【高考快递】解 密06 机械能及其守恒定律-备战2020年高考物理之高频考点解 密 Word版含解析
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高中物理机械能及守恒定律专题及解析高中物理机械能及守恒定律专题及解析一、机械能的概念及计算公式机械能是指一个物体同时具有动能和势能的能量,它是物体运动时的总能量。
机械能可以通过以下公式计算:机械能 = 动能 + 势能其中,动能的公式为:动能 = 1/2 ×质量 ×速度²势能的公式为:势能 = 质量 ×重力加速度 ×高度二、机械能守恒定律的表述及应用机械能守恒定律指的是,在一个封闭系统中,如果只有重力做功,没有其他非保守力做功,那么该系统的机械能守恒,即机械能的总量不会发生变化。
这一定律可以通过以下实验进行验证:将一个小球从一定高度上自由落下,当小球下落到一定高度时,用一个弹性绳接住小球,使其反弹上升,然后再次自由下落。
实验结果表明,当小球反弹的高度恰好等于初始下落高度时,机械能守恒定律成立。
在实际应用中,机械能守恒定律常常用于解决与能量转换和效率有关的问题。
例如,我们可以利用机械能守恒定律计算斜面上物体的滑动速度或滑动距离,来评估机械装置的效率。
此外,机械能守恒定律还可以用于解决弹簧振子、单摆等周期性运动问题。
三、机械能守恒定律的应用实例分析1. 斜面上物体滑动问题假设一个物体从斜面的顶端自由滑下,忽略空气阻力和摩擦力,那么当物体滑到斜面的底端时,动能和势能的变化可以用机械能守恒定律来表达。
设物体的质量为m,斜面的高度差为h,斜面的倾角为θ。
假设物体在斜面上的速度为v,那么动能和势能的变化可以表示为:动能的变化:ΔK = K(终) - K(始) = 1/2 × m × v² - 0 = 1/2 × m ×v²势能的变化:ΔU = U(终) - U(始) = m × g × h × sinθ - 0 = m × g× h × sinθ根据机械能守恒定律,动能的变化等于势能的变化,即:1/2 × m × v² = m × g × h × sinθ通过求解上述方程,可以得到物体在斜面上的滑动速度v的数值。
机械能及其守恒定律知识集结知识元功和各种力做功的特点知识讲解1.功的概念:一个物体受到力的作用,并且在力的方向上发生了一段位移,这个力就对物体做了功.(1)做功的必不可少的条件:物体受到了力并且在力的方向上发生了位移.(2)功有正功、负功和零功之分,但是功不是矢量,是标量.(3)位移一般指的是物体相对于地面的位移.2.功的计算:(1)一般公式:W=Flcosα(F是力的大小,l是位移的大小,α是力F与位移l的夹角).①当力与位移之间夹角不为零时,可以理解为:Fc osα是力在位移方向上的投影或lc osα是位移在力方向上的投影.②W=Flc osα只能用来计算恒力做的功,如果要求变力做的功只有通过将变力转化为恒力,再用W=Flc osα计算.(2)计算多个力的合力做的功时,如果合力是恒力时可以先求出合力,再根据W总=Flcosα求合力做的功;也可以分别计算各个分力所做的功W1、W2…W n,再根据W总=W1+W2+…+W n求这些功的代数和.3.判断正、负功的方法当0°≤α<90°时,力对物体做正功;当90°<α≤180°时,力对物体做负功;当α=90°时,力对物体不做功.其中α为力与速度的夹角4.各种力做功的特点(1)与势能相关联的力,比如重力、弹簧的弹力以及电场力等,它们做的功与路径无关,只与位移有关或者说只与始末点的位置有关.例如:重力做的功只与初末位置的高度差有关,与运动路径无关.(2)滑动摩擦力、空气阻力等,在曲线运动或往返运动时,当力的大小不变,方向始终与运动方向相同或相反时,力所做的功等于力和路程的乘积(方向相同时做功为正,相反时做功为负).(3)弹力:接触面间的弹力与接触面垂直,但是弹力也有可能做功,计算方法与一般力的计算方法相同.(4)摩擦力:做功与物体的运动特点有关,可以为正,也可以为负.当做正功时,摩擦力是动力;做负功时,摩擦力是阻力.一对静摩擦力所做的总功为零;一对滑动摩擦力所做的总功是负值,其绝对值等于滑动摩擦力与相对位移大小的乘积,恰好是系统由于摩擦力做功而损失的机械能.(5)作用力与反作用力:二者做功与物体的具体运动有关,二者做功没有必然的联系.(6)电场力:与重力做功类似,只与初末位置的电势差有关,与路径无关.(7)洛仑兹力:始终不做功.例题精讲功和各种力做功的特点例1.如图所示,a、b两不可伸长的细绳一端系着质量为m的小球,另一端系在竖直放置的圆环上,小球位于圆环的中心,开始时绳a水平,绳b倾斜,现将圆环在竖直平面内顺时针缓慢地向右滚动至绳a竖直,在此过程中()A.a上的拉力对小球做正功,b上的拉力对小球做负功B.a上的拉力逐渐增大,b上的拉力逐渐减小C.a上的拉力先增大后减小,b上的拉力逐渐减小D.a上的拉力先减小后增大,b上的拉力逐渐增大例2.在光滑水平面上有一质点处于静止状态,现施加一水平力F,力F随时间t按如图所示的余弦函数变化,则下列说法正确的是()A.在0〜4s内,力F做功为零B.第2s末,质点的加速度最大C.第4s末,质点的速度最大D.在2s〜4s内,质点做加速运动例3.如图所示,质量为m的物体置于倾角为θ的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,在外力作用下,斜面以加速度a沿水平方向向左做匀加速运动,运动中物体m与斜面体始终相对静止。
高考物理机械能守恒知识点解析在高考物理中,机械能守恒定律是一个非常重要的知识点,理解和掌握它对于解决相关问题至关重要。
接下来,让我们一起深入探讨机械能守恒的相关内容。
一、机械能守恒定律的基本概念机械能包括动能和势能。
动能是物体由于运动而具有的能量,其大小与物体的质量和速度有关,表达式为$E_{k} =\frac{1}{2}mv^{2}$,其中$m$是物体的质量,$v$是物体的速度。
势能又分为重力势能和弹性势能。
重力势能是物体由于被举高而具有的能量,其大小与物体的质量、高度以及重力加速度有关,表达式为$E_{p} = mgh$,其中$h$是物体相对参考平面的高度。
弹性势能则是物体由于发生弹性形变而具有的能量,常见于弹簧的拉伸或压缩。
机械能守恒定律指的是在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
二、机械能守恒定律的条件机械能守恒定律成立需要满足两个条件:一是只有重力或弹力做功。
这意味着其他力(如摩擦力、拉力等)不做功,或者做功的代数和为零。
二是系统内没有机械能与其他形式能的转化。
例如,没有内能的产生、没有电能的转化等。
需要注意的是,“只有重力或弹力做功”并不意味着物体只受重力或弹力作用。
物体可以受到其他力,但只要这些力不做功或者做功的代数和为零,机械能仍然守恒。
三、机械能守恒定律的表达式机械能守恒定律常见的表达式有以下三种:1、初态的机械能等于末态的机械能,即$E_{初} = E_{末}$,具体可写为$E_{k1} + E_{p1} = E_{k2} + E_{p2}$。
2、动能的增加量等于势能的减少量,即$\Delta E_{k} =\DeltaE_{p}$。
3、系统减少(或增加)的势能等于系统增加(或减少)的动能,即$\Delta E_{p} =\Delta E_{k}$。
四、机械能守恒定律的应用机械能守恒定律在解决物理问题中有着广泛的应用,下面通过一些具体的例子来进行说明。
高中物理专题机械能及其守恒定律考点归纳第一节功和功率【基本概念、规律】一、功1.做功的两个必要条件:力和物体在力的方向上发生的位移.2.公式:W=Fl cos_α.适用于恒力做功.其中α为F、l方向间夹角,l为物体对地的位移.3.功的正负判断(1)α<90°,力对物体做正功.(2)α>90°,力对物体做负功,或说物体克服该力做功.(3)α=90°,力对物体不做功.特别提示:功是标量,比较做功多少看功的绝对值.二、功率1.定义:功与完成这些功所用时间的比值.2.物理意义:描述力对物体做功的快慢.3.公式(1)定义式:P=t(W),P为时间t内的平均功率.(2)推论式:P=Fv cos_α.(α为F与v的夹角)【重要考点归纳】考点一恒力做功的计算1.恒力做的功直接用W=Fl cos α计算.不论物体做直线运动还是曲线运动,上式均适用.2.合外力做的功方法一:先求合外力F合,再用W合=F合l cos α求功.适用于F合为恒力的过程.方法二:先求各个力做的功W1、W2、W3…,再应用W合=W1+W2+W3+…求合外力做的功.3.(1)在求力做功时,首先要区分是求某个力的功还是合力的功,是求恒力的功还是变力的功.(2)恒力做功与物体的实际路径无关,等于力与物体在力方向上的位移的乘积,或等于位移与在位移方向上的力的乘积.考点二功率的计算1.平均功率的计算:2.瞬时功率的计算:利用公式P=F·v cos α,其中v为t时刻的瞬时速度.注意:对于α变化的不能用P=Fv cos α计算平均功率.3.计算功率的基本思路:(1)首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率,对应于某一过程的功率为平均功率,对应于某一时刻的功率为瞬时功率.(2)求瞬时功率时,如果F与v不同向,可用力F乘以F方向的分速度,或速度v乘以速度v方向的分力求解.考点三机车启动问题的分析1.两种启动方式的比较2.三个重要关系式(3)机车以恒定功率运行时,牵引力做的功W=Pt.由动能定理:Pt-F阻x=ΔE k.此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小.3.分析机车启动问题时的注意事项(1)在用公式P=Fv计算机车的功率时,F是指机车的牵引力而不是机车所受到的合力.(2)恒定功率下的加速一定不是匀加速,这种加速过程发动机做的功可用W=Pt计算,不能用W=Fl计算(因为F是变力).(3)以恒定牵引力加速时的功率一定不恒定,这种加速过程发动机做的功常用W=Fl计算,不能用W=Pt计算(因为功率P 是变化的).【思想方法与技巧】变力做功的求解方法一、动能定理法动能定理既适用于直线运动,也适用于曲线运动,既适用于求恒力功也适用于求变力功.因使用动能定理可由动能的变化来求功,所以动能定理是求变力做功的首选.二、平均力法三、微元法当物体在变力的作用下做曲线运动时,若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角不变,可将曲线分成无限个小元段,每一小元段可认为恒力做功,总功即为各个小元段做功的代数和.通过微元法不难得到,在往返的运动中,摩擦力、空气阻力做的功,其大小等于力和路程的乘积.四、等效转换法若某一变力的功和某一恒力的功相等,即效果相同,则可以通过计算该恒力做的功,求出该变力做的功,从而使问题变得简单,也就是说通过关联点,将变力做功转化为恒力做功,这种方法称为等效转换法.五、图象法由于功W=Fx,则在F-x图象中图线和x轴所围图形的面积表示F做的功.在x轴上方的“面积”表示正功,x轴下方的“面积”表示负功.六、用W=Pt计算机车以恒定功率P行驶的过程,随速度增加牵引力不断减小,此时牵引力所做的功不能用W=Fx来计算,但因功率恒定,可以用W=Pt计算.第二节动能动能定理【基本概念、规律】一、动能1.定义:物体由于运动而具有的能.二、动能定理1.内容:力在一个过程中对物体做的功,等于物体在这个过程中动能的变化.3.适用范围(1)动能定理既适用于直线运动,也适用于曲线运动.(2)既适用于恒力做功,也适用于变力做功.(3)力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以不同时作用.【重要考点归纳】考点一动能定理及其应用1.对动能定理的理解(1)动能定理公式中等号表明了合外力做功与物体动能的变化间的两个关系:①数量关系:即合外力所做的功与物体动能的变化具有等量代换关系.②因果关系:合外力的功是引起物体动能变化的原因.(2)动能定理中涉及的物理量有F、l、m、v、W、E k等,在处理含有上述物理量的问题时,优先考虑使用动能定理.2.运用动能定理需注意的问题(1)应用动能定理解题时,不必深究物体运动过程中状态变化的细节,只需考虑整个过程的功及过程初末的动能.(2)若过程包含了几个运动性质不同的分过程,既可分段考虑,也可整个过程考虑.但求功时,有些力不是全过程都作用的,必须根据不同的情况分别对待求出总功,计算时要把各力的功连同正负号一同代入公式.3.应用动能定理解题的基本思路(1)选取研究对象,明确它的运动过程;(2)分析研究对象的受力情况和各力的做功情况:些力(受哪)→否做功(各力是)→是负功(做正功还)→少功(做多)→的代数和(各力做功)(3)明确研究对象在过程的初末状态的动能E k1和E k2;(4)列动能定理的方程W合=Ek2-Ek1及其他必要的解题方程,进行求解.考点二动能定理与图象结合问题解决物理图象问题的基本步骤1.观察题目给出的图象,弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义.2.根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式.3.将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比,找出图线的斜率、截距、图线的交点,图线下的面积所对应的物理意义,分析解答问题.或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物理量.4.解决这类问题首先要分清图象的类型.若是F-x图象,则图象与坐标轴围成的图形的面积表示做的功;若是v-t图象,可提取的信息有:加速度(与F合对应)、速度(与动能对应)、位移(与做功距离对应)等,然后结合动能定理求解.考点三利用动能定理求解往复运动解决物体的往复运动问题,应优先考虑应用动能定理,注意应用下列几种力的做功特点:1.重力、电场力或恒力做的功取决于物体的初、末位置,与路径无关;2.大小恒定的阻力或摩擦力的功等于力的大小与路程的乘积.【思想方法与技巧】涉及多个原型的力学综合题1.涉及多个原型的试题,一般都属于多过程或多状态问题,正确划分过程或确定研究状态是解题的前提,找出各子过程间的联系是解题的关键,确定遵守的规律是解题的核心.。
专题6.3 机械能守恒定律【考纲解读与考频分析】机械能守恒定律是II 级要求,高考考查频繁。
【高频考点定位】: 机械能守恒定律考点一:机械能守恒定律 【3年真题链接】1. (2018年11月浙江选考物理)奥运会比赛项目撑杆跳高如图所示,下列说法不正确...的是( )A. 加速助跑过程中,运动员的动能增加B. 起跳上升过程中,杆的弹性势能一直增加C. 起跳上升过程中,运动员的重力势能增加D. 越过横杆后下落过程中,运动员的重力势能减少动能增加 【参考答案】.B【名师解析】起跳上升过程中,杆的形变逐渐减小,杆的弹性势能转化为运动员的重力势能,杆的弹性势能一直减小,选项B 说法不正确。
2.(2015·新课标全国Ⅱ,21)如图,滑块a 、b 的质量均为m ,a 套在固定竖直杆上,与光滑水平地面相距h ,b 放在地面上,a 、b 通过铰链用刚性轻杆连接,由静止开始运动,不计摩擦,a 、b 可视为质点,重力加速度大小为g 。
则( )第5题图A .a 落地前,轻杆对b 一直做正功B .a 落地时速度大小为2ghC .a 下落过程中,其加速度大小始终不大于gD .a 落地前,当a 的机械能最小时,b 对地面的压力大小为mg 【参考答案】BD【名师解析】滑块b 的初速度为零,末速度也为零,所以轻杆对b 先做正功,后做负功,选项A 错误;以滑块a 、b 及轻杆为研究对象,系统的机械能守恒,当a 刚落地时,b 的速度为零,则mgh =12mv 2a +0,即v a =2gh ,选项B 正确;a 、b 的先后受力如图所示。
由a 的受力图可知,a 下落过程中,其加速度大小先小于g 后大于g ,选项C 错误;当a 落地前b 的加速度为零(即轻杆对b 的作用力为零)时,b 的机械能最大,a 的机械能最小,这时b 受重力、支持力,且F N b =mg ,由牛顿第三定律可知,b 对地面的压力大小为mg ,选项D 正确。
高考物理高频考点及解析高考物理作为一门重要的学科,涵盖了众多的知识点。
其中一些考点在历年高考中频繁出现,理解和掌握这些高频考点对于取得优异的物理成绩至关重要。
接下来,让我们一起深入探讨这些高频考点及其解析。
一、牛顿运动定律牛顿运动定律是力学的基础,也是高考物理中的常客。
牛顿第一定律指出,物体在不受外力作用时,将保持静止或匀速直线运动状态。
这一定律揭示了力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因。
牛顿第二定律F=ma 则定量地描述了力、质量和加速度之间的关系。
在解题时,要明确受力情况,求出合力,进而得出加速度,再分析物体的运动状态。
牛顿第三定律表明,两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。
在实际考题中,常常会结合具体的情境,如物体在粗糙平面上的运动、连接体问题等,考查对牛顿运动定律的综合运用。
二、机械能守恒定律机械能守恒定律是能量守恒定律在机械运动中的具体表现。
机械能包括动能和势能(重力势能、弹性势能)。
在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
例如,物体自由下落过程中,重力势能减小,动能增加,但机械能总量不变。
解决机械能守恒问题,关键是要确定系统内是否只有重力或弹力做功,然后根据初末状态的机械能相等来列式求解。
三、电场电场是电学中的重要概念,高考中经常出现相关考点。
电场强度是描述电场强弱的物理量,其定义为放入电场中某点的电荷所受的电场力 F 与电荷量 q 的比值。
电场线用于形象地描述电场的分布,电场线的疏密表示电场强度的大小,电场线的切线方向表示电场强度的方向。
常见的电场有匀强电场和点电荷的电场。
在匀强电场中,电场强度处处相等;点电荷形成的电场,电场强度的大小与距离点电荷的距离的平方成反比。
在解题时,要善于利用电场线和电场强度的相关知识,分析带电粒子在电场中的运动情况。
四、电路电路部分包括欧姆定律、电阻定律、闭合电路欧姆定律等重要内容。
高中物理专题机械能及其守恒定律考点归纳第三节机械能守恒定律【基本概念、规律】一、重力势能1.定义:物体的重力势能等于它所受重力与高度的乘积.2.公式:E p=mgh.3.矢标性:重力势能是标量,正负表示其大小.4.特点(1)系统性:重力势能是地球和物体共有的.(2)相对性:重力势能的大小与参考平面的选取有关.重力势能的变化是绝对的,与参考平面的选取无关.5.重力做功与重力势能变化的关系重力做正功时,重力势能减小;重力做负功时,重力势能增大;重力做多少正(负)功,重力势能就减小(增大)多少,即WG=E p1-E p2.二、弹性势能1.定义:物体由于发生弹性形变而具有的能.2.大小:弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关,弹簧的形变量越大,劲度系数越大,弹簧的弹性势能越大.3.弹力做功与弹性势能变化的关系弹力做正功,弹性势能减小;弹力做负功,弹性势能增大.三、机械能守恒定律1.内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变.2.表达式(1)守恒观点:E k1+E p1=E k2+E p2(要选零势能参考平面).(2)转化观点:ΔE k=-ΔE p(不用选零势能参考平面).(3)转移观点:ΔEA增=ΔEB减(不用选零势能参考平面).3.机械能守恒的条件只有重力(或弹力)做功或虽有其他外力做功但其他力做功的代数和为零.【重要考点归纳】考点一机械能守恒的判断方法1.利用机械能的定义判断(直接判断):分析动能和势能的和是否变化.2.用做功判断:若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功,或有其他力做功,但其他力做功的代数和为零,则机械能守恒.3.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.4.(1)机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零,更不是合外力为零;“只有重力做功”不等于“只受重力作用”.(2)分析机械能是否守恒时,必须明确要研究的系统.(3)只要涉及滑动摩擦力做功,机械能一定不守恒.对于一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等情况,除非题目特别说明,否则机械能必定不守恒.考点二机械能守恒定律及应用1.三种表达式的选择如果系统(除地球外)只有一个物体,用守恒观点列方程较方便;对于由两个或两个以上物体组成的系统,用转化或转移的观点列方程较简便.2.应用机械能守恒定律解题的一般步骤(2)分析受力情况和各力做功情况,确定是否符合机械能守恒条件.(3)确定初末状态的机械能或运动过程中物体机械能的转化情况.(4)选择合适的表达式列出方程,进行求解.(5)对计算结果进行必要的讨论和说明.3.(1)应用机械能守恒定律解题时,要正确选择系统和过程.(2)对于通过绳或杆连接的多个物体组成的系统,注意找物体间的速度关系和高度变化关系.(3)链条、液柱类不能看做质点的物体,要按重心位置确定高度.【思想方法与技巧】机械能守恒定律和动能定理的综合应用1.在求解多个物体组成的系统的内力做功时,一般先对系统应用机械能守恒定律,再对其中的一个物体应用动能定理.2.对通过细线(细杆)连接的物体系统,细线(细杆)对两物体做的功大小相等、符号相反,即对系统做的总功为零,其效果是使机械能在系统内发生转移.第四节功能关系能量守恒【基本概念、规律】一、功能关系1.功是能量转化的量度,即做了多少功就有多少能量发生了转化.2.几种常见的功能关系二、能量守恒定律1.内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变.2.表达式:(1)E1=E2.(2)ΔE减=ΔE增.【重要考点归纳】考点一功能关系的应用1.若涉及总功(合外力的功),用动能定理分析.2.若涉及重力势能的变化,用重力做功与重力势能变化的关系分析.3.若涉及弹性势能的变化,用弹力做功与弹性势能变化的关系分析.4.若涉及电势能的变化,用电场力做功与电势能变化的关系分析.5.若涉及机械能变化,用其他力(除重力和系统内弹力之外)做功与机械能变化的关系分析.6.若涉及摩擦生热,用滑动摩擦力做功与内能变化的关系分析.考点二摩擦力做功的特点及应用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:①机械能全部转化为内能;②有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移,另外一部分转化为内能.(3)摩擦生热的计算:Q=F f s相对.其中s相对为相互摩擦的两个物体间的相对路程.考点三能量守恒定律及应用列能量守恒定律方程的两条基本思路:1.某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量和增加量一定相等;2.某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等.3.能量转化问题的解题思路(1)当涉及摩擦力做功,机械能不守恒时,一般应用能的转化和守恒定律.(2)解题时,首先确定初末状态,然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少,哪种形式的能量增加,求出减少的能量总和ΔE减和增加的能量总和ΔE增,最后由ΔE减=ΔE增列式求解.【思想方法与技巧】传送带模型中的功能问题1.模型概述传送带模型典型的有水平和倾斜两种情况,涉及功能角度的问题主要有:求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等,常依据功能关系或能量守恒定律求解.2.传送带模型问题中的功能关系分析(1)功能关系分析:WF=ΔE k+ΔE p+Q.(2)对WF和Q的理解:①传送带的功:WF=Fx传;②产生的内能Q=F f s相对.3.传送带模型问题的分析流程4.(1)水平传送带:共速后不受摩擦力,不再有能量转化.倾斜传送带:共速后仍有静摩擦力,仍有能量转移.(2)滑动摩擦力做功,其他能量转化为内能,静摩擦力做功,不产生内能.功能观点在解决实际问题中的应用在新课程改革的形势下,高考命题加大了以生产、生活、科技为背景的试题比重,在实际问题中如何分析做功、分析能量的转化,是考生应具备的一种能力.一、在体育运动中的应用二、在生产科技中的应用。
核心考点考纲要求功和功率动能和动能定理重力做功与重力势能功能关系、机械能守恒定律及其应用ⅡⅡⅡⅡ考点1动能定理及其应用一、动能1、定义:物体由于运动而具有的能。
2、表达式:E k=12mv2,v是瞬时速度,动能的单位是焦耳(J)。
3、特点:动能是标量,是状态量。
p2kk pk2k1kcoscos=12ΔW FlWP FvtE mghE mvE E EW E E Eθα=====+=-=⎧⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎨⎪⎪⎩⎪⎧⎧⎪⎨⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩⎧⎨做功的两个要素公式:功正功和负功功的计算公式:基本概念功率额定功率和实际功率机重力势能:势能械弹性势能能机械能动能:及其机械能:守恒定律动能定理恒力做功、变力做功适用条件直线运动、曲线运动基本规律k1p1k2p2 k pp ΔΔΔΔΔΔΔΔA BGE E E EE EE EE EE E+=+=-=-=-→=-⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎧⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎩增减机械能守恒定律守恒条件:只有重力或系统内弹力做功能量守恒定律:重力做功与重力势能变化的关系4、对动能的理解:(1)相对性:选取不同的参考系,物体的速度不同,动能也不同,一般以地面为参考系。
(2)状态量:动能是表征物体运动状态的物理量,与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应。
(3)标量性:只有大小,没有方向;只有正值,没有负值。
(4)动能变化量:物体动能的变化是末动能与初动能之差,即,若ΔE k>0,表示物体的动能增加;若ΔE k<0,表示物体的动能减少。
(2)动能定理的表达式为标量式,不能在同一个方向上列多个动能定理方程。
二、动能定理1、推导过程:设某物体的质量为m,在与运动方向相同的恒力F作用下,发生一段位移l,速度由v1增大到v2,如图所示。
2、内容:力在一个过程中对物体做的功,等于物体在这个过程中动能的变化,这个结论叫做动能定理。
3、表达式:W=E k2-E k1=12mv22-12mv12。
说明:①式中W为合外力的功,它等于各力做功的代数和。
②如果合外力做正功,物体的动能增大;如果合外力做负功,物体的动能减少。
4、适用范围。
动能定理的研究对象一般为单一物体,或者可以看成单一物体的物体系。
动能定理即适用于直线运动,也适用于曲线运动;即适用于恒力做功,也适用于变力做功。
力可以是各种性质的力,既可以是同时作用,也可以分段作用。
5、物理意义(1)动能定理实际上是一个质点的功能关系,即合外力对物体所做的功是物体动能变化的量度,动能变化的大小由合外力对物体所做的功的多少来决定。
(2)动能定理实质上说明了功和能之间的密切关系,即做功的过程也就是能量转化的过程。
6、应用动能定理解题的方法技巧(1)对物体进行正确的受力分析,要考虑物体所受的所有外力,包括重力。
(2)有些力在物体运动的全过程中不是始终存在的,若物体运动的全过程包含几个不同的物理过程,物体的运动状态、受力等情况均可能发生变化,则在考虑外力做功时,必须根据不同情况分别对待。
(3)若物体运动的全过程包含几个不同的物理过程,解题时可以分段考虑,也可以全过程为一整体,利用动能定理解题,用后者往往更为简捷。
三、动能定理的应用1、应用动能定理的流程2、应用动能定理的注意事项(1)动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的,一般以地面或相对地面静止的物体为参考系。
(2)应用动能定理的关键在于分析研究对象的受力情况及运动情况,可以画出运动过程的草图,借助草图理解物理过程之间的关系。
(3)当物体的运动包含多个不同过程时,可分段应用动能定理求解;当所求解的问题不涉及中间的速度时,也可以全过程应用动能定理,这样更简捷。
(4)列动能定理方程时,必须明确各力做功的正、负,确实难以判断的先假定为正功,最后根据结果加以检验。
3、应用动能定理求解物体运动的总路程对于物体往复运动的情况,物体所受的滑动摩擦力、空气阻力等大小不变,方向发生变化,但在每一段上这类力均做负功,而且这类力所做的功等于力和路程的乘积,与位移无关。
如果已知物体运动过程初、末状态的动能,则可利用动能定理求解物体运动的总路程。
4、应用动能定理解决相关联物体的运动问题对于用绳子连接的物体,在处理时要注意物体的速度与绳子的速度的关系,需要弄清合运动和分运动的关系,能够合理利用运动的合成与分解的知识确定物体运动的速度。
5、动能定理的图象问题(1)解决物理图象问题的基本步骤①观察题目给出的图象,弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所代表的物理意义。
②根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式。
③将推导出的物理规律与数学上与之对应的标准函数关系式相比,找出图线的斜率、截距、图线的交点、图线下的面积所对应的物理意义,分析解答问题。
(2)四类图线与坐标轴所围面积的含义①v-t图线:由公式x=vt可知,v-t图线与横坐标轴围成的面积表示物体的位移。
②a-t图线:由公式Δv=at可知,a-t图线与横坐标轴围成的面积表示物体速度的变化量。
③F-s图线:由公式W=Fs可知,F-s图线与横坐标轴围成的面积表示力所做的功。
④P-t图线:由公式W=Pt可知,P-t图线与横坐标轴围成的面积表示力所做的功。
6、应用动能定理解决平抛运动、圆周运动问题(1)平抛运动和圆周运动都属于曲线运动,若只涉及位移和速度而不涉及时间,应优先考虑用动能定理列式求解。
(2018·河南省焦作市)如图所示,粗糙水平桌面BC左侧固定一个光滑的1 4圆弧轨道AB,圆弧底端与水平桌面平滑连接,BC右侧固定着光滑的半圆弧轨道DEF,直径DF处于竖直方向,最高点F位于水平桌面末端C点上方位置且高度差可忽略不计,底端与地面平滑连接。
已知两个圆弧轨道的半径与水平桌面的长度均为R,重力加速度为g,现有一个质量为m的小球(可视为质点)从左侧圆弧轨道的A点由静止释放。
(1)为使小球可以沿半圆弧轨道DEF内侧做圆周运动,小球与水平桌面间的动摩擦因数应满足什么条件;(2)在小球与水平桌面间的动摩擦因数满足(1)的条件下,小球经过半圆弧轨道最低点D和最右侧E点时对轨道的压力之差为多大。
【参考答案】:(1)12μ≤(2)3mg【试题解析】:(1)为使小球能够沿半圆弧轨道DEF内侧运动,设小球通过F点时的速度最小值为1v,此时重力提供向心力,由向心力公式得:21v mg mR=小球从A点运动到C的过程中,由动能定理得:联立解得12μ=故小球与水平桌而问的动摩擦因数应满足:12μ≤(2)在满足12μ≤的条件下,小球沿半圆弧轨道内侧做圆周运动,设经过E点时的速度为2v,轨道支持力为2F,经过最低点D时的速度为3v,轨道支持力为3F,则在E、D两点由向心力公式可得1、(2018·黑龙江省双鸭山市第一中学)一小物体冲上一个固定的粗糙斜面,经过斜面上A、B两点到达斜面的最高点后返回时,又通过了A、B两点,如图所示,对于物体上滑时由A到B和下滑时由B到A的过程中,其动能的增量的大小分别为ΔE k1和ΔE k2,机械能的增量的大小分别是ΔE1和ΔE2,则以下大小关系正确的是A、ΔE k1>ΔE k2ΔE1>ΔE2B、ΔE k1>ΔE k2ΔE1<ΔE2C、ΔE k1>ΔE k2ΔE1=ΔE2D、ΔE k1<ΔE k2ΔE1=ΔE2【答案】:C2、如图甲所示,在倾角为30°的足够长的光滑斜面AB的A处连接一粗糙水平面OA,OA长为4m。
有一质量为m的滑块,从O处由静止开始受一水平向右的力F作用。
F只在水平面上按图乙所示的规律变化。
滑块与OA间的动摩擦因数μ=0.25,g取10m/s2,试求:(1)滑块运动到A处时的速度大小;(2)不计滑块在A处的速率变化,滑块冲上斜面AB的长度是多少?【答案】:(1)52m/s(2)5m【解析】:(1)由题图乙知,在前2m内,F1=2mg,做正功,在第3m内,F2=–0.5mg,做负功,在第4m内,F3=0,滑动摩擦力F f=–μmg=–0.25mg,始终做负功,对mv–0 于滑块在OA上运动的全过程,由动能定理得:F1x1+F2x2+F f x=12mv A2即2mg×2–0.5mg×1–0.25mg×4=12解得v A=52m/s(2)对于滑块冲上斜面的过程,由动能定理得mv A2,–mgL sin30°=0–12解得:L=5m所以滑块冲上AB的长度为L=5m考点2机械能及其守恒定律的应用1、推导物体沿光滑斜面从A滑到B。
(1)由动能定理:W G=E k2–E k1。
(2)由重力做功与重力势能的关系:W G=E p1–E p2。
结论:初机械能等于末机械能E p1+E k1=E p2+E k2。
2、内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。
3、表达式:E p1+E k1=E p2+E k2,即E1=E2。
4、守衡条件:只有重力或弹力做功。
5、守恒条件的几层含义的理解(1)物体只受重力,只发生动能和重力势能的相互转化,如自由落体运动、抛体运动等。
(2)只有弹力做功,只发生动能和弹性势能的相互转化。
如在光滑水平面上运动的物体碰到一个弹簧,和弹簧相互作用的过程中,对物体和弹簧组成的系统来说,机械能守恒。
(3)物体既受重力,又受弹力,重力和弹力都做功,发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化。
如自由下落的物体落到竖直的弹簧上和弹簧相互作用的过程中,对物体和弹簧组成的系统来说,机械能守恒。
注意:从能量观点看:只有动能和势能的相互转化,无其他形式能量(如内能)之间的转化,则系统机械能守恒。
从做功观点看:只有重力和系统内的弹力做功。
6、机械能守恒的判断(1)利用机械能的定义判断(直接判断):若物体的动能、势能均不变,则机械能不变。
若一个物体的动能不变、重力势能变化,或重力势能不变、动能变化或动能和重力势能同时增加(减小),其机械能一定变化。
(2)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。
(3)用能量转化来判断:若物体或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,则物体或系统的机械能守恒。
(4)对多个物体组成的系统,除考虑外力是否只有重力做功外,还要考虑系统内力做功,如有滑动摩擦力做功时,因摩擦生热,系统的机械能将有损失。
7、机械能守恒定律的三种表达形式及应用(1)守恒观点①表达式:E k1+E p1=E k2+E p2或E1=E2。
②意义:系统初状态的机械能等于末状态的机械能。