2012高中物理 第四章機(jī)械能和能源課件 粵教版必修2

1、本章優(yōu)化總結(jié)本章優(yōu)化總結(jié)專題歸納整合專題歸納整合章末綜合檢測(cè)章末綜合檢測(cè)本章優(yōu)化總結(jié)本章優(yōu)化總結(jié)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建機(jī)械能和能機(jī)械能和能源源機(jī)械能和能機(jī)械能和能源源專題歸納整合專題歸納整合 公式公式WFscos適用于恒力做功的直接計(jì)算，即適用于恒力做功的直接計(jì)算，即做功過(guò)程中做功過(guò)程中F的大小、方向始終不變，而實(shí)際問(wèn)的大小、方向始終不變，而實(shí)際問(wèn)題中變力做功是常見(jiàn)的，如何解答變力做功問(wèn)題題中變力做功是常見(jiàn)的，如何解答變力做功問(wèn)題是學(xué)習(xí)中一個(gè)難點(diǎn)是學(xué)習(xí)中一個(gè)難點(diǎn)變力做功問(wèn)題變力做功問(wèn)題 1微元法微元法 當(dāng)物體在變力的作用下做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，若力的方當(dāng)物體在變力的作用下做曲

2、線運(yùn)動(dòng)時(shí)，若力的方向與物體運(yùn)動(dòng)的切線方向之間的夾角不變，且力向與物體運(yùn)動(dòng)的切線方向之間的夾角不變，且力與位移的方向同步變化，可用微元法將曲線分成與位移的方向同步變化，可用微元法將曲線分成無(wú)限個(gè)小元段，每一個(gè)小元段可認(rèn)為恒力做功，無(wú)限個(gè)小元段，每一個(gè)小元段可認(rèn)為恒力做功，總功即為各個(gè)小元段做功的代數(shù)和總功即為各個(gè)小元段做功的代數(shù)和 如圖如圖41所示，某力所示，某力F10 N作用于半徑作用于半徑R1 m的轉(zhuǎn)盤的邊緣上，力的轉(zhuǎn)盤的邊緣上，力F的大小保持不變，但方的大小保持不變，但方向始終保持與作用點(diǎn)的切線方向一致，則轉(zhuǎn)動(dòng)一周向始終保持與作用點(diǎn)的切線方向一致，則轉(zhuǎn)動(dòng)一周這個(gè)力這個(gè)力F做的總功應(yīng)為做的總

3、功應(yīng)為() 圖圖41 A0B20 J C10 J D20 J 【精講精析【精講精析】把圓周分成無(wú)限個(gè)小元段，每個(gè)把圓周分成無(wú)限個(gè)小元段，每個(gè)小元段可認(rèn)為與力在同一直線上，故小元段可認(rèn)為與力在同一直線上，故WFs，則轉(zhuǎn)動(dòng)一周中各個(gè)小元段做功的代數(shù)和為則轉(zhuǎn)動(dòng)一周中各個(gè)小元段做功的代數(shù)和為WF2R102 J20 J，故選項(xiàng)，故選項(xiàng)B正確正確 【答案【答案】B 2平均力法平均力法 如果力的方向不變，力的大小隨位移按線性規(guī)律變?nèi)绻Φ姆较虿蛔儯Φ拇笮‰S位移按線性規(guī)律變化時(shí)，可用力的算術(shù)平均值化時(shí)，可用力的算術(shù)平均值(恒力恒力)代替變力，再利代替變力，再利用功的定義式求功用功的定義式求功 用錘擊釘子，設(shè)

4、木板對(duì)釘子的阻力跟釘子進(jìn)用錘擊釘子，設(shè)木板對(duì)釘子的阻力跟釘子進(jìn)入木板的深度成正比，每次擊釘時(shí)錘子對(duì)釘子做的入木板的深度成正比，每次擊釘時(shí)錘子對(duì)釘子做的功相同已知擊第一次時(shí)，釘子進(jìn)入木板內(nèi)功相同已知擊第一次時(shí)，釘子進(jìn)入木板內(nèi)1 cm，則擊第二次時(shí)，釘子進(jìn)入木板的深度是多少？則擊第二次時(shí)，釘子進(jìn)入木板的深度是多少？ 3圖象法圖象法 當(dāng)變力當(dāng)變力F與位移與位移s同向時(shí)，可用同向時(shí)，可用Fs圖象進(jìn)行分析圖象進(jìn)行分析或比較，如圖或比較，如圖42所示，圖中陰影部分的面積的所示，圖中陰影部分的面積的數(shù)值表示功的數(shù)值，在數(shù)值表示功的數(shù)值，在s軸上方表示做正功，在軸上方表示做正功，在s軸下方表示做負(fù)功軸下方表示

5、做負(fù)功 圖圖42 放在地面上的木塊與一勁度系數(shù)放在地面上的木塊與一勁度系數(shù)k200 N/m的輕彈簧相連現(xiàn)用手水平拉彈簧，拉力的的輕彈簧相連現(xiàn)用手水平拉彈簧，拉力的作用點(diǎn)移動(dòng)了作用點(diǎn)移動(dòng)了s10.2 m時(shí)，木塊開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)時(shí)，木塊開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)拉彈簧，木塊緩慢移動(dòng)了拉彈簧，木塊緩慢移動(dòng)了s20.4 m的位移，求上的位移，求上述過(guò)程中拉力所做的功述過(guò)程中拉力所做的功圖圖43【答案答案】20 J 4利用功率求功利用功率求功 若某力做功或發(fā)動(dòng)機(jī)的功率若某力做功或發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P一定，則在時(shí)間一定，則在時(shí)間t內(nèi)做的內(nèi)做的功可用功可用WPt來(lái)求來(lái)求 5利用功能關(guān)系求功利用功能關(guān)系求功 常見(jiàn)的功能關(guān)系為重力

6、做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系，常見(jiàn)的功能關(guān)系為重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系，彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系，合力做的功與物彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系，合力做的功與物體動(dòng)能變化關(guān)系，除重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力外其他力的體動(dòng)能變化關(guān)系，除重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力外其他力的功與機(jī)械能的關(guān)系根據(jù)以上功能關(guān)系，若能求出功與機(jī)械能的關(guān)系根據(jù)以上功能關(guān)系，若能求出某種能量的變化，就可以求出相應(yīng)功的數(shù)值某種能量的變化，就可以求出相應(yīng)功的數(shù)值 與傳送帶有關(guān)的問(wèn)題是高中物理學(xué)中一個(gè)很重要與傳送帶有關(guān)的問(wèn)題是高中物理學(xué)中一個(gè)很重要的問(wèn)題，它往往聯(lián)系到勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直的問(wèn)題，它往往聯(lián)系到勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、摩擦力做功、摩

7、擦生熱、動(dòng)能定理以及線運(yùn)動(dòng)、摩擦力做功、摩擦生熱、動(dòng)能定理以及能量轉(zhuǎn)化與守恒定律等所以，搞清楚與傳送帶能量轉(zhuǎn)化與守恒定律等所以，搞清楚與傳送帶有關(guān)的問(wèn)題是很有必要的有關(guān)的問(wèn)題是很有必要的. 傳送帶類問(wèn)題傳送帶類問(wèn)題 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速率電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速率v勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，一勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，一質(zhì)量為質(zhì)量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上的小木塊由靜止輕放在傳送帶上,若小木塊若小木塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，如圖，如圖44所示，所示，當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，求：當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，求： (1)小木塊的位移；小木塊的位移； (2)傳送帶轉(zhuǎn)過(guò)的路程；傳送帶轉(zhuǎn)過(guò)的

8、路程； (3)小木塊獲得的動(dòng)能；小木塊獲得的動(dòng)能； (4)摩擦過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)能；摩擦過(guò)程產(chǎn)生的內(nèi)能； 圖圖44 (5)電動(dòng)機(jī)為運(yùn)送木塊需額外輸出的能量電動(dòng)機(jī)為運(yùn)送木塊需額外輸出的能量(5)由能的轉(zhuǎn)化與守恒定律得，電動(dòng)機(jī)為運(yùn)送木塊所額由能的轉(zhuǎn)化與守恒定律得，電動(dòng)機(jī)為運(yùn)送木塊所額外輸出的能量轉(zhuǎn)化為小木塊的動(dòng)能與木塊和傳送帶的外輸出的能量轉(zhuǎn)化為小木塊的動(dòng)能與木塊和傳送帶的內(nèi)能，所以內(nèi)能，所以E總總EkQmv2. 1動(dòng)能定理動(dòng)能定理 動(dòng)能定理明確了做功與物體動(dòng)能改變的因果和數(shù)量動(dòng)能定理明確了做功與物體動(dòng)能改變的因果和數(shù)量關(guān)系，應(yīng)用動(dòng)能定理的優(yōu)越性是可以根據(jù)物體動(dòng)能關(guān)系，應(yīng)用動(dòng)能定理的優(yōu)越性是可以根據(jù)物體

9、動(dòng)能的變化來(lái)計(jì)算變力所做的功的變化來(lái)計(jì)算變力所做的功動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 2機(jī)械能守恒定律機(jī)械能守恒定律 機(jī)械能守恒定律明確了在重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功機(jī)械能守恒定律明確了在重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功的條件下，物體或系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能之間的聯(lián)的條件下，物體或系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能之間的聯(lián)系應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的優(yōu)越性是根據(jù)力的做功系應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的優(yōu)越性是根據(jù)力的做功情況直接判斷初、末狀態(tài)的機(jī)械能是否相等，而不情況直接判斷初、末狀態(tài)的機(jī)械能是否相等，而不必考慮中間過(guò)程必考慮中間過(guò)程 3在力學(xué)中的大多數(shù)機(jī)械能守恒題目，應(yīng)用以上兩在力學(xué)中的大多數(shù)機(jī)械能守恒題目，應(yīng)用以上

10、兩條思路都可以得到解決，有時(shí)同一個(gè)表達(dá)式既可以條思路都可以得到解決，有時(shí)同一個(gè)表達(dá)式既可以理解為動(dòng)能定理，也可以理解為機(jī)械能守恒定律理解為動(dòng)能定理，也可以理解為機(jī)械能守恒定律 總質(zhì)量為總質(zhì)量為M的列車，沿水平直線軌道勻速前的列車，沿水平直線軌道勻速前進(jìn)，末節(jié)車廂質(zhì)量為進(jìn)，末節(jié)車廂質(zhì)量為m，中途脫鉤，司機(jī)發(fā)覺(jué)時(shí)，中途脫鉤，司機(jī)發(fā)覺(jué)時(shí)，機(jī)車已行駛機(jī)車已行駛L的距離，于是司機(jī)立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，的距離，于是司機(jī)立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，除去牽引力設(shè)列車受到的阻力與質(zhì)量成正比，除去牽引力設(shè)列車受到的阻力與質(zhì)量成正比，列車的牽引力是恒定的，當(dāng)列車的兩部分都停止列車的牽引力是恒定的，當(dāng)列車的兩部分都停止時(shí)，它們的距離是

11、多少？時(shí)，它們的距離是多少？ 【精講精析【精講精析】總質(zhì)量為總質(zhì)量為M的列車以速度的列車以速度v0勻速運(yùn)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引為動(dòng)時(shí)，牽引為F，則，則FkMg(k為常數(shù)為常數(shù)) 法一：先畫(huà)出草圖如圖法一：先畫(huà)出草圖如圖45所示，在圖中標(biāo)明各部所示，在圖中標(biāo)明各部分的位移設(shè)末節(jié)車廂分的位移設(shè)末節(jié)車廂m脫鉤后，機(jī)車和末節(jié)車廂脫鉤后，機(jī)車和末節(jié)車廂分別前進(jìn)分別前進(jìn)s1、s2停止停止 圖圖45 法二：設(shè)列車勻速行駛時(shí)速度為法二：設(shè)列車勻速行駛時(shí)速度為v0，則脫鉤后，則脫鉤后，末節(jié)車廂做勻減速運(yùn)動(dòng)至停止，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中初速末節(jié)車廂做勻減速運(yùn)動(dòng)至停止，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中初速度為度為v0，末速度為零，設(shè)加速度大小為，末速度為

12、零，設(shè)加速度大小為a，運(yùn)動(dòng)位，運(yùn)動(dòng)位移為移為s1.對(duì)機(jī)車對(duì)機(jī)車(Mm)的運(yùn)動(dòng)，如圖的運(yùn)動(dòng)，如圖46所示，設(shè)所示，設(shè)在在A處脫鉤，運(yùn)動(dòng)處脫鉤，運(yùn)動(dòng)L至至B點(diǎn)時(shí)發(fā)覺(jué)后立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)點(diǎn)時(shí)發(fā)覺(jué)后立即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，則機(jī)，則AB段上為勻加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)段上為勻加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度有點(diǎn)時(shí)速度有最大值最大值vm，從，從B點(diǎn)開(kāi)始，機(jī)車做勻減速運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)開(kāi)始，機(jī)車做勻減速運(yùn)動(dòng)至D點(diǎn)點(diǎn)剛好停止分析剛好停止分析BD全過(guò)程，必然有一位置車速為全過(guò)程，必然有一位置車速為 v0，設(shè)為，設(shè)為C點(diǎn)，則點(diǎn)，則CD過(guò)程機(jī)車做初速度為過(guò)程機(jī)車做初速度為v0，加速，加速度大小為度大小為a，末速度為零的運(yùn)動(dòng)，此段位移與末節(jié)，末速度為零的運(yùn)動(dòng)

13、，此段位移與末節(jié)車廂的位移車廂的位移s1相同由此可知，當(dāng)兩部分都停止運(yùn)相同由此可知，當(dāng)兩部分都停止運(yùn)動(dòng)后，兩部分的間距大小等于動(dòng)后，兩部分的間距大小等于AC的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度 圖圖46 某校物理興趣小組決定舉行遙控賽車比某校物理興趣小組決定舉行遙控賽車比賽比賽路徑如圖賽比賽路徑如圖47所示，賽車從起點(diǎn)所示，賽車從起點(diǎn)A出發(fā)，出發(fā)，沿水平直線軌道運(yùn)動(dòng)沿水平直線軌道運(yùn)動(dòng)L后，由后，由B點(diǎn)進(jìn)入半徑為點(diǎn)進(jìn)入半徑為R的光的光滑豎直圓軌道，離開(kāi)豎直圓軌道后繼續(xù)在光滑平直滑豎直圓軌道，離開(kāi)豎直圓軌道后繼續(xù)在光滑平直軌道上運(yùn)動(dòng)到軌道上運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，并能越過(guò)壕溝已知賽車質(zhì)量點(diǎn)，并能越過(guò)壕溝已知賽車質(zhì)量m0.1 kg，通

14、電后以額定功率，通電后以額定功率P1.5 W工作，進(jìn)工作，進(jìn)入豎直軌道前受到阻力恒為入豎直軌道前受到阻力恒為0.3 N，隨后在運(yùn)動(dòng)中，隨后在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力均可不計(jì)圖中受到的阻力均可不計(jì)圖中L10.00 m，R0.32 m，h1.25 m，s1.50 m問(wèn)：要使賽車完成比問(wèn)：要使賽車完成比賽，電動(dòng)機(jī)至少工作多長(zhǎng)時(shí)間？賽，電動(dòng)機(jī)至少工作多長(zhǎng)時(shí)間？(取取g10 m/s2) 圖圖47【答案答案】2.53 s 1力的觀點(diǎn)力的觀點(diǎn) 應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律解題是這一觀應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律解題是這一觀點(diǎn)的核心此種方法往往求的是瞬時(shí)關(guān)系，利用點(diǎn)的核心此種方法往往求的是瞬時(shí)關(guān)系，利用此種方法解

15、題必須考慮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的細(xì)節(jié)從此種方法解題必須考慮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的細(xì)節(jié)從中學(xué)研究的范圍來(lái)看，只能用于勻變速運(yùn)動(dòng)中學(xué)研究的范圍來(lái)看，只能用于勻變速運(yùn)動(dòng)(包括包括直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng))，對(duì)于一般的變加速運(yùn)動(dòng)，對(duì)于一般的變加速運(yùn)動(dòng)，不能用之求解不能用之求解解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的兩個(gè)基本觀點(diǎn)解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的兩個(gè)基本觀點(diǎn) 2功和能的觀點(diǎn)功和能的觀點(diǎn) 應(yīng)用動(dòng)能定理和能的轉(zhuǎn)化與守恒定律是這一觀點(diǎn)的應(yīng)用動(dòng)能定理和能的轉(zhuǎn)化與守恒定律是這一觀點(diǎn)的核心這個(gè)觀點(diǎn)研究的是物體或系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)變化所經(jīng)核心這個(gè)觀點(diǎn)研究的是物體或系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)變化所經(jīng)歷的過(guò)程中狀態(tài)的改變，它不要求對(duì)過(guò)程是怎樣變歷的過(guò)程中狀態(tài)的改變，它不要求對(duì)過(guò)

16、程是怎樣變化的細(xì)節(jié)深入研究，而更關(guān)心運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化及引化的細(xì)節(jié)深入研究，而更關(guān)心運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化及引起變化的原因簡(jiǎn)單地說(shuō)，只要求知道過(guò)程的始末起變化的原因簡(jiǎn)單地說(shuō)，只要求知道過(guò)程的始末狀態(tài)、動(dòng)能、勢(shì)能和力在過(guò)程中做的功，即可對(duì)問(wèn)狀態(tài)、動(dòng)能、勢(shì)能和力在過(guò)程中做的功，即可對(duì)問(wèn)題求解題求解 下面通過(guò)例題對(duì)這兩種觀點(diǎn)加以理解下面通過(guò)例題對(duì)這兩種觀點(diǎn)加以理解 如圖如圖48所示，輕質(zhì)長(zhǎng)繩水平地跨在相距所示，輕質(zhì)長(zhǎng)繩水平地跨在相距為為2l的兩個(gè)小定滑輪的兩個(gè)小定滑輪A、B上，質(zhì)量為上，質(zhì)量為m的物塊懸的物塊懸掛在繩上的掛在繩上的O點(diǎn)，點(diǎn)，O與與A、B兩滑輪的距離相等，兩滑輪的距離相等，在輕繩兩端在輕繩兩端C、D分別施加豎直向下的恒力分別施加豎直向下的恒力Fmg.先托住物塊，使繩處于水平拉直狀態(tài)，然后由靜先托住物塊，使繩處于水平拉直狀態(tài)，然后由靜止釋放物塊，在物塊下落過(guò)程中，保持止釋放物塊，在物塊下落過(guò)程中，保持C、D兩端兩端的拉力的拉力F不變不變 圖圖48 (1)當(dāng)物塊下落距離當(dāng)物塊下落距離h為多大時(shí)，物