高一物理-功和能-课件资料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,专题五 机械能,章前考纲统览,第一课时功功率,一、功,1,、定义：物体受到力的作用，并在力的方向上发生一段位移，就说该力对物体做了功,2,、做功的两个必要条件：,做功的,两个必要条件是力和物体在力的方向上的位移,，两者缺一不可,功是过程量，即做功必定对应一个过程,(,位移,),，应明确是哪个力在哪一个过程做的功,3,、公式：,W,Fscos,.,4,、功的正负：功是标量，但有正、负之分,当,0,90,时，,W,0,，力对物体做正功,当,90,180,时，,W,0,，力对物体做负功，也可说物体克服该力做了功,当,90,时，,W,0,，力对物体不做功,根据力和瞬时速度方向的夹角判断此法常用于判断质点做曲线运动时变力的功，夹角为锐角时做正功，夹角为钝角时做负功夹角为直角时不做功,功的正、负的判断,根据力和位移的方向的夹角判断，此法常用于恒力做功的判断,5,、功的计算,恒力及合力做功的计算,恒力的功：直接用公式,W,Fscos,计算,合外力的功,a,、先求合外力,F,合,，再应用公式,W,合,F,合,scos,求功，其中,为合力,F,合与位移,s,的夹角一般适用于整个过程中合力恒定不变的情况,b,分别求出每个力的功,W,1,、,W,2,、,W,3,再应用,W,合,W,1,W,2,W,3,求合外力的功这种方法一般适用于在整个过程中，某些力分阶段作用的情况,c,利用动能定理或功能关系求解,变力做功的计算,当变力的功率,P,一定时，可用,W,Pt,求功，如机车恒功率启动时,将变力做功转化为恒力做功,a,当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程,(,不是位移,),的乘积如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等,b,当力的方向不变，大小随位移做线性变化时，可,先求出力对位移的平均值 ，再由,计算，如弹簧弹力做功,作出变力,F,随位移,s,变化的图象，图象与位移轴所围的“面积”即为变力做的功图中,(a),图表示恒力,F,做的功,W,，,(b),图表示变力,F,做的功,W.,用动能定理,W,E,k,或功能关系,W,E,，即用能量的增量等效代换变力所做的功,(,也可计算恒力的功,),二、功率,1,、定义：功跟完成这些功所用时间的比值叫做功率,P=W/t,，,P,为时间,t,内的,平均,功率,2,、公式：,（,为,F,与,v,的夹角）,v,为平均速度则,P,为平均功率,v,为瞬时速度则,P,为瞬时功率,3,、单位：瓦特,(W),，,1W,1 J/s,4,、物理意义：功率描述做功的,快慢,，功率大则做功,快,，功率小则做功,慢,。,5,、额定功率：机械正常工作的最大输出功率叫额定功率，一般在机械的铭牌上标明,6,、实际功率：机械实际工作时输出的功率要求,小于等于,额定功率,类型,1,：机车以恒定功率,P,启动,P,F v,发动机的实际功率,发动机的牵引力,机车的瞬时速度,当,F,=,F,阻,时，,a,0,，,v,达到最大,保持,v,m,匀速,v,F,v,P,a,m,F,F,阻,v,m,F,阻,P,加速度逐渐减小的变加速直线运动,匀速直线运动,三、机车启动问题,先做加速度逐渐减小的变加速直线运动，最终以速度 做匀速直线运动。,v,m,F,阻,P,v,t,0,v,m,机车以恒定功率启动的,v,t,图象,两个常用公式：,（,1,）瞬时加速度公式,:,（,2,）最大速度公式：,v,m,F,阻,P,发动机做的功只能用,W=Pt,计算，不能用,W=Fs,计算（因为,F,为变力）,类型,2,：机车以恒定加速度,a,启动,当,F,=,F,阻,时，,a,0,，,v,达到最大,保持,v,m,匀速,F,v,P,额,a,m,F,F,阻,v,v,m,F,阻,P,额,加速度逐渐减小的变加速直线运动,匀速直线运动,a,m,F,F,阻,F,v,P,F,v,当,P,=,P,额,时，保持,P,额,继续加速,匀加速直线运动,机车以恒定加速度启动的,v,t,图,先做匀加速直线运动，再做加速度逐渐减小的变加速直线运动，最终以速度 做匀速直线运动。,v,t,0,v,m,F,阻,P,额,v,m,做匀加速运动只能维持一段时间,在这段时间内牵引力的功率随时间的增大而增大,当增大到额定功率时,匀加速运动结束。,t,1,第二课时动能动能定理,一、动能,1,、定义：物体由于,运动,而具有的能,2,、表达式：,3,、矢标性：标量,4,、单位：,焦耳,，,1 J,1 Nm,1 kgm2/s2.,5,、瞬时性：因为,v,是瞬时速度,6,、相对性：物体的动能相对于不同的参考系一般不同,二、动能定理,1,、内容：,合外力,对物体所做的功等于物体动能的改变量,2,、表达式：,3,、适用范围：直线运动、曲线运动、恒力做功、变力做功、各个力同时做功、分段做功均可用动能定理,4,、注意：动能定理说明外力对物体所做的总功和动能变化间的一种因果关系和数量关系，不可理解为功转变成了物体的动能,5,、运用动能定理解题的一般步骤：,明确研究对象和运动过程,分析受力及各力做功的情况,明确初、末状态的动能,列出动能定理方程，并求解,第三课时机械能机械能守恒定律,一、重力势能,1,、重力做功的特点：重力做功与路径无关，与初、末位置在竖直方向上的,高度差,有关，大小,W,G,mgh,.,2,、重力势能,概念：物体处于一定的高度而具有的能,表达式：,E,p,mgh,.,重力势能的正、负：由于重力势能是标量，故其正、负表示势能的大小,相对性：重力势能具有相对性，,h,是物体的重心到参考平面,(,零势能面,),的高度,3,、重力做功与重力势能变化的关系：,W,G,E,p,.,二、弹性势能,1,、概念：物体因为发生,弹性形变,而具有的能叫做弹性势能,2,、弹簧弹性势能大小：与弹簧的劲度系数和形变量有关,3,、弹力做功与弹性势能的变化：弹力做正功，物体的弹性势能减小，弹力做负功，物体的弹性势能增加表达式为,W,E,p,.,三、机械能及其守恒定律,1,、机械能：,动能,和,势能,统称为机械能物体的机械能为其动能和势能,(,重力势能和弹性势能,),之和,2,、内容：在只有,重力,做功的情况下，物体的,动能,与,重力势能,可以发生相互转化，但,机械能,的总量保持不变如果还有弹力做功，则发生,动能,、,重力势能,和弹性势能的相互转化，但机械能的总量仍保持不变,3,、表达式：,从能量守恒的观点,：,E,k1,+E,p1,=E,k2,+E,p2,，即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能与势能之和。,从能量转化的观点,：,E,k,=-E,p,，即动能的增加量等于势能的减少量。,从能量转移的观点,：,E,A,=-E,B,，即,A,物体机械能的增加量等于,B,物体机械能的减少量。,4,、对机械能守恒条件的理解,机械能守恒的条件是：只有重力或,弹簧,弹力做功。可以从以下三个方面理解：,只受重力作用，例如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动，物体的机械能守恒,受其他力，但其他力不做功，只有重力或,弹簧,弹力做功例如物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力不做功，物体的机械能守恒,除重力或,弹簧,弹力之外，还有其他力做功，但其他力做功的总和为零，物体的机械能不变,利用机械能的定义判断：,(,直接判断,),若物体在水平面上匀速运动，其动能、势能均不变，机械能不变若一个物体沿斜面匀速下滑，其动能不变，重力势能减少，其机械能减少,5,、判断机械能是否守恒的几种方法,对一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等，除非题目特别说明，否则机械能必定不守恒,用能量转化来判断：若物体系统中,只有动能和势能的相互转化,而无机械能与其他形式的能的转化，则物体系统机械能守恒,用做功判断：若物体或系统,只有重力,(,或弹簧的弹力,),做功,，虽受其他力，但其他力不做功，机械能守恒,如图所示，物块、斜面和水平面都是光滑的，物块从静止开始沿斜面下滑过程中，物块机械能是否守恒？系统机械能是否守恒？,解析：,以物块和斜面组成的系统为研究对象，很明显物块下滑过程中系统不受摩擦和介质阻力，故系统机械能守恒又由斜面将向左运动，即斜面的机械能将增大，故物块的机械能一定将减少,例与练,第四课时功能关系能的转化和守恒,一、功能关系,1,、功能关系,功是能量转化的量度即物体做了多少功就有多少能量发生转化，而且能的转化必须通过做功来实现,2,、功和能的几种表达形式,功和动能的关系：所有,外力,对物体,所做功的,代数和,等于物体动能的,增加量,功和势能的关系：克服,重力,所做的功等于物体重力势能的,增加量,；弹簧弹力所做的功等于物体弹性势能的减少量,功和机械能的关系：,除重力,(,弹簧弹力,),之外的其他力所做的功等于物体机械能的增加量,常见几种功能关系,相对路程,二、能量转化和守恒定律,1,、内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式,转化,为另一种形式，或从一个物体,转移,到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持,不变,某种形式的能减少，一定存在另一种形式的能增加，且减少量和增加量相等,2,、可以从两个方面来理解：,某个物体的能量减少，一定存在另一个物体的能量增加且减少量和增加量相等,三、摩擦力做功与机械能、内能之间的转化关系,1,、静摩擦力做功的特点,(1),静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功,(2),相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零,(3),静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能,2,、滑动摩擦力做功的特点,(1),滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功,(2),相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果：,机械能全部转化为内能,有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外部分转化为内能,(3),摩擦生热的计算：,Q,fs,相对,第五课时实验：探究动能定理,一、实验原理,探究恒力做功与物体动能改变的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同的功时物体动能的变化，从而得到恒力做功与物体动能改变的关系,二、实验器材,附有定滑轮的长木板，薄木块，小车，细线，钩码，打点计时器，低压交流电源、导线、天平,(,带一套砝码,),，毫米刻度尺、纸带及复写纸等,三、实验步骤,1,用天平测出小车质量,m,，,并记录,2,按图安装实验器材，不挂,钩码，调整定滑轮的高度，,使细线与木板平行,3,平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫薄木块，并反复移动其位置，直到小车在斜面上匀速运动为止,4,加钩码,(,要使小车的质量远大于钩码的质量,),，把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器，接通电源放开小车，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带并标记使用的钩码质量,5,重复步骤,4,，打,2,3,条纸带,6,选一条点迹清晰的纸带分析数据,7.,将实验数据填在下表中，小车质量,m,_kg,，钩码质量,m,0,_kg,，细线拉力,F,m,0,g,_N.,8.,结论：恒力所做的功跟动能变化量之间的关系是恒力所做的功等于物体动能的变化,四、,注意事项,1,砝码的总质量要远小于小车的质量,2,平衡摩擦力时，不要加砝码，但应连着纸带且接通电源,3,小车所受的阻力,f,应包括小车受的摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力,4,小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源再放手,五、误差分析,1,实验的系统误差是细线对小车的拉力小于砝码的总重力,2,平衡摩擦力不彻底或平衡过了也造成误差,3,利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差,第六课时实验：验证机械能守恒定律,一、实验原理,只有重力做功的自由落体运动，机械能守恒，即重力势能的减少量等于动能的增加量如图所示，利用打点计时器在纸带上记录物体下落的高度,h,，计算出物体的瞬时速度,v,，便可求得重力势能的减少量,E,p,mgh,和物体动能的增加量 ，