物理動(dòng)量能量專題課件

1、動(dòng)量、能量的綜合應(yīng)用專題講座 銀星學(xué)校 2009年5月11日撰稿：盧武爭(zhēng) 王 飛講授：王 飛 序 動(dòng)量和能量是貫穿高中物理的主要知識(shí)和重要內(nèi)容，它可以滲透于力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電（電磁）學(xué)、原子物理學(xué)等各個(gè)部分，是解決物理問(wèn)題的重要觀點(diǎn)。適當(dāng)情況下用動(dòng)量和能量的觀點(diǎn)來(lái)解題，會(huì)更快捷、更有效。用動(dòng)量和能量的觀點(diǎn)來(lái)處理問(wèn)題是高考的重點(diǎn)、熱點(diǎn)，所出題目的綜合性強(qiáng)、對(duì)學(xué)生能力要求高，分值比例大,被認(rèn)為是“輸不起”題目。觀點(diǎn)內(nèi)容動(dòng)量觀點(diǎn)動(dòng)量定理動(dòng)量守恒定律動(dòng)能定理機(jī)械能守恒定律功能關(guān)系能量守恒定律能量觀點(diǎn) 知識(shí)準(zhǔn)備一、動(dòng)能和動(dòng)量 動(dòng)能和動(dòng)量都是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量 動(dòng)能： 動(dòng)量： 二者量值關(guān)系 ： 區(qū)

2、別：動(dòng)能是標(biāo)量，動(dòng)量是矢量動(dòng)能的變化量：動(dòng)量的變化量：矢量式 二、動(dòng)量定理與動(dòng)能定理1、動(dòng)量定理內(nèi)容：物體所受合外力的沖量等于物體在對(duì)應(yīng)過(guò)程中動(dòng)量的變化量研究對(duì)象：?jiǎn)误w為主常用于：恒力、變力、長(zhǎng)時(shí)間、短時(shí)間表達(dá)式：矢量式亦可表示為： 牛二定律的另一種表達(dá)形式明顯優(yōu)勢(shì)：不涉及加速度，涉及時(shí)間、速度應(yīng)用注意：研究過(guò)程中研究對(duì)象所受的力的沖量2、動(dòng)能定理內(nèi)容：合外力對(duì)物體做的功等于物體在對(duì)應(yīng)過(guò)程中動(dòng)能的變化量研究對(duì)象：?jiǎn)误w為主常用于：直、曲線運(yùn)動(dòng)，恒、變力做功，連續(xù)、間斷作用表達(dá)式：明顯優(yōu)勢(shì)：不涉及加速度，涉及位移、速度應(yīng)用注意：研究過(guò)程中研究對(duì)象所受力所做的功三、機(jī)械能守恒定律及動(dòng)量守恒定律1、機(jī)

3、械能守恒定律內(nèi)容：若只有重力或彈力（彈簧）做功，沒(méi)有其他力做功或其他力做功代數(shù)和為零的情況下，物體（系）動(dòng)能和勢(shì)能（重、彈）相互轉(zhuǎn)化，總機(jī)械能不變表達(dá)式：E初= E末 或 E增= E減 或 EA增= EB減條件判定：1）分析力做功情況判定 2）分析能量轉(zhuǎn)化情況判定 3）題中信息判定2、動(dòng)量守恒定律內(nèi)容：系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零，則系統(tǒng)總動(dòng)量保持不變表達(dá)式：m1v1+m2v2=m1v1I+m2v2I（矢量式） 或P總=PI總 或P1增=P2減條件判定：1）系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零2）系統(tǒng)某一方向上不受外力或所受外力之和為零3）強(qiáng)相互作用（內(nèi)力很大、作用時(shí)間及短）四、功能關(guān)系內(nèi)容：做功

4、過(guò)程一定伴隨有能量的轉(zhuǎn)化，即做功過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，做了多少功就有多少與之對(duì)應(yīng)的能量發(fā)生轉(zhuǎn)化常用功能關(guān)系：1、重力做功 重力勢(shì)能變化2、彈力（彈簧）做功 彈性勢(shì)能變化3、分子力做功 分子勢(shì)能變化4、電場(chǎng)力做功 電勢(shì)能變化5、合外力做功 動(dòng)能變化 (動(dòng)能定理)6、除重力和彈力（彈簧）外其他力做功 機(jī)械能 變化 7、滑動(dòng)摩擦力及介質(zhì)阻力做功 系統(tǒng)內(nèi)能變化（生熱）8、安培力做功 感應(yīng)電路電能變化 一定要注意功的正、負(fù)與對(duì)應(yīng)能量增、減的關(guān)系 五、能量守恒定律內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失；它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量保持不變表達(dá)式

5、： E增=E減 E初=E末應(yīng)用注意：研究過(guò)程中研究對(duì)象所涉及的所有能量 技巧方法解題步驟思路及優(yōu)選策略一、步驟思路1、仔細(xì)審題 2、確定研究對(duì)象，運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析3、正確先用觀點(diǎn)列方程式求解4、檢查驗(yàn)證二、策略選擇1、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 一般在研究物體所受力的瞬時(shí)作用與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系時(shí)或物體受恒力作用又直接涉及運(yùn)動(dòng)中的加速度時(shí)首選2、動(dòng)量定理 在不涉及加速度，涉及運(yùn)動(dòng)時(shí)間或初末速度，特別是沖擊問(wèn)題是首選3、動(dòng)能定理 在不涉及加速度、時(shí)間而涉及力、位移、速度時(shí)首選特別是含變力做功求位移、速度問(wèn)題4、機(jī)械能守恒定律 在滿足守恒條件且又不涉及運(yùn)動(dòng)時(shí)間時(shí)首選5、動(dòng)量守恒定律 在研究對(duì)象是兩個(gè)或兩個(gè)以

6、上物體，不涉直接及時(shí)間又滿足動(dòng)量守恒條件時(shí)首選；尤其是強(qiáng)相互作用過(guò)程6、特殊情景模型 如：涉及相對(duì)位移（路程）時(shí)優(yōu)先考慮能量守恒及功能關(guān)系（系統(tǒng)克服摩擦力做的功等于機(jī)械能的減少量等于系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能）；再如系統(tǒng)內(nèi)物體相互作用過(guò)程一般用到“兩個(gè)守恒”，但要注意是否滿足動(dòng)量守恒條件等7、功能關(guān)系、能量守恒要時(shí)刻緊記 例題透析例、如圖所示，質(zhì)量為1kg的小物塊以5m/s的初速度滑上一塊原來(lái)靜止在水平面上的木板，木板質(zhì)量為4kg，木板與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02，經(jīng)時(shí)間2s后，小物塊從木板另一端以1m/s相對(duì)于地的速度滑出g=10m/s2，求： （1）小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。 （2）這一過(guò)程中木

7、板的位移。 （3）此過(guò)程中因摩擦增加的內(nèi)能。 V0解析：（1）對(duì)小物塊由動(dòng)量定理得 mg1t = mv0mv1 解 得1=0.2 （2）小物塊和木板組成的系統(tǒng)由動(dòng)量定理得 (M+m)g2t=mv0mv1Mv 解得v=0.5m/s 此過(guò)程木板做勻加速運(yùn)動(dòng) 所以有 （3）由能量守恒得 V0 V0 V0BQ V0E V0 V1 V0 V1例、 如圖所示，光滑水平面上質(zhì)量為m1=2kg的物塊以v0=2m/s的初速?zèng)_向質(zhì)量為m2=6kg靜止的光滑圓弧面斜劈體。求：物塊m1滑到最高點(diǎn)位置時(shí)，二者的速度； 物塊m1從圓弧面滑下后，二者速度若m1= m2物塊m1從圓弧面滑下后，二者速度m1m2v0解：（1）由

8、動(dòng)量守恒定律得m1V0=（m1+m2）V V= m1V0 / （m1+m2） =0.5m/s（2）再由機(jī)械能守恒定律（3）若m1= m2 代入上問(wèn)結(jié)論式得： v1 = 0 v2=2m/s例、如圖所示，水平光滑地面上停放著一輛小車，左側(cè)靠在豎直墻壁上，小車的四分之一圓弧軌道AB是光滑的，在最低點(diǎn)B與水平軌道BC相切，BC的長(zhǎng)度是圓弧半徑的10倍，整個(gè)軌道處于同一豎直平面內(nèi)?？梢暈橘|(zhì)點(diǎn)的物塊從A點(diǎn)正上方某處無(wú)初速下落，恰好落入小車圓弧軌道滑動(dòng)，然后沿水平軌道滑行至軌道末端C處恰好沒(méi)有滑出。已知物塊到達(dá)圓弧軌道最低點(diǎn)B時(shí)對(duì)軌道的壓力是物塊重力的9倍，小車的質(zhì)量是物塊的3倍，不考慮空氣阻力和物塊落入圓

9、弧軌道時(shí)的能量損失。求：物塊開(kāi)始下落的位置距水平軌道BC的豎直高度是圓 弧半徑的幾倍；物塊與水平軌道BC 間的動(dòng)摩擦因數(shù)。 A BC（1）設(shè)物塊的質(zhì)量為m，其開(kāi)始下落處的位置距BC的豎直高度為h，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度為v，小車圓弧軌道半徑為R。由機(jī)械能守恒定律，有 根據(jù)牛頓第二定律； 解得h=4R 即物塊開(kāi)始下落的位置距水平軌道BC的豎直高度是圓弧半徑的4倍。（2）設(shè)物塊與BC間的滑動(dòng)摩擦力的大小為F，物塊滑到C點(diǎn)時(shí)與小車的共同速度為v，物塊在小車上由B運(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程中小車對(duì)地面的位移大小為。依題意，小車的質(zhì)量為3m，BC長(zhǎng)度為10R。由滑動(dòng)摩擦定律，有F=mg 由動(dòng)量守恒定律，有 對(duì)物塊、小車分

10、別應(yīng)用動(dòng)能定理，有 解得 =0.3 或直接用功能關(guān)系解得 =0.3例、如圖所示，坡道頂端距水平面高度為h，質(zhì)量為m1的小物塊A從坡道頂端由靜止滑下，進(jìn)入水平面上的滑道時(shí)無(wú)機(jī)械能損失，為使A制動(dòng)，將輕彈簧的一端固定在水平滑道延長(zhǎng)線M處的墻上，一端與質(zhì)量為m2的檔板B相連，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，B恰位于滑道的末端O點(diǎn)A與B碰撞時(shí)間極短，碰后結(jié)合在一起共同壓縮彈簧，已知在OM段A、B與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為，其余各處的摩擦不計(jì)，重力加速度為g，求：（1）物塊A在與擋板B碰撞前瞬間速度v的大??；（2）彈簧最大壓縮量為d時(shí)的彈性勢(shì)能Ep（設(shè)彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)彈性勢(shì)能為零）解析：（1）由機(jī)械能守恒定律，有 解得v

11、（2）A、B在碰撞過(guò)程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，由動(dòng)量守恒，有碰后A、B一起壓縮彈簧，到彈簧最大壓縮量為d時(shí)，A、B克服摩擦力所做的功由能量守恒定律，有解得 例、如圖所示，輕彈簧的一端固定，另一端與滑塊B相連，B靜止在水平導(dǎo)軌上，彈簧在原長(zhǎng)狀態(tài)。另一質(zhì)量與B相同滑塊A，從導(dǎo)軌上的P點(diǎn)以某一初速度向B滑行，當(dāng)A滑過(guò)距離L1時(shí)，與B相碰，碰撞時(shí)間極短，碰后A、B緊貼在一起運(yùn)動(dòng)，但互不粘連。已知最后A恰好返回出發(fā)點(diǎn)P并停止。滑塊A和B與導(dǎo)軌的滑動(dòng)摩擦因數(shù)都為 ，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧最大形變量為L(zhǎng)2，求A從P出發(fā)時(shí)的初速度。AB L1解析：令A(yù)、B質(zhì)量皆為m，A剛接觸B時(shí)速度為V1 （碰前），由功能關(guān)系， 有A、B

12、碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，令碰后A、B共同運(yùn)動(dòng)的速度為 V2 有 碰后A、B先一起向左運(yùn)動(dòng)，接著A、B一起被彈回，在彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng)時(shí)，設(shè)A、B的共同速度為V3 ，在這過(guò)程中，彈簧的彈力做的總功為零，利用功能關(guān)系有 此后A、B開(kāi)始分離，A單獨(dú)向右滑到P點(diǎn)停下，由功能關(guān)系有 由以上各式，解得 例、如圖所示，光滑絕緣水平地面上有質(zhì)量均為m的三個(gè)物體A、B、C，A物體帶負(fù)電，電荷量為Q，C物體帶正電，電荷量為q，B物體不帶電，整個(gè)裝置處于水平向右的場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，A物體靠在絕緣的豎直擋板上，A、B之間用勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧連接（彈簧處于原長(zhǎng)且連接處絕緣），B、C之間用長(zhǎng)為的不可伸長(zhǎng)的輕繩連接，三個(gè)物

13、體均可視為質(zhì)點(diǎn)。如果將物體緊挨著物體由靜止釋放（、間彼此絕緣），則物體將在電場(chǎng)力的作用下向右運(yùn)動(dòng)，已知輕繩繃緊瞬間、C兩物體的速度相同，整個(gè)過(guò)程中A物體恰好不離開(kāi)擋板；現(xiàn)將C物體的質(zhì)量變?yōu)?m且仍從原位置由靜止釋放，同樣使A恰好不離開(kāi)擋板，則C物體所帶的電荷量應(yīng)變?yōu)槎嗌伲浚ú豢紤]A、C兩物體間的靜電力）ABCE例、如圖所示，光滑導(dǎo)軌EF、GH等高平行放置，EG間寬度為FH間寬度的3倍，導(dǎo)軌右側(cè)水平且處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，左側(cè)呈弧形升高。ab、cd是質(zhì)量均為m的金屬棒，現(xiàn)讓ab從離水平軌道高h(yuǎn)處由靜止下滑，設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，ab到達(dá)寬、窄軌道分界處時(shí)兩棒速度均已穩(wěn)定。試求： (1)ab、cd棒的

14、最終速度；(2)全過(guò)程中該系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱。 ababEFGHBEGBEGBcdcdcdabcdcdcdabcdcdcd解析: ab下滑進(jìn)入磁場(chǎng)后切割磁感線，在abcd電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，ab、cd各受不同的磁場(chǎng)力作用而分別作變減速、變加速運(yùn)動(dòng)，電路中感應(yīng)電流逐漸減小，當(dāng)感應(yīng)電流為零時(shí)，ab、cd不再受磁場(chǎng)力作用，各自以不同的速度勻速滑動(dòng)，直到進(jìn)入窄軌道(1)ab自由下滑，由機(jī)械能守恒： 由于ab、cd串聯(lián)在同一電路中，任何時(shí)刻通過(guò)的電流總相等，金屬棒有效長(zhǎng)度Lab=3Lcd，故它們所受安培力為：Fab=3Fcd 在磁場(chǎng)力作用下，ab、cd各作變速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相反，當(dāng)Eab=Ec

15、d時(shí)，電路中感應(yīng)電流為零，安培力為零，ab、cd運(yùn)動(dòng)趨于穩(wěn)定，此時(shí)有： 所以 ab、cd受安培力作用，且作用時(shí)間相同，動(dòng)量均發(fā)生變化，由動(dòng)量定理得： 聯(lián)立以上各式解得： 當(dāng)ab進(jìn)入窄軌道時(shí)，由于 ，回路中再次出現(xiàn)電流，之后ab、cd在大小相等方向相反的安培力作用下分別做變加速、變減速運(yùn)動(dòng)，直至二者最終速度相同，由動(dòng)量守恒定律有： 得(2)根據(jù)系統(tǒng)的總能量守恒可得：AB300如圖示，傾斜傳送帶AB長(zhǎng)18m，與水平方向夾角300，且始終以5m/s的速度沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)把質(zhì)量為0.8Kg的木塊輕輕放在傳送帶最上端B處，木塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因 ，當(dāng)木塊被傳送1s后，一顆質(zhì)量為10克的子彈以 的速

16、度沿木塊運(yùn)動(dòng)的反方向擊中木塊并穿出，子彈穿出的速度 ;以后每隔1s就有一顆相同的子彈射向木塊，設(shè)子彈穿木塊的時(shí)間極短，且每次射入點(diǎn)各不相同，木塊質(zhì)量認(rèn)為不變， ，則：（1）在被子彈第一次擊中前，木塊運(yùn)動(dòng)了多大距離？ （2）木塊在到達(dá)最下端A之前，最多能被多少顆子彈擊中？ （3）在木塊從B運(yùn)動(dòng)到A的過(guò)程中，傳送帶一共對(duì)木塊做了多少功？子彈、木塊、傳送帶這一系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量是多少？BA 3.75m3m 例： 如圖，質(zhì)量為m1、帶電量為+q 的金屬球a和質(zhì)量 m2= m1 /19 、帶電荷量為+q的金屬球b用等長(zhǎng)的絕緣輕質(zhì)細(xì)線吊在天花板上,它們靜止時(shí)剛好接觸，并且a,b接觸處貼有一絕緣紙使a,b在碰撞過(guò)程中沒(méi)有電荷轉(zhuǎn)移，在PQ左側(cè)有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在PQ右側(cè)有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小E= 9m2g/19q.現(xiàn)將b球拉至細(xì)線與豎直方向成 =530角的位置（細(xì)線剛好拉直）自由釋放，b球下擺后在最低點(diǎn)與a球發(fā)生彈性碰撞。由于電磁阻尼作用， a球?qū)⒂谠俅闻鲎睬巴Ｔ谧畹忘c(diǎn)，問(wèn)：經(jīng)過(guò)多少次碰撞后懸掛b球的細(xì)線偏離豎直方向的夾角小于370 ？（sin370 =0.6,cos370 =0.8）BEabbPQ 總結(jié) 重視物理過(guò)