《中職物理(通用)》第2章-機(jī)械能_第1頁
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文檔簡介

物理第2章機(jī)械能2.1功與功率2.2動(dòng)能與動(dòng)能定理2.3勢能與機(jī)械能守恒定律2.1功與功率1.功的概念一個(gè)物體受到力的作用,并且在力的方向上產(chǎn)生了位移,我們就說這個(gè)力對物體做了功.2.功的計(jì)算力學(xué)中規(guī)定,如果力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向一致,功就等于力的大小和位移大小的乘積.如果用F表示力的大小,用s表示位移的大小,那么力F對物體做的功W就可以表示為2.1.1功功是標(biāo)量,單位是焦耳,簡稱焦,用符號(hào)J表示.1N的力使物體在力的方向上發(fā)生1m的位移,所做的功就是1J.在實(shí)際生活中,物體的運(yùn)動(dòng)方向并不總是跟力的方向相同,而是會(huì)與力成一定的角度,如圖所示.在這種情況下,我們通常把力分解成與位移方向一致的分力F1

和與位移方向垂直的分力F2,如圖所示.在物體發(fā)生位移s

的過程中,由于分力F2與位移垂直,物體在F2方向沒有發(fā)生位移,因此F2所做的功為0;分力F1所做的功W等于F1s,而F1=,因此3.正功和負(fù)功功是標(biāo)量,沒有方向,但有正負(fù),其運(yùn)算遵循代數(shù)運(yùn)算法則.當(dāng)=0時(shí),=1,,力的方向和位移的方向相同,力對物體做正功.當(dāng)0<<90°時(shí),>0,W為正值,力對物體做正功.當(dāng)=90°時(shí),=0,W=0,力和位移方向垂直,力對物體不做功.當(dāng)90°<<180°時(shí),<0,W為負(fù)值,力對物體做負(fù)功.當(dāng)=180°時(shí),=

1,,力和位移方向相反,力對物體做負(fù)功.【例題1】物體重98N,在與水平方向成37°向上的拉力作用下沿水平面移動(dòng)10m.已知物體與水平面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.20,拉力的大小為100N,求:(1)作用有物體上的各力對物體做的總功;(2)合力對物體做的功.分析:物體在地面上水平移動(dòng)時(shí),受到重力G、支持力FN

、拉力F

和摩擦力Ff

4個(gè)力的作用,如圖所示.由于重力G

和支持力FN

的方向與物體的位移方向垂直,不做功,因此合力所做的功就是拉力F

和摩擦力Ff做功的代數(shù)和.解:拉力F做的功摩擦力Ff為摩擦力做的功為合力做的功1.功率的概念在物理學(xué)中,用功率來表示物體做功的快慢.一個(gè)力所做的功W跟完成這些功所用時(shí)間t的比值,叫做功率.用P表示功率,則有功率是標(biāo)量,它的單位是瓦特,簡稱瓦,用符號(hào)W來表示.日常見到的各種電器都標(biāo)有額定功率.額定功率就是機(jī)械在正常條件下可以長時(shí)間工作的最大功率.其實(shí)際工作時(shí)的功率往往小于額定功率.2.1.2功率2.功率的計(jì)算把代入功率的公式,可得到,而,因此即功率等于力和物體運(yùn)動(dòng)速度的乘積.【例題2】已知列車的總質(zhì)量是500t,額定功率600kW,設(shè)列車在運(yùn)動(dòng)過程中所受阻力均為車重的0.010倍.求:(1)當(dāng)列車以1.0m/s,10m/s的速度勻速行駛時(shí),機(jī)車實(shí)際輸出的功率是多少?(2)列車的極限速度是多少?分析:對列車進(jìn)行受力分析,其受到牽引力、阻力、重力以及支持力的作用.重力和支持力垂直于列車前進(jìn)方向,不做功.由于列車勻速前進(jìn),其各力平衡.因此列車的牽引力與阻力大小相等,方向相反.由公式就可計(jì)算出機(jī)車的實(shí)際輸出功率.所謂列車的極限速度,是指機(jī)車在額定功率下所能達(dá)到的最大速度vm.解:(1)列車的牽引力為根據(jù)公式,列車勻速前進(jìn)時(shí)實(shí)際輸出功率為(2)由(1)得知列車的牽引力F=4.9×104

N,則2.2動(dòng)能與動(dòng)能定理演示實(shí)驗(yàn)2-1動(dòng)能與物體質(zhì)量、速度的關(guān)系如圖所示,讓小球A從光滑的導(dǎo)軌上滑下,撞擊靜止在水平面上的小球B,推動(dòng)小球做功.(1)讓小球A從不同高度滑下,高度越高,其速度越快,平面上的小球B被撞擊得越遠(yuǎn),A對B做功越多.(2)增大小球A的質(zhì)量,使其從同一高度滑下.可以看出,同一高度滑下的速度一樣,小球A的質(zhì)量越大,小球B被撞擊得越遠(yuǎn),A對B做功越多.1.速度物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能.實(shí)驗(yàn)表明,物體的質(zhì)量越大,速度越大,它的動(dòng)能就越大.在物理學(xué)中,用Ek表示物體的動(dòng)能,則有動(dòng)能是標(biāo)量,單位與功的單位相同,都是焦耳,符號(hào)為J.2.2.1動(dòng)能【例題3】我國發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星,質(zhì)量為173kg,軌道速度為7.2km/s,則這顆衛(wèi)星的動(dòng)能是多少?解:根據(jù)動(dòng)能的定義,衛(wèi)星的動(dòng)能是如圖所示,設(shè)一個(gè)質(zhì)量為m

的物體,初速度是v1,在恒定的水平力F的作用下,產(chǎn)生了水平位移s,物體的末速度變?yōu)関2.在這一運(yùn)動(dòng)過程中,外力對物體做了功W,物體的動(dòng)能發(fā)生了變化.其中,外力F所做的功又根據(jù)牛頓第二定律2.2.2動(dòng)能定理而綜上即可得到即合外力對物體做的功等于物體動(dòng)能的增量,這個(gè)結(jié)論就叫做動(dòng)能定理.【例題4】質(zhì)量為3kg的物體與水平地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ0.2,在大小為9N的水平恒力F作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng).當(dāng)物體向前運(yùn)動(dòng)8m后撤去恒力F,請問物體還能滑出多遠(yuǎn)?(g=10m/s2)分析:求物體還能滑出多遠(yuǎn),即求物體末速度為0時(shí)的位移.物體的運(yùn)動(dòng)過程可以分為兩個(gè)階段:合外力F合=F

f的階段,以及撤去F

后,受力為f

的階段.分別對這兩個(gè)階段使用動(dòng)能定理,即可以求出位移.解:在外力F

作用下,對物體運(yùn)動(dòng)過程使用動(dòng)能定理,假設(shè)在撤去F時(shí)物體的速度為v1,位移s1=8m,則撤去外力F后,對物體運(yùn)動(dòng)過程使用動(dòng)能定理,若物體還能向前滑出位移為s2,則二式相加,即可得到即2.3勢能與機(jī)械能守恒定律1.重力勢能我們把物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢能.2.3.1勢能我們知道動(dòng)能是與物體質(zhì)量和速度有關(guān)的能量,那么,物體的重力勢能又和什么因素有關(guān)呢?演示實(shí)驗(yàn)2-2重力勢能與物體質(zhì)量、高度的關(guān)系如圖所示,在一個(gè)透明的玻璃容器內(nèi)裝上沙子,準(zhǔn)備不同質(zhì)量的鐵球.將鐵球從某一高度釋放,觀察鐵球在沙子中的深度.(1)用同一個(gè)鐵球在不同高度釋放,觀察鐵球落在沙子中的深度,可以看出鐵球的釋放高度越大,鐵球落在沙子中的深度越大.(2)用不同質(zhì)量的鐵球在同一高度釋放,觀察鐵球落在沙子中的深度,可以看出,質(zhì)量越大的鐵球落在沙子中的深度越大.實(shí)驗(yàn)表明,物體所處的位置越高,質(zhì)量越大,其勢能就越大.若物體質(zhì)量為m,距地面高度為h,用Ep

表示物體在h

高度的重力勢能,則有重力勢能也是標(biāo)量,其單位與功的單位相同,在國際制單位中都寫作J.從公式中可以看出,物體距地面越高,重力勢能越大;反之,就越?。纠}5】某建筑工地使用的打樁機(jī),在打樁的過程中需要將300kg的重錘舉起到20m的高處,那么重錘此時(shí)的重力勢能是多少?下落到距地面15m的高處時(shí)其重力勢能減少了多少?落到地面上之后,其重力勢能是多少?解:由公式可得,在20m高處重錘的重力勢能落到15m處減少的重力勢能落到地面上時(shí),由于高度h3為0,所以重力勢能2.彈性勢能物體由于發(fā)生了彈性形變所具有的能量稱為彈性勢能.如圖所示,用力F將一根彈簧從A

拉到B,彈簧伸長了x.在彈性限度內(nèi),力F越大,x越長.但是,換用不同型號(hào)的彈簧,盡管拉伸量也是x,但是所用的力卻不一樣.可見,物體的彈性勢能與物體的形變程度有關(guān),形變程度越大,彈性勢能越大;同時(shí),彈性勢能也與物體自身的彈性情況有關(guān),物體的彈性被稱為勁度系數(shù)或彈性系數(shù).彈性勢能可以寫作其中,k為勁度系數(shù),x為形變量.1.機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化豎直向上拋出一個(gè)小球,小球在上升過程中,重力做負(fù)功,其速度越來越小,其動(dòng)能減?。欢母叨仍黾?,其重力勢能增加,說明物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能.動(dòng)能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能.通常用E來表示.機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式.2.3.2機(jī)械能守恒定律2.機(jī)械能守恒定律演示實(shí)驗(yàn)2-3動(dòng)能與勢能的相互轉(zhuǎn)化如圖所示,把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來,讓小球從一定高度的A點(diǎn)由靜止開始擺動(dòng),小球就會(huì)擺向另一端的B點(diǎn).通過測量可以發(fā)現(xiàn),B點(diǎn)與A點(diǎn)的高度相同.如果用尺子在P點(diǎn)擋住擺線,小球會(huì)擺到C點(diǎn).通過測量可以發(fā)現(xiàn),C點(diǎn)與A點(diǎn)、B點(diǎn)的高度仍然相同.實(shí)驗(yàn)表明,在小球下擺的過程中,重力勢能減小,動(dòng)能增加,重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;上擺的過程中,動(dòng)能減小,重力勢能增加,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能,最終擺回與初始位置等高的地方.在動(dòng)能與重力勢能轉(zhuǎn)化的過程中,他們的總量保持不變.在只有重力(或彈力)做功的情況下,物體的動(dòng)能和重力勢能(彈性勢能)發(fā)生互相轉(zhuǎn)化,機(jī)械能的總量保持不變.這個(gè)結(jié)論叫做機(jī)械能守恒定律.若一個(gè)質(zhì)量為m的物體,從高度為h1的地方下落到高度為h2的地方,速度從v1增加到v2,如圖所示.在此過程中,物體減少的重力勢能等于其增加的動(dòng)能,動(dòng)能和重力勢能之和不變.用公式可表示為【例題6】某人把質(zhì)量為1

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