2019版高考物理一轮复习 5.1 机械能课件.ppt

������
BC段
额
阻
做匀速直线运动
注意：在求解机车启动类问题时,要注意区别以恒定加速度启动达到的最 大速度v1和机车达到额定功率时所能达到的最大速度vmax.
考点2
动能定理的理解与应用
1.动能定理 (1)内容表述:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化. (2)表达式:W=Ek2-Ek1,W是外力所做的总功,Ek1、Ek2分别为物体的初、末状 1 1 2 2 态的动能.若物体的初、末速度分别为v1、v2,则Ek1= m������1 ,Ek2= m������2 . 2 2 (3)物理意义:动能定理揭示了外力对物体所做的总功与物体动能变化之间 的关系,即外力对物体做的总功,对应着物体动能的变化,变化的大小由做功 的多少来度量.公式中等号所表达的三层关系为: ①数量相等,即通过计算物体动能的变化,求合力做的功,进而求得某一力做 的功; ②单位相同,都是焦耳; ③因果关系,合外力做的功是物体动能变化的原因. 注意：动能定理的内涵并不是“功就是动能增量”,也不是“功转变成动能”,而 是“通过做功引起物体动能的变化”.
物理 专题六 机械能及其守恒
考点1 功和功率的理解及计算
考点2 动能定理的理解与应用
A.考点帮·知识全通关 考点3 机械能守恒定律的理解与应用
考点4 功能关系的理解与应用
考点5 实验:探究动能定理
考点6 实验:验证机械能守恒定律
考点1
功和功率的理解及计算
1 .功 (1)定义:物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,就说这个力对 物体做了功.表达式为W=Flcos α,α是力F与位移l方向的夹角. (2)功的正负:功是标量,但有正负之分,功的正负可用来判断是力对物体做功 还是物体克服力做功. 2.功率 (1)意义:描述力对物体做功快慢的物理量,是标量. (2)公式 ������ ①P= ,所求出的功率是时间t内的平均功率. ������ ②P=Fvcos α,其中α是F与v的夹角.若v取瞬时速度,则对应的P为瞬时功率; 若v取平均速度,则对应的P为平均功率. 注意：发动机的功率是指发动机的牵引力F的功率,而不是汽车所受合外力 的功率,因牵引力与速度同向,故有P=Fv.

2 mvC 则 N＋mg＝ ，解得 N＝30 N. R
由牛顿第三定律得滑块对轨道的压力 N′＝ N＝30 N， 方向竖直向上．
【答案】 见解析
高三一轮总复习 ·物理
【即学即用】 2 ． (2014· 厦门一中模拟 )在某电视台游乐节目“闯关” 中，选手需要借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上，如 图 5－ 4 所示．
图 5－5
高三一轮总复习 ·物理
A． A 球增加的机械能等于 B 球减少的机械能 B． A 球增加的重力势能等于 B 球减少的重力势能 C． A 球的最大速度为 2gR 3
8 D．细杆对 A 球做的功为 mgR 3
高三一轮总复习 ·物理
【技法攻略】
系统机械能守恒可以理解为是一种机械
能的转移， 此题的情境就是 A 球增加的机械能等于 B 球减少 的机械能， A 对， B 错； 根据机械能守恒定律： 2mg· 2R－mg· 2R 1 ＝ · 3mv2，所以 A 球的最大速度为 2 4gR ，C 错；根据功能 3
图1
高三一轮总复习 ·物理
A． 0～ t1 内拉力逐渐减小 B． 0～ t1 内拉力对物体做负功 C．在 t1～ t2 时间内拉力的功率为零 1 2 D．在 t1～ t2 时间内合外力做功为 mv1 2
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【解析】 由 v－ t 图象可知，0～t1 内斜率逐渐变小，物 体的加速度逐渐减小， 由牛顿第二定律知， 拉力逐渐减小； 0～ t1 内物体的速率一直增加，合力做功大于零，所以拉力对物 体一直做正功；t1～ t2 时间内，物体做匀速运动，拉力的功率 等于摩擦力的功率，但不等于零，合外力做功为零．只有 A 对．
【解析】
斜面光滑，故机械能守恒，但弹簧的弹力是

将一质量是 100 kg 的料车沿 30° 角的斜面由底端匀速地拉 到顶端，斜面长 L 是 4 m，若不计滑轮的质量和各处的摩擦 力，g 取 10 N/kg，则对这一过程下列说法哪些正确 ( A.人拉绳子的力做功为 1000 J B.人拉绳子的力做功为 2000 J C.料车的重力做功为 2000 J D.料车受到的合力对料车做的总 功为 0
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板块一
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高考一轮总复习 ·物理 （经典版）
2.功的计算方法 (1)恒力做功
(2)变力做功 1 2 1 2 ①用动能定理：W＝ mv2－ mv1； 2 2 ②当变力的功率 P 一定时，可用 W＝Pt 求功，如机车 以恒定功率启动时；
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高考一轮总复习 ·物理 （经典版）Biblioteka 【知识点 2】功率
Ⅱ
比值 。 1.定义：功与完成这些功所用时间的 做功的快慢 。 物理意义：描述力对物体
2.公式 W (1)P＝ ，P 为时间 t 内的 t
平均功率
。
(2)P＝Fvcosα(α 为 F 与 v 的夹角) 平均功率 ①v 为平均速度，则 P 为 ②v 为瞬时速度，则 P 为
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(3)总功的计算 ①先求物体所受的合力，再求合力的功； ②先求每个力做的功，再求各功的代数和； ③动能定理。
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例1
(多选)如图所示，轻绳一端受到大小为 F 的水平

强，涉及的知识面广，对考生的综合分析能力要求较
高.平时要加强综合题的练习，学会将复杂的物理过程
分解为若干个子过程，分析每一个过程中功与能量转
化的关系，建立好相关的物理模型，灵活运用物理规
律求解.
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1.(2014 全国卷Ⅱ)一物体静止在粗糙水平地面上.
现用一大小为 F1 的水平拉力拉动物体，经过一段时间 后其速度变为 v.若将水平拉力的大小改为 F2，物体从 静止开始经过同样的时间后速度变为 2v.对于上述两
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3
运用能量的观点分析解决有关问题时，可以不涉
及过程中力的作用以及运动细节，关心的只是过程中
的能量转化的关系和过程的始末状态，这往往更能把
握住问题的实质，使解决问题的思路变得简捷，并且
能解决一些用牛顿定律无法解决的问题.
功和能的关系、能量的转化和守恒，往往出现在
高考的压轴题中.题中的物理过程较复杂，综合性较
每次离开床面做竖直上抛运动的腾空时间均为Δt＝
2.0 s，设运动员每次落下使床面压缩的最大深度均为
x1.取重力加速度
g＝10
m/s2，忽略空气阻力的影响. MM.DD.20XX
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(1)求常量 k，并在图中画出弹力 F 随 x 变化的示 意图；
(2)求在比赛动作中，运动员离开床面后上升的最 大高度 hm；
(3)借助 F－x 图象可以确定弹力做功的规律，在 此基础上，求 x1 和 W 的值.
定律、功的计算公式解题.根据 x＝v＋2v0t 得，两过程 的位移关系 x1＝12x2，根据加速度的定义 a＝v－t v0，得
两过程的加速度关系为 a1＝a22.由于在相同的粗糙水平 地面上运动，故两过程的摩擦力大小相等，即 f1＝f2 ＝f，根据牛顿第二定律 F－f＝ma 得，F1－f1＝ma1，

今日提醒
1．误认为“斜面对物体的支持力始终不做功”，不能正确 理解 W＝Flcos α 中“l”的意义。 2．误认为“一对作用力与反作用力做功之和一定为零”。 3． 在机车启动类问题中将“匀加速最后点速度”与“最大 速度”混淆。 4． 将机械能守恒条件中“只有重力做功”误认为“只受重 力作用”。 5． 在应用 Ff· x 相对＝ΔE 内时， 误认为“x 相对”是对地的位移某一初速度向上滑出， 恰好可以到达斜面顶端，则根据动能定理可得－ mg· 3Lsin θ 1 －(μ1mgcos θ· L＋μ2mgcos θ· L＋μ3mgcos θ· L)＝0－ mv02，与 2 排列顺序无关，故 6 种情况下滑块的初速度大小相同，A 项 正确； 在最高点要想向下运动， 则必须满足 mgsin θ＞μmgcos 3 θ，即 μ＜tan θ＝ ，故 3 在最上边不能向下运动，排除 1、 3 2、3 和 2、1、3 两种情况，滑块能够返回的情况有 4 种，对 于 1、 3、 2 情况中由于 2mgLsin 30° ＜μ2mgLcos 30° ＋μ3mgLcos
今日训练
解析：由 vt 图像斜率的意义得，0～2 s 物体加速度大小为 a1 Δv1 Δv2 2, ＝ ＝5 m/s 2～4 s 内加速度大小为 a2＝ ＝1 m/s2，设滑动 Δ t1 Δ t2 摩擦力为 Ff，由牛顿第二定律得 F＋Ff＝ma1，F－Ff＝ma2，解 之得 F＝60 N，Ff＝40 N，A 项错误；4 s 时拉力的功率 P＝Fv ＝120 W，B 项正确；4 s 内拉力所做功为 WF＝－Fx1＋Fx2＝－ 1 1 60× ×2×10 J＋60× ×2×2 J＝－480 J，C 项错误；4 s 内物 2 2 体克服摩擦力做功 WFf＝Ffx1＋Ffx2＝480 J，D 项错误。

实验：验证机械能守恒定律
3. 通过打点计时器在纸带上打出一系列的点 ，记录重锤下落的运动情况。
4. 测量并记录重锤的质量、下落高度、速度 等数据。
5. 分析实验数据，计算动能和重力势能的变 化量，验证机械能是否守恒。
拓展：非惯性参照系下机械能守恒问题探讨
拓展内容
在非惯性参照系下，物体的机械能是否仍然守恒是一个值得探讨的问题。通过引入虚拟力 或惯性力的概念，可以分析物体在非惯性参照系下的受力情况和机械能变化。
02
横波与纵波：质点的振动方向 与波的传播方向垂直的波称为 横波；质点的振动方向与波的 传播方向在同一直线上的波称 为纵波。
03
波速、波长与频率的关系：波 速=波长×频率。
04
波的干涉与衍射：当两列波的 频率相同、相位差恒定、振动 方向相同时，会产生干涉现象 ；波在传播过程中遇到障碍物 或小孔时，会绕过障碍物或小 孔继续传播的现象称为波的衍 射。
时，其势能减小而动能增加；当行星远离恒星时，其势能增加而动能减
小。这种转化遵循能量守恒定律。
天体运动中的机械能守恒定律应用
机械能守恒定律
在只有重力做功的情况下，物体的动能和势能之和保持不变。即机械能守恒。
天体运动中的应用
在天体运动中，由于万有引力的作用，物体的动能和势能会发生变化，但它们的总和保持不变。因此，可以利用 机械能守恒定律来解决天体运动中的问题。例如，通过计算行星在不同位置的动能和势能之和，可以确定其轨道 参数和运动状态。
物体由于运动或位置而具有的能 量，包括动能和势能。
机械能分类
动能和势能是机械能的两种基本 形式。
动能与势能关系
01
02
03
动能定义
物体由于运动而具有的能 量，与物体的质量和速度 平方成正比。

答案：AD
角度 2 常见的功能关系 (1)合外力做功与动能的关系：W 合＝ΔEk. (2)重力做功与重力势能的关系：WG＝－ΔEp. (3)弹力做功与弹性势能的关系：W 弹＝－ΔEp. (4)除重力(或系统内弹力)以外其他力做功与机械能的关系：W 其他＝ΔE 机． (5)克服滑动摩擦力做功与内能的关系：Ffl 相对＝ΔE 内．
有能量的转化 一对滑动摩擦力所做 功的代数和不为零， 总功W＝－Ff·x相对，即
摩擦时产生的热量
相 正功、负 同 功、不做功 点 方面
两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以 不做功
3.求解相对滑动物体的能量问题的方法 (1)正确分析物体的运动过程，做好受力情况分析． (2)利用运动学公式，结合牛顿第二定律分析物体的速度关系及 位移关系．
【答案】 ABC
【变式训练】 (多选)如图所示，轻质弹簧上端固定，端系 一物体．物体在A处时，弹簧处于原长状态．现用手托住物体使它 从A处缓慢下降，到达B处时，手和物体自然分开．此过程中，物 体克服手的支持力所做的功为W，不考虑空气阻力．关于此过程， 下列说法正确的有( )
A．物体重力势能减小量一定大于W B．弹簧弹性势能增加量一定小于W C．物体与弹簧组成的系统机械能增加量为W D．若将物体从A处由静止释放，则物体到达 B处时的动能为W
解析：由动能定理可知，ΔEk＝1 900 J－100 J＝1 800 J，故 A、 B 均错．重力势能的减少量等于重力做的功，故 C 正确、D 错．
答案：C
方法技巧 功能关系的应用技巧 运用功能关系解题时，应弄清楚重力或弹力做什么功，合外 力做什么功，除重力、弹力外的力做什么功，从而判断重力势能 或弹性势能、动能、机械能的变化． (1)应弄清功与能的一一对应关系． (2)有的力做功时，相应的能增加，有的力做功时，相应的能 减少，应注意区分.

解析：小铁块 A 和 B 在下滑过程中，只有重力做功， 机械能守恒，由 mgH＝12mv2 得 v＝ 2gH，所以 A 和 B 到达底部时速率相等，故 C、D 均正确；由于 A 和 B 的质量不同，所以下滑过程中重力所做的功不相等，到 达底部时的动能也不相等，故 A、B 错误。 答案：CD
经典题型探究 题型一 机械能守恒条件的理解
联立，可解得 FN＝14 N 由牛顿第三定律知小球对轨道作用力大小 FN′＝FN＝ 14 N，方向竖直向上．
答案 (1)8m/s (2)14 N 方向竖直向上
题型五 能的转化和机械能守恒定律的应用 【例 5】如图所示，某人乘雪橇从雪坡经 A 点滑至 B 点，接着沿水 平路面滑至 C 点停止，人与雪橇的总质量为 70 kg，表中记录了沿 坡滑下过程中的有关数据，请根据 图表中的数据解决下列问题：
2．利用机械能守恒定律解题的一般思路 (1)选取研究对象——物体或系统． (2)根据研究对象所经历的物理过程，进行受力、做功分析， 判断机械能是否守恒． (3)恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的初、末态 时的机械能． (4)选取方便的机械能守恒定律的方程形式(Ek2＋Ep2＝Ek1＋ Ep1、ΔEp＝－ΔEk 或ΔEA＝－ΔEB)进行求解．
【自主检测】
1．关于机械能是否守恒，下列说法正确的是
()
A．做匀速直线运动的物体机械能一定守恒
B．做匀速圆周运动的物体机械能一定守恒
C．做变速运动的物体机械能可能守恒
D．合力对物体做功不为零，机械能一定不守恒
解析：做匀速直线运动的物体与做匀速圆周运动的物体，
如果是在竖直平面内则机械能不守恒，A、B错误；合 力做功不为零，机械能可能守恒，D错误，C正确。 答案：C

考法2 一对作平桌面上向右滑动，滑动的路程为s，桌面 对木块有向左的滑动摩擦力，大小为Ff，木块对桌 面有向右的滑动摩擦力，大小也为Ff.分析摩擦力做
功情况．
例2
【解析】
在桌面参考系中，由于木块在所受滑动摩擦力的反方向
上有位移，所以滑动摩擦力对木块做的功为－Ffs；由于
考点15
功和功率
1．功
必备知识
全面把握
(1)功的意义：功是力的空间积累效应，是反映能量 转化量度的物理量． (2)功的大小：功的两个必要因素：作用在物体上的 力和物体在力的方向上的位移．力对物体所做的功，公 式表示为W＝Fscos α.其中F是恒力，α是F与s方向间 的夹角． (3)正功和负功 ①当0≤α< 90°时，cos α>0，W>0，力对物体做正 功．正功的意义是：力对物体做功，向物体提供能量， 即受力物体获得了能量．此时力对物体的运动有推动作 用．
2．利用功与能量的关系分析
例2
如图所示，小物块位于光滑斜面上，斜面位于光滑 水平地面上，在小物块沿斜面下滑的过程中，斜面 对小物块的作用力( )
A．垂直于接触面，做功为零 B．垂直于接触面，做功不为零 C．不垂直于接触面，做功为零
例2
【解析】
物块位于光滑斜面上，受到斜面的支持力，根据弹
力方向的定义，可得斜面对小物块的支持力垂直于 接触面．物块从斜面上滑下，减少的重力势能转化 为物块的动能和斜面的动能，物块的机械能减少， 说明有外力对它做功，所以斜面对物块的支持力做 功，B正确．
(4)实际力做功、合力功和总功 ①实际力做功：当 F、s、α 确定后，某个力 F 对物体做的功有确定的值，与物体的运动 形式(无论是匀速还是变速)无关，也与物体同时受到的其他力无关．