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文檔簡介

1、專題三動能定理和機械能守恒定律的應用 主題一動能定理的應用【生活情境】如圖所示,風力發(fā)電與龍卷風。【問題探究】風力發(fā)電是一種重要的節(jié)能方法,風力發(fā)電的效率與哪些因素有關?龍卷風給人類帶來了極大的災難,龍卷風為什么具有那么大的能量呢?提示:風力發(fā)電的效率跟風速、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、葉片以及控制系統(tǒng)有關。龍卷風的旋轉速度非??欤L速非常大。兩種現(xiàn)象都跟速度有關。風具有動能?!窘Y論生成】1.動能的性質:(物理觀念)(1)相對性:選取不同的參考系,物體的速度不同,動能也不同,一般以地面為參考系。(2)狀態(tài)量:動能是表征物體運動狀態(tài)的物理量,與物體的運動狀態(tài)(或某一時刻的速度)相對應。(3)標量性:只有大

2、小,沒有方向;只有正值,沒有負值。2.動能定理的分析:(科學思維)(1)動能變化量:物體動能的變化是末動能與初動能之差,即Ek= (2)物理意義:若Ek0,表示物體的動能增加;若Ek0,表示物體的動能減少?!镜淅痉丁咳鐖D所示,人拉著細繩的一端由A走到B,使質量為m的物體勻速上升。已知A、B兩點間的水平距離為s,細繩與水平方向的夾角已在圖中標出,不計滑輪的摩擦,求人的拉力所做的功?!窘馕觥吭O滑輪高度為H,根據幾何關系得:s= 物體上升的高度h= 根據動能定理得:W-mgh=0-0解得:W= mgs。答案:W= mgs【探究訓練】1.(多選)如圖所示,質量m=1 kg的物塊在水平恒力F=20 N

3、的推動下,從粗糙斜面底部A處由靜止開始運動至高h=6 m的B處,用時t=2 s。到達B處時物塊的速度大小為v=10 m/s,重力加速度g取10 m/s2。不計空氣阻力,則()A.A、B之間的水平距離為8 mB.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.25C.推力F對物塊做的功為120 JD.物塊克服摩擦力做的功為50 J【解析】選A、B、D。根據x= t,解得x=10 m,則AB之間的水平距離d= m=8 m,選項A正確;斜面傾角為=37,則由動能定理:Fd-mgh-(mgcos+Fsin)x= mv2,代入數(shù)據解得=0.25,選項B正確;推力F的功:WF=Fd=208 J=160 J,選項C錯誤;克服

4、摩擦力做功:Wf=(mgcos+Fsin)x=0.25(100.8+200.6)10 J=50 J,選項D正確;故選A、B、D。2.如圖,傳送帶與水平面之間的夾角為=30,其上A、B兩點間的距離為L=10 m,傳送帶在電動機的帶動下以v=5 m/s的速度勻速運動,現(xiàn)將一質量為m=10 kg的小物體(可視為質點)輕放在傳送帶的A點,已知小物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)= ,在傳送帶將小物體從A點傳送到B點的過程中,求:(g取10 m/s2)(1)小物體運動到B點需要多少時間。(2)傳送帶對小物體做的功。(3)與沒有放小物體相比,在小物體從A到B的過程中,電動機多做多少功?!窘馕觥?1)物體放上傳送

5、帶后,由于剛開始一段時間內,物體的速度小于傳送帶的速度,所以物體相對于傳動帶向后運動,所以受到沿傳送帶向前的摩擦力,故物體受到的合力為:mgcos30-mgsin30= mg根據牛頓第二定律可得,物體運動的加速度為a= 當物體的速度達到和傳送帶的速度相同時,兩者之間沒有相對運動趨勢,一起做勻速直線運動,因為物體從靜止開始運動,所以v=at1,得t1= s=2 s,根據公式x= 可得,物體的加速位移x1=5 m故物體做勻速直線運動位移是x2=L-x1=5 m所以物體做勻速直線運動的時間為t2= =1 s,所以物體從A到B的時間為t=t1+t2=3 s(2)傳送帶對物體做的功為W1= mv2+mg

6、h= mv2+ mgL=( 1025+10105) J=625 J(3)如果沒有放小物體,電動機就不需要克服摩擦力做功,所以在小物體從A到B的過程中,電動機做功為W=W1+mgx1cos30=625 J+375 J=1 000 J答案:(1)3 s(2)625 J(3)1 000 J 主題二機械能守恒定律的應用【生活情境】運動員投擲鉛球,不計空氣阻力?!締栴}探究】鉛球離開手之后,下落過程中,鉛球的動能和勢能之間怎樣轉化?提示:鉛球的重力勢能轉化為動能,總的機械能保持不變。【結論生成】1.機械能守恒的條件:(物理觀念)(1)物體只受重力,只發(fā)生動能和重力勢能的相互轉化,如自由落體運動、拋體運動等

7、。(2)只有彈力做功,只發(fā)生動能和彈性勢能的相互轉化。如在光滑水平面上運動的物體碰到一個彈簧,和彈簧相互作用的過程中,對物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說,機械能守恒。(3)物體既受重力,又受彈力,重力和彈力都做功,發(fā)生動能、彈性勢能、重力勢能的相互轉化。如自由下落的物體落到豎直的彈簧上和彈簧相互作用的過程中,對物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說,機械能守恒。2.分析機械能守恒的兩種角度:(科學思維)(1)從能量觀點看:只有系統(tǒng)動能和勢能相互轉化,無其他形式能量(如內能)之間轉化,則系統(tǒng)機械能守恒。(2)從做功觀點看:只有重力和系統(tǒng)內的彈力做功?!镜淅痉丁咳鐖D所示,讓擺球從圖中A位置由靜止開始下擺,正好到最低點

8、B位置時線被拉斷。設擺線長為l=1.6 m,B點與地面的豎直高度為h=6.4 m,不計空氣阻力,求擺球著地時的速度大小。(g取10 m/s2)【解析】在整個過程中只有重力做功,故機械能守恒mgl(1-cos60)+h= mv2所以v= = m/s=12 m/s。答案:12 m/s【探究訓練】1.(多選)(2020全國卷)一物塊在高3.0 m、長5.0 m的斜面頂端從靜止開始沿斜面下滑,其重力勢能和動能隨下滑距離s的變化如圖中直線、所示,重力加速度取10 m/s2,則()A.物塊下滑過程中機械能不守恒B.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.5C.物塊下滑時加速度的大小為6.0 m/s2D.當物塊下滑2

9、.0 m時機械能損失了12 J【解析】選A、B。下滑5 m的過程中,重力勢能減少30 J,動能增加10 J,減少的重力勢能并不等于增加的動能,所以物塊下滑過程中機械能不守恒,故選項A正確;設斜面傾角為,物塊在斜面頂端時的重力勢能mgh=30 J,而h=3 m,則物塊質量m=1 kg,下滑5 m過程中,對物塊由動能定理有mgh-mgcoss=Ek-0,而cos= 、Ek=10 J,解得=0.5,故選項B正確;對物塊由牛頓第二定律有mgsin-mgcos=ma,解得a=2 m/s2,故選項C錯誤;物塊下滑2.0 m時,重力勢能減少12 J,動能增加4 J,所以機械能損失了8 J,故選項D錯誤。2.如圖所示,質量為m的木塊放在光滑的水平桌面上,用輕繩繞過桌邊光滑的定滑輪與質量為2m的砝碼相連,讓繩拉直后使砝碼從靜止開始下降h的距離時砝碼未落地,木塊仍在桌面上,求此時砝碼的速度以

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