《高一物理機械能》ppt課件

1、第五講第五講 機械能機械能1第一部分第一部分 功、功率功、功率一、功一、功 1做功的兩個要素：力和物體在力做功的兩個要素：力和物體在力的方向上發(fā)生了位移的方向上發(fā)生了位移 2公式：公式：wFscos 代表力的代表力的方向和位移方向的夾角方向和位移方向的夾角 3功是標(biāo)量，只有大小，沒有方向，功是標(biāo)量，只有大小，沒有方向，但有正負(fù)但有正負(fù)2 (1)當(dāng)當(dāng)0o0，力對物體做，力對物體做正功。正功。 (2)當(dāng)當(dāng)90o180o時時w0，則表示合外力作為動力對，則表示合外力作為動力對物體做功。物體做功。 物體的動能增加。物體的動能增加。Ek0 W合合0則表示合外力作為阻力對物則表示合外力作為阻力對物體做功。

2、體做功。 物體的動能減少，物體的動能減少，Ek1)，而球與地面每次碰撞后能以大小相等的而球與地面每次碰撞后能以大小相等的碰前速率豎直向上跳起，求小球從釋放碰前速率豎直向上跳起，求小球從釋放到停止跳動為止所經(jīng)過的總路程是多少到停止跳動為止所經(jīng)過的總路程是多少? 解析：如圖所示，解析：如圖所示，對全過程進(jìn)行分析對全過程進(jìn)行分析,由動能定理可知由動能定理可知mgHmgs/k=0，解得解得s=kH35 (5)涉及單個物體涉及單個物體(或可看成單個或可看成單個物體的物體系物體的物體系)的受力與位移問題時的受力與位移問題時優(yōu)先考慮動能定理。優(yōu)先考慮動能定理。(6)動能定理的計算式為標(biāo)量式動能定理的計算式為

3、標(biāo)量式v、s一般選地面為參照系。一般選地面為參照系。364、應(yīng)用功能定理的解題步驟、應(yīng)用功能定理的解題步驟 (1)選取研究對象選取研究對象 (2)受力分析與過程分析受力分析與過程分析 (3)明確各力的做功情況及做功的正負(fù)明確各力的做功情況及做功的正負(fù) (4)明確初末動能明確初末動能 (5)由動能定理列方程求解由動能定理列方程求解37三、功能關(guān)系三、功能關(guān)系 1、能及其基本性質(zhì)、能及其基本性質(zhì) (1)物體具有能量就能對外界做功，因物體具有能量就能對外界做功，因而能是物體所具有的做功本領(lǐng)而能是物體所具有的做功本領(lǐng) (2)能的最基本的性質(zhì)：各種不同形式能的最基本的性質(zhì)：各種不同形式的能互相轉(zhuǎn)化的過程

4、中，能的總量是守的能互相轉(zhuǎn)化的過程中，能的總量是守恒的。恒的。 2功和能的關(guān)系功和能的關(guān)系 做功的過程就是能量的轉(zhuǎn)化過程，做了做功的過程就是能量的轉(zhuǎn)化過程，做了多少功，就有多少能發(fā)生了轉(zhuǎn)化，所以多少功，就有多少能發(fā)生了轉(zhuǎn)化，所以功是能量轉(zhuǎn)化的量度。功是能量轉(zhuǎn)化的量度。383常用的幾種功能關(guān)系常用的幾種功能關(guān)系 (1)物體的合外力做功量度其動能的物體的合外力做功量度其動能的改變，即：改變，即：w合合=EkEk2Ek1 (2)物體的重力做功量度其重力勢能物體的重力做功量度其重力勢能的改變，重力做正功，重力勢能減少；的改變，重力做正功，重力勢能減少；重力做負(fù)功，重力勢能增加；即重力做負(fù)功，重力勢能增

5、加；即WGEp1Ep2 (3)彈力做功量度彈性勢能的變化。彈力做功量度彈性勢能的變化。39(4)物體的重力和彈力之外的力做物體的重力和彈力之外的力做功功wF量度其機械能的改變，即量度其機械能的改變，即wF=E2E1 若若wF0 E2E1 機械能增加機械能增加 若若wF0 E2E1機械能減少機械能減少404、摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化、摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化 (1)靜摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化。靜摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化。 靜摩擦力可以做正功，也可以做負(fù)靜摩擦力可以做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功。功，還可以不做功。 在靜摩擦力做功的過程中，只有機在靜摩擦力做功的過程中，只有機械能的相互轉(zhuǎn)移械能的相互轉(zhuǎn)移(靜摩

6、擦力起著傳遞機械靜摩擦力起著傳遞機械能的作用能的作用)，而沒有機械能轉(zhuǎn)化為其，而沒有機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。他形式的能。 相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi)，一對靜摩擦力相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi)，一對靜摩擦力做功的總和等于零。做功的總和等于零。41(2)滑動摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化滑動摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化 滑動摩擦力可以對物體做正功，也滑動摩擦力可以對物體做正功，也可以對物體做負(fù)功，還可以不做功?？梢詫ξ矬w做負(fù)功，還可以不做功。 相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi)，一對滑動摩擦相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi)，一對滑動摩擦力所做的功總是負(fù)值，其絕對值等于滑力所做的功總是負(fù)值，其絕對值等于滑動摩擦力與相對位移的乘積，等于系統(tǒng)動摩擦力與相對位移的乘積，等于系

7、統(tǒng)損失的機械能等于產(chǎn)生的內(nèi)能損失的機械能等于產(chǎn)生的內(nèi)能E損損FfS相對相對Q熱熱(摩擦生熱摩擦生熱)42 例例7、質(zhì)量為質(zhì)量為M的長木板放在光滑的水平的長木板放在光滑的水平面上，一質(zhì)量為面上，一質(zhì)量為m的滑塊以某一速度沿木板的滑塊以某一速度沿木板表面從表面從A點滑到點滑到B點在木板上前點在木板上前進(jìn)了進(jìn)了L，而木板前進(jìn)了，而木板前進(jìn)了s，如圖所示，若滑塊，如圖所示，若滑塊與木板問摩擦因數(shù)為與木板問摩擦因數(shù)為，求：，求：(1)摩擦力對滑塊和木板做的功摩擦力對滑塊和木板做的功(2)系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱(3)系統(tǒng)損失的動量和動能系統(tǒng)損失的動量和動能43解析：解析：摩擦力對滑塊做功摩擦力對

8、滑塊做功 w1mg(L+s) 摩擦力對木板做功摩擦力對木板做功w2=mgs 系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)等于系統(tǒng)損系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)等于系統(tǒng)損失的總動能，也等于滑動摩擦力與失的總動能，也等于滑動摩擦力與相對位移的乘積，相對位移的乘積，QmgL44 對于對于M和和m兩物組成的系統(tǒng)，水平兩物組成的系統(tǒng)，水平方向只有內(nèi)力方向只有內(nèi)力(一對摩擦力一對摩擦力)而無外力。而無外力。所以，系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)動量未損所以，系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)動量未損失，但失，但m動量減少，動量減少，M動量增加系統(tǒng)動量增加系統(tǒng)動能的損失動能的損失Ek=mgL 點撥：點撥：系統(tǒng)內(nèi)的一對摩擦力對系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)的一對摩擦力對系統(tǒng)的沖量一定為零而對系

9、統(tǒng)的功未必的沖量一定為零而對系統(tǒng)的功未必為零，要看是一對靜摩擦力還是一對為零，要看是一對靜摩擦力還是一對滑動摩擦力滑動摩擦力455、應(yīng)用功能關(guān)系解題的步驟、應(yīng)用功能關(guān)系解題的步驟 (1)選取研究對象選取研究對象 (2)受力分析與過程分析受力分析與過程分析 (3)明確各力的做功情況明確各力的做功情況 (4)明確各力做功的結(jié)果是導(dǎo)致了什么明確各力做功的結(jié)果是導(dǎo)致了什么能向什么能轉(zhuǎn)化，什么能增加，什么能能向什么能轉(zhuǎn)化，什么能增加，什么能減少。減少。 (5)建立建立E增增=E減減的關(guān)系進(jìn)行求解。的關(guān)系進(jìn)行求解。 46 例例8、 如圖所示，在水平桌面的邊角處有如圖所示，在水平桌面的邊角處有一輕質(zhì)光滑的定

10、滑輪一輕質(zhì)光滑的定滑輪K，一條不可伸長的輕，一條不可伸長的輕繩繞過繩繞過K分別與物塊分別與物塊A、B相連，相連，A、B的質(zhì)的質(zhì)量分別為量分別為mA、mB。開始時系統(tǒng)處于靜止?fàn)睢ｉ_始時系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用一水平恒力態(tài)?，F(xiàn)用一水平恒力F拉物塊拉物塊A，使物塊，使物塊B上上升。已知當(dāng)升。已知當(dāng)B上升距離為上升距離為h時，時，B的速度為的速度為v求此過程中物求此過程中物塊塊A克服摩擦力所做的功。克服摩擦力所做的功。重力加速度為重力加速度為g。4748 第三部分第三部分 機械能守恒定律機械能守恒定律一、重力做功的特點一、重力做功的特點 重力做功與路徑無關(guān)，只取決于初、重力做功與路徑無關(guān)，只取決于初、末

11、位置的高度差末位置的高度差h即即WG=mgh若物體若物體由高處下降，重力做正功，反之。重力由高處下降，重力做正功，反之。重力做負(fù)功，或說成克服重力做功做負(fù)功，或說成克服重力做功49二、機械能二、機械能 1、重力勢能、重力勢能 (1)定義：地球上的物體具有跟它的高定義：地球上的物體具有跟它的高度有關(guān)的能量，叫重力勢能度有關(guān)的能量，叫重力勢能.Ep=mgh 說明：說明：重力勢能是地球和物體組成重力勢能是地球和物體組成的系統(tǒng)共有的，而不是物體單獨具有的。的系統(tǒng)共有的，而不是物體單獨具有的。 重力勢能的大小和零勢能面的選取重力勢能的大小和零勢能面的選取有關(guān)有關(guān) 重力勢能是標(biāo)量，但有重力勢能是標(biāo)量，但有

12、“+”“”50 (2)重力勢能的改變與重力做功的關(guān)系：重力勢能的改變與重力做功的關(guān)系：w=-Ep 重力做正功重力做正功w，重力勢能減小，重力，重力勢能減小，重力勢能的減小，勢能的減小，Ep等于重力做的功等于重力做的功-w 重力做負(fù)功，重力勢能增加，重力勢重力做負(fù)功，重力勢能增加，重力勢能的增加量。能的增加量。Ep等于物體克服重力所等于物體克服重力所做的功做的功-w51 2、彈性勢能，由于發(fā)生彈性形變、彈性勢能，由于發(fā)生彈性形變而具有的能而具有的能 3、機械能：物體的動能和勢能、機械能：物體的動能和勢能(重重力勢能和彈性勢能力勢能和彈性勢能)統(tǒng)稱為機械能統(tǒng)稱為機械能52三、機械能守恒定律三、機械

13、能守恒定律 1，內(nèi)容：在只有重力，內(nèi)容：在只有重力(或系統(tǒng)內(nèi)彈力或系統(tǒng)內(nèi)彈力)做功的情形下，物體的重力勢能做功的情形下，物體的重力勢能(或彈或彈性勢能性勢能)和動能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但總的和動能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變。機械能保持不變。 2公式：公式：Ek+Ep=Ek+Ep(要選零勢要選零勢能參考平面能參考平面)或或Ek-Ep(不用選零不用選零勢能參考平面勢能參考平面)或或E增增=E減減(不用選零不用選零勢能參考平面勢能參考平面) 533、機械能守恒的條件有兩重含義、機械能守恒的條件有兩重含義 其一：只發(fā)生機械能內(nèi)部的相互轉(zhuǎn)其一：只發(fā)生機械能內(nèi)部的相互轉(zhuǎn)化化(即只發(fā)生動能、重力勢能和彈性

14、勢即只發(fā)生動能、重力勢能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化能的相互轉(zhuǎn)化)。前提是只有重力或彈。前提是只有重力或彈力做功。力做功。 其二：不發(fā)生機械能與其他形式能其二：不發(fā)生機械能與其他形式能的相互轉(zhuǎn)化。前提是其他力不做功。的相互轉(zhuǎn)化。前提是其他力不做功。544、機械能是否守恒的判斷、機械能是否守恒的判斷 （1） 用做功來判斷：分析物體或物用做功來判斷：分析物體或物體系的受力情況體系的受力情況(包括內(nèi)力和外力包括內(nèi)力和外力)，明，明確各力做功的情況若對物體或系統(tǒng)確各力做功的情況若對物體或系統(tǒng)只有重力或彈力做功，沒有其他力做只有重力或彈力做功，沒有其他力做功。則機械能守恒；功。則機械能守恒；55（）（） 用能量

15、轉(zhuǎn)化來判定：若物體系用能量轉(zhuǎn)化來判定：若物體系中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系機械能定恒；系機械能定恒； （3） 對一些繩子突然繃緊，物體間對一些繩子突然繃緊，物體間碰撞等問題機械能一般不守恒除非題碰撞等問題機械能一般不守恒除非題目特別說明或暗示，完全非彈性碰撞目特別說明或暗示，完全非彈性碰撞過程機械能不守恒過程機械能不守恒565、應(yīng)用機械能守恒定律的解題步驟、應(yīng)用機械能守恒定律的解題步驟 (1)確定研究對象確定研究對象(物體系物體系) (2)受力分析、過程分析受力分析、過程分析 (3)做功分析、

16、判斷機械能是否守恒做功分析、判斷機械能是否守恒 (4)靈活選擇機械能守恒的表達(dá)式，靈活選擇機械能守恒的表達(dá)式，列方程求解列方程求解若選用若選用EK+EP=EK+EP還須選取零勢還須選取零勢能參考平面。能參考平面。57 例、例、如圖所示，斜面與半徑為如圖所示，斜面與半徑為R=2.5m的豎直半圓組成光滑軌道。一的豎直半圓組成光滑軌道。一個小球從個小球從A點斜向上拋，并在半圓最高點斜向上拋，并在半圓最高點點B水平進(jìn)入軌道，然后沿斜面上升，水平進(jìn)入軌道，然后沿斜面上升，最大高度達(dá)到最大高度達(dá)到h=10m。求小球拋出的速度求小球拋出的速度和位置。和位置。585960例例10、（、（P11 8題）題）AB

17、是豎直平面內(nèi)的四是豎直平面內(nèi)的四分之一圓弧軌道，在下端分之一圓弧軌道，在下端B與水平直軌道相與水平直軌道相切，如圖所示一小球自切，如圖所示一小球自A點起由靜止開始點起由靜止開始沿軌道下滑已知圓軌道半徑為沿軌道下滑已知圓軌道半徑為R，小球的，小球的質(zhì)量為質(zhì)量為m，不計各處摩擦求，不計各處摩擦求(1)小球運動到小球運動到B點時的動能；點時的動能；(2)小球下滑到距水平軌道的高度為小球下滑到距水平軌道的高度為1/2R時速時速度的大小和方向；度的大小和方向；(3)小球經(jīng)過圓弧軌道小球經(jīng)過圓弧軌道的的B點和水平軌道的點和水平軌道的C點時，所受軌道支持點時，所受軌道支持力力FB、FC各是多大各是多大?61

18、62 例例11、P11 25題）質(zhì)量為題）質(zhì)量為m1的物體的物體A經(jīng)一輕質(zhì)經(jīng)一輕質(zhì)彈簧與下方地面上的質(zhì)量為彈簧與下方地面上的質(zhì)量為m2的物體的物體B相連，彈簧相連，彈簧的勁度系數(shù)為的勁度系數(shù)為k，A、B都處于靜止?fàn)顟B(tài)一條不可都處于靜止?fàn)顟B(tài)一條不可伸長的輕繩繞過輕滑輪，一端連物體伸長的輕繩繞過輕滑輪，一端連物體A，另一端連，另一端連一輕掛鉤開始時各段繩都處于伸直狀態(tài)，一輕掛鉤開始時各段繩都處于伸直狀態(tài)，A上方上方的一段繩沿豎直方向?，F(xiàn)在掛鉤上掛一質(zhì)量為的一段繩沿豎直方向?，F(xiàn)在掛鉤上掛一質(zhì)量為m3的物體的物體C并從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，已知并從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，已知它恰好能使它恰好能使B離開地面但不繼續(xù)離開地

19、面但不繼續(xù)上升。若將上升。若將C換成另一個質(zhì)量為換成另一個質(zhì)量為(m1+m3)的物體的物體D，仍從上述初，仍從上述初始位置由靜止?fàn)顟B(tài)釋放，則這始位置由靜止?fàn)顟B(tài)釋放，則這次次B剛離地時剛離地時D的速度的大小是的速度的大小是多少多少?已知重力加速度為已知重力加速度為g。6364 例例12、（、（P15 22題）如下圖所示為一根題）如下圖所示為一根豎直懸掛的不可伸長的輕繩，下端拴一小豎直懸掛的不可伸長的輕繩，下端拴一小物塊物塊A，上端固定在，上端固定在C點且與一能測量繩的點且與一能測量繩的拉力的測力傳感器相連，已知有一質(zhì)量為拉力的測力傳感器相連，已知有一質(zhì)量為m0的子彈的子彈B沿水平方向以速度沿水平方向以速度vo射人射人A內(nèi)內(nèi)(未未穿透穿透)，接著兩者一起繞，接著兩者一起繞C點在豎直面內(nèi)做點在豎直面內(nèi)做圓周運動。圓周運動。65在各種阻力都可忽略的條件下測力傳感器測在各種阻力都可忽略的條件下測力傳感器測得的拉力得的拉力F隨時間隨時間t的變化關(guān)系如下圖所示。的變化關(guān)系如下圖所示。已知子彈射入的時間極短，且下圖中已知子彈射入的時間極短，且下圖中t0為為A、B開始以相同速度運動的時刻，根據(jù)力學(xué)開始以相同速度運動的時刻，根據(jù)力學(xué)規(guī)律和題中規(guī)律和題中(包括圖包括圖)提供的信息，對反映懸提供的信息，對反映懸掛系統(tǒng)本身性質(zhì)的物理量掛系統(tǒng)本身性質(zhì)的物理量(例如例如A的質(zhì)量的質(zhì)量)及及A