高中二年級(jí)物理專題02動(dòng)量與能量上隨堂講義

高中二年級(jí)物理專題02動(dòng)量與能量上隨堂講義第一頁，共25頁。專題二動(dòng)量與能量思想方法提煉感悟·滲透·應(yīng)用第二頁，共25頁。思想方法提煉

牛頓運(yùn)動(dòng)定律與動(dòng)量觀點(diǎn)和能量觀點(diǎn)通常稱作解決問題的三把金鑰匙.其實(shí)它們是從三個(gè)不同的角度來研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系.解決力學(xué)問題時(shí)，選用不同的方法，處理問題的難易、繁簡(jiǎn)程度可能有很大差別，但在很多情況下，要三把鑰匙結(jié)合起來使用，就能快速有效地解決問題.第三頁，共25頁。思想方法提煉一、能量1.概述能量是狀態(tài)量，不同的狀態(tài)有不同的數(shù)值的能量，能量的是通過做功或熱傳遞兩種方式式來實(shí)現(xiàn)的，力學(xué)中功是能量轉(zhuǎn)化的量度，熱學(xué)中功和熱量是內(nèi)能變化的量度.第四頁，共25頁。思想方法提煉

高中物理在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和原子物理等各分支學(xué)科中涉及到許多形式的能，如動(dòng)能、勢(shì)能、電能、內(nèi)能、核能，這些形式的能可以相互轉(zhuǎn)化，并且遵循能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，能量是貫穿于中學(xué)物理教材的一條主線，是分析和解決物理問題的主要依據(jù)。在每年的高考物理試卷中都會(huì)出現(xiàn)考查能量的問題。并時(shí)常發(fā)現(xiàn)“壓軸題”就是能量試題。第五頁，共25頁。思想方法提煉2.能的轉(zhuǎn)化和守恒定律在各分支學(xué)科中表達(dá)式

(1)W合=△Ek包括重力、彈簧彈力、電場(chǎng)力等各種力在內(nèi)的所有外力對(duì)物體做的總功，等于物體動(dòng)能的變化。(動(dòng)能定理)(2)WF=△E除重力以外有其它外力對(duì)物體做功等于物體機(jī)械能的變化。(功能原理)

注：(1)物體的內(nèi)能(所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和)、電勢(shì)能不屬于機(jī)械能。第六頁，共25頁。思想方法提煉(2)WF=0時(shí)，機(jī)械能守恒，通過重力做功實(shí)現(xiàn)動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。(3)WG=-△EP重力做正功，重力勢(shì)能減小；重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加。重力勢(shì)能變化只與重力做功有關(guān)，與其他做功情況無關(guān)。

(4)W電=-△EP

電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。在只有重力、電場(chǎng)力做功的系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)的動(dòng)能、重力熱能、電勢(shì)能間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但總和保持不變。注：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，克服安培力做功等于回路中產(chǎn)生的電能，電能再通過電路轉(zhuǎn)化為其他形式的能。第七頁，共25頁。思想方法提煉(5)W+Q=△E物體內(nèi)能的變化等于物體與外界之間功和熱傳遞的和(熱力學(xué)第一定律)。

(6)1/2mv02=hv-W光電子的最大初動(dòng)能等于入射光子的能量和該金屬的逸出功之差。

(7)△E=△mc2在核反應(yīng)中，發(fā)生的質(zhì)量虧損，即有的能量釋放出來。(可以以粒子的動(dòng)能、光子等形式向外釋放)第八頁，共25頁。思想方法提煉動(dòng)量與能量的關(guān)系

1.動(dòng)量與動(dòng)能動(dòng)量和能量都與物體的某一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，都與物體的質(zhì)量和速度有關(guān).但它們存在明顯的不同：動(dòng)量的大小與速度成正比p=mv；動(dòng)能的大小與速度的平方成正比Ek=mv2/2兩者的關(guān)系：p2=2mEk

動(dòng)量是矢量而動(dòng)能是標(biāo)量.物體的動(dòng)量發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)能不一定變化；但物體的動(dòng)能一旦發(fā)生變化，則動(dòng)量必發(fā)生變化.第九頁，共25頁。思想方法提煉2.動(dòng)量定理與動(dòng)能定理動(dòng)量定理：物體動(dòng)量的變化量等于物體所受合外力的沖量.△p=I，沖量I=Ft是力對(duì)時(shí)間的積累效應(yīng)動(dòng)能定理：物體動(dòng)能的變化量等于外力對(duì)物體所做的功.△Ek=W，功W=Fs是力對(duì)空間的積累效應(yīng).第十頁，共25頁。思想方法提煉3.動(dòng)量守恒定律與機(jī)械能守恒定律動(dòng)量守恒定律與機(jī)械能守恒定律所研究的對(duì)象都是相互作用的物體系統(tǒng)，(在研究某個(gè)物體與地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒時(shí)，通常不考慮地球的影響)，且研究的都是某一物理過程.動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容是：一個(gè)系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為0，這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變；機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容是：在只有重力和彈簧彈力做功的情形下，系統(tǒng)機(jī)械能的總量保持不變.第十一頁，共25頁。思想方法提煉

運(yùn)用動(dòng)量守恒定律值得注意的兩點(diǎn)是：(1)嚴(yán)格符合動(dòng)量守恒條件的系統(tǒng)是難以找到的.如：在空中爆炸或碰撞的物體受重力作用，在地面上碰撞的物體受摩擦力作用，但由于系統(tǒng)間相互作用的內(nèi)力遠(yuǎn)大于外界對(duì)系統(tǒng)的作用，所以在作用前后的瞬間系統(tǒng)的動(dòng)量可認(rèn)為基本上是守恒的.(2)即使系統(tǒng)所受的外力不為0，但沿某個(gè)方向的合外力為0，則系統(tǒng)沿該方向的動(dòng)量是守恒的.

動(dòng)量守恒定律的適應(yīng)范圍廣，不但適應(yīng)常見物體的碰撞、爆炸等現(xiàn)象，也適應(yīng)天體碰撞、原子的裂變，碰撞現(xiàn)象，動(dòng)量守恒與機(jī)械能守恒相結(jié)合的綜合的試題在高考中多次出現(xiàn)，是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容.第十二頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用【例1】如圖2-1所示，滑塊A、B的質(zhì)量分別為m1與m2，m1＜m2，由輕質(zhì)彈簧相連接置于水平的氣墊導(dǎo)軌上，用一輕繩把兩滑塊拉至最近，使彈簧處于最大壓縮狀態(tài)后綁緊.圖2-1第十三頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用兩滑塊一起以恒定的速率v0向右滑動(dòng).突然輕繩斷開.當(dāng)彈簧伸至本身的自然長(zhǎng)度時(shí)，滑塊A的速度正好為0.求：

(1)繩斷開到第一次恢復(fù)自然長(zhǎng)度的過程中彈簧釋放的彈性勢(shì)能Ep；

(2)在以后的運(yùn)動(dòng)過程中，滑塊B是否會(huì)有速度為0的時(shí)刻?試通過定量分析證明你的結(jié)論.第十四頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用【解析】(1)當(dāng)彈簧處壓縮狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能等于兩滑塊的動(dòng)能和彈簧的彈性勢(shì)能之和，當(dāng)彈簧伸長(zhǎng)到自然長(zhǎng)度時(shí)，彈性勢(shì)能為0，因這時(shí)滑塊A的速度為0，故系統(tǒng)的機(jī)械能等于滑塊B的動(dòng)能.設(shè)這時(shí)滑塊B的速度為v，則有E=m2v2/2.

因系統(tǒng)所受外力為0，由動(dòng)量守恒定律

(m1+m2)v0=m2v.

解得E=(m1+m2)2v02/(2m2).第十五頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用由于只有彈簧的彈力做功，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒

(m1+m2)v02/2+Ep=E.

解得Ep=(m1-m2)(m1+m2)v02/2m2.(2)假設(shè)在以后的運(yùn)動(dòng)中滑塊B可以出現(xiàn)速度為0的時(shí)刻，并設(shè)此時(shí)A的速度為v1，彈簧的彈性勢(shì)能為E′p，由機(jī)械能守恒定律得

m1v12/2+E′p=(m1+m2)2v02/2m2.第十六頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用根據(jù)動(dòng)量守恒得(m1+m2)v0=m1v1，求出v1代入上式得:(m1+m2)2v02/2m1+E′p=(m1+m2)2v02/2m2.因?yàn)镋′p≥0，故得:(m1+m2)2v02/2m1≤(m1+m2)2v02/2m2即m1≥m2，這與已知條件中m1＜m2不符.可見在以后的運(yùn)動(dòng)中不可能出現(xiàn)滑塊B的速度為0的情況.第十七頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用【解題回顧】“假設(shè)法”解題的特點(diǎn)是：先對(duì)某個(gè)結(jié)論提出可能的假設(shè).再利用已知的規(guī)律知識(shí)對(duì)該假設(shè)進(jìn)行剖析，其結(jié)論若符合題意的要求，則原假設(shè)成立.“假設(shè)法”是科學(xué)探索常用的方法之一.在當(dāng)前，高考突出能力考察的形勢(shì)下，加強(qiáng)證明題的訓(xùn)練很有必要.第十八頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用【例2】如圖2-2所示，質(zhì)量為m的有孔物體A套在光滑的水平桿上，在A下面用細(xì)繩掛一質(zhì)量為M的物體B，若A固定不動(dòng)，給B一水平?jīng)_量I，B恰能上升到使繩水平的位置.當(dāng)A不固定時(shí)，要使B物體上升到使繩水平的位置，則給它的水平?jīng)_量至少多大?圖2-2第十九頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用【解析】當(dāng)A固定不動(dòng)時(shí)，B受到?jīng)_量后以A為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，只有重力做功，機(jī)械能守恒.在水平位置時(shí)B的重力勢(shì)能應(yīng)等于其在最低位置時(shí)獲得的動(dòng)能Mgh=Ek=p2/2M=I2/2M.第二十頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用

若A不固定，B向上擺動(dòng)時(shí)A也要向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)B恰能擺到水平位置時(shí)，它們具有相同的水平速度，把A、B看成一個(gè)系統(tǒng)，此系統(tǒng)除重力外，其他力不做功，機(jī)械能守恒.又在水平方向上系統(tǒng)不受外力作用，所以系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒，設(shè)M在最低點(diǎn)得到的速度為v0，到水平位置時(shí)的速度為v.Mv0=(M+m)v.Mv02/2=(M+m)v2/2+Mgh.I′=Mv0.I′=第二十一頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用【解題回顧】此題重要的是在理解A不固定，B恰能上升到使繩水平的位置時(shí)，其豎直方向的分速度為0，只有水平速度這個(gè)臨界點(diǎn).另外B上升時(shí)也不再是做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)繩的拉力對(duì)B做功(請(qǐng)同學(xué)們思考一下，繩的拉力對(duì)B做正功還是負(fù)功)，有興趣的同學(xué)還可以分析一下系統(tǒng)以后的運(yùn)動(dòng)情況.第二十二頁，共25頁。感悟·滲透·應(yīng)用【例3】下面是一個(gè)物理演示實(shí)驗(yàn)，它顯示：圖2-3中下落的物體A、B經(jīng)反彈后，B能上升到比初始位置高的地方.A是某種材料做成的實(shí)心球，質(zhì)量m1=0.28kg，在其頂部的凹坑中插著質(zhì)量m2=0.1kg的木棍B.