能 )和動(dòng)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變. (2)機(jī)械能守恒的條件：系統(tǒng)只有重力 (和系統(tǒng)內(nèi)彈力)做功. 注意: “只有重力做功”，不是“只有重力作用”如果除重力外，還有其他力作用，但其他力不做功，而只有重力做功時(shí)，機(jī)械能仍然守恒 (3)定律可寫成多種表達(dá)式： 1122221122,1122kpkpkpABEEEE

4、mvmghmvmghEEEE 增減即或，或(4)參考平面的確定 在建立物體(系統(tǒng))機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式時(shí)，應(yīng)首先確定好參考平面的位置，并以此位置為標(biāo)準(zhǔn)正確表示出物體(系統(tǒng))在始末位置的重力勢(shì)能一般情況下，我們都把問(wèn)題中的最低位置作為參考平面的位置在同一問(wèn)題中，參考平面應(yīng)是唯一的，系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的勢(shì)能都應(yīng)以此為標(biāo)準(zhǔn)5功與能的關(guān)系：功是能量轉(zhuǎn)化的量度(1)動(dòng)能定理：W總=Ek(2)重力功WG與Ep的關(guān)系：WG=-Ep(3)功能原理：W=E(4)摩擦力的功與摩擦生熱的關(guān)系：fs相對(duì)=Q 方法指導(dǎo)：1計(jì)算功的方法：(1)W=Fscosa，適用于恒力功的計(jì)算(2)W=Pt，適用于功率恒定的動(dòng)力機(jī)械做功

5、的計(jì)算(3)動(dòng)能定理計(jì)算功，對(duì)恒力、變力做功均適用(4)功能關(guān)系計(jì)算功，對(duì)恒力、變力做功均適用(5)利用F-s圖象計(jì)算功，對(duì)恒力、變力做功均適用 2應(yīng)用動(dòng)能定理解題的基本步驟： (1)選取研究對(duì)象，明確它的運(yùn)動(dòng)過(guò)程； (2)明確物體在過(guò)程的起始狀態(tài)的動(dòng)能Ek1和末狀態(tài)動(dòng)能Ek2； (3)分析研究對(duì)象的受力情況和各個(gè)力做功情況：受哪些力？每個(gè)力是否做功？做正功還是做負(fù)功?做多少功？然后求各個(gè)外力做功的代數(shù)和； (4)列出動(dòng)能定理的方程 ，進(jìn)行求解 22123211122WWWmvmv1變力作用下的直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題【例1】如圖所示，一輛質(zhì)量為6t的汽車，額定功率為90kW，以a=2m/s2的加速度在平

6、直公路從靜止啟動(dòng)，車受的阻力為車重的0.05倍，g取10m/s2.問(wèn)：(1)汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間有多長(zhǎng)？(2)汽車能夠達(dá)到的最大速度是多少？(3)若汽車從達(dá)到額定功率時(shí)起經(jīng)86.4s而達(dá)到最大速度，則汽車在這段時(shí)間中前進(jìn)了多遠(yuǎn)？(4)汽車的速度是20m/s時(shí) ，它的加速度是多少？ 【切入點(diǎn)】汽車從勻加速運(yùn)動(dòng)到變加速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)折點(diǎn) 是P=P額，從變加速到勻速運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是F牽=f阻【解析】(1)勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由F牽-0.05mg=ma 得F牽=ma+0.05mg=(2+0.0510) 6000N=15000N 由P額=F牽v1 可得勻加速運(yùn)動(dòng)的最大速度 由v1=at1 得汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為(

7、2)當(dāng)F牽=0.05mg時(shí)，a=0，汽車能夠達(dá)到的最大速度 11=3svta390 10m/s 30m/s0.053000mPvmg額31490 10=m/s6m/s1.5 10PvF額牽 22213222211 0.052290 1086.40.056000 101160003060006221728m20/90 103N45034020mPtmgsmvmvssm sPFvPFv額牽牽根據(jù)動(dòng)能定理 即 解得汽車從達(dá)到額定功率時(shí)起到達(dá)到最大速度這段時(shí)間中前進(jìn)了； 汽車的速度是時(shí)，由， 可 得 2N0.050.25m/sFmgam 牽， 加速度【點(diǎn)評(píng)】 汽車啟動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段： 第一階段是勻加

8、速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，過(guò)程結(jié)束時(shí)，恰達(dá)到最大功率 第二個(gè)階段是保持恒定的最大功率做加速度逐漸減少的變加速運(yùn)動(dòng). 最后當(dāng)牽引力等于阻力時(shí)，汽車保持最大速度做勻速運(yùn)動(dòng)對(duì)于變加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，牛頓定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律無(wú)法解答，而用動(dòng)能定理便能輕而易舉地解決，這就是應(yīng)用動(dòng)能定理的好處2 2動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用 動(dòng)能定理揭示了物體動(dòng)能變化的原因及動(dòng)能變化量大小與合外力對(duì)物體所做的總功的關(guān)系動(dòng)能定理的研究對(duì)象是單個(gè)質(zhì)點(diǎn)，或者是可看做單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的系統(tǒng) 動(dòng)能定理既適用于物體的直線運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線運(yùn)動(dòng)；既適用于恒力做功，也適用于變力做功；力可以是各種性質(zhì)的力，既可以同時(shí)作用，也可以分段作用 若物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程包含幾個(gè)不同的過(guò)

9、程，應(yīng)用動(dòng)能定理時(shí)，可以分段考慮，也可以將全程作為一個(gè)整體考慮【例3】如圖所示，物體在離斜面底端4m處由靜止滑下，若動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5，斜面傾角為37，斜面與平面間由一小段圓弧連接，求物體能在水平面上滑行多遠(yuǎn)？【切入點(diǎn)】單個(gè)物體涉及位移(路程)不涉及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的問(wèn)題，優(yōu)先選用動(dòng)能定理【解析】物體在斜面上受重力mg、支持力FN1、摩擦力F1的作用，沿斜面加速下滑(因=0.5vA，vBvB，故桿對(duì)A球做正功，對(duì)B球做負(fù)功答案： 桿對(duì)A球做正功，對(duì)B球做負(fù)功【點(diǎn)評(píng)】 本題涉及兩個(gè)物體，幾個(gè)物體組成的物體系機(jī)械能守恒時(shí)，其中每個(gè)物體的機(jī)械能不一定守恒，因?yàn)樗鼈冎g有相互作用，對(duì)物體系運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題時(shí)，一定要從整體考慮列方程時(shí)可以利用物體系勢(shì)能的減少(或增加)等于其動(dòng)能的增加(或減少)或物體系中一部分物體機(jī)械能的減少等于另一部分物體機(jī)械能的增加較為簡(jiǎn)單 211515;55ABvglvgl，