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1、第七章 機械能守恒定律
要點解讀
一、功與功率
1.功
功是能量轉化的量度,力做了多少功就有多少能量從一種形式轉化為另一種形式。
功的兩要素:作用在物體上的力、物體沿力的方向移動的位移。
功的公式:(α是力和位移的夾角)
功的正負:當0° ≤ α <90° 時,力做正功;當90°< α ≤ 180° 時,力做負功;當 α=90°時,力不做功。
2.功率
功跟完成這些功所用的時間的比值叫做功率,表示做功的快慢。
平均功率:
瞬時功率:,式中是F與v之間的夾角。
二、機械能
動能:。
重力勢能:EP,其中是物體相對于參考平面的高度。
三、動能定理
內容:合力所做
2、的功等于物體動能的變化。
公式:
四、機械能守恒定律
內容:在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內,動能和勢能可以互相轉化,而總的機械能保持不變。
公式:或寫成EK2+EP2= EK1+EP1
五、能量守恒定律
能量既不會消滅,也不會創(chuàng)生,它只會從一種形式轉化為其他形式,或者從一個物體轉移到另外一個物體,而在轉化和轉移的過程中,能量的總和保持不變。
學法指導
一、利用動能定理解題的思路
(1)確定研究對象及運動過程;
(2)在全過程中對研究對象進行受力分析;
(3)寫出研究過程中合力做的功,或分別寫出各個力做的功(注意功的正負)再代數和。如果研究過程中物體受力情況有變化,就要分
3、別寫出各力在各個階段做的功再代數和;
(4)確定初、末狀態(tài)并寫出初、末狀態(tài)的動能;
(5)利用動能定理列方程求解。
二、利用機械能守恒定律解題的思路
(1)選取研究對象:物體系;
(2)根據研究對象所經歷的物理過程,進行受力、做功分析,判斷機械能是否守恒;
(3)恰當選取參考平面,確定研究對象在過程的初、末狀態(tài)時的機械能。利用機械能守恒定律的變式表述分析問題時無須確定參考平面;
(4)根據機械能守恒定律列方程求解。
【例1】物體做自由落體運動的過程中,下列說法正確的是
A.物體的加速度越來越小 B.物體的動能越來越小
C.物體的重力勢能越來越小 D.
4、物體所受重力的瞬時功率越來越小
解析:物體做自由落體運動,加速度等于g,恒定不變,選項A錯。下落過程速度增大,物體的動能越來越大,選項B錯。下落過程高度減小,物體的重力勢能越來越小,選項C正確。下落過程速度增大,物體所受重力的瞬時功率P=mgv越來越大,選項D錯。
說明:①本題屬“認識”層次,屬中檔題,預估難度系數0.82;②本題從功與能的角度考查自由落體運動的特征,應用動能、重力勢能和功率的定義式就可以分析物體自由下落時相關物理量的變化情況。
【例2】在距地面10 m高處,一人以50 m/s的速度水平拋出一個質量為4 kg的物體,物體著地時速度大小仍然是50 m/s。g取10 m/s2
5、。
(1)求飛行過程中的物體克服空氣阻力所做的功;
(2)若不計空氣阻力,求上述物體著地時的速度大小。
解析:(1)設物體被拋出時的速度大小為、著地時的速度大小為,物體由拋出到著地的過程中物體克服空氣阻力所做的功為,由動能定理得
代入數據可得=4×10×10 J=4×102 J
(2)設物體著地時的速度大小為,小球運動過程中,只有重力做功,則機械能守恒。取地面為參考平面,由機械能守恒定律得,代入數據可得=52 m/s
說明:①本題屬“應用”層次,屬稍難題,預估難度系數0.69;②動能定理既適用于直線運動,也適用于曲線運動,既適用于恒力做功,也適用于變力做功。
達標練習
1.20
6、20年7月,世界最大太陽能飛機“太陽驅動”號完成跨越歐洲和非洲的載人長途飛行,整個跨州飛行完全依靠太陽能為動力,未使用一滴燃油。下列說法正確的是( )
A.太陽能可以轉化為電能為飛機提供動力
B.太陽能可以轉化為燃油的化學能為飛機提供動力
C.太陽能的利用,說明能量可以消滅
D.太陽能的利用,說明能量可以創(chuàng)生
m
2.細繩一端固定在天花板上,另一端拴一質量為m的小球,如圖所示。不計空氣阻力,當小球從最高點(圖中實線位置)向最低點(圖中虛線位置)擺動過程中,下列說法正確的是( )
A.細繩拉力對小球做正功
B.重力對小球不做功
C.小球的機械能守恒
D.小球的動能、重力勢
7、能和機械能都在變化
3.在水平面上推動木箱加速前進,合力對它所做的功為20J,在此過程中木箱的動能( )
A.增加20J B.減少20J
C.沒有變化 D.是否變化無法確定
4.關于功率的說法,正確的是( )
A.由P=知,力做功越多,功率就越大
B.由F=知,功率一定時,速度越大,力越小
C.由P=F v知,物體運動越快,功率越大
D.由W=Pt知,功率越大,力做功越多
5.如圖所示,三個斜面高度相同,傾角分別為30°、45°、60°,讓同一個小球分別從三個斜面的頂端沿斜面滑到底端,重力對小球做的功分別為W1、W2、W3,關于三者的大小,下列關系正確的是
8、( )
A.W1W2>W3
D. 無法比較
6.在“探究功與速度變化的關系”的實驗中,備有若干相同的橡皮筋。第一次小車在一條橡皮筋的作用下從靜止彈出,沿木板滑行,橡皮筋對小車做功為,小車被彈出的速度為v;第二次將兩條橡皮筋并在一起,并且與第一次拉伸的長度一樣,小車在橡皮筋的作用下從靜止彈出,沿木板滑行,橡皮筋對小車所做的功是的_____倍,小車被彈出的速度是v的_____倍。
7.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,根據正確的實驗數據得出的重物重力勢能的減少量ΔEp會略微 (填“大于”或“小于”)動能的增加量ΔEk,這是因為__________________。
8.蕩秋千是大家喜愛的一項體育活動。隨著科技的迅速發(fā)展,將來的某一天,同學們也許會在其它星球上享受蕩秋千的樂趣。假設你當時所在星球的質量是M、半徑為R,可將人視為質點,秋千質量不計、擺長不變、擺角小于90°,引力常量為G。那么,
(1)該星球表面附近的重力加速度g星等于多少?
(2)若秋千經過最低位置的速度為v0,你能上升的最大高度是多少?