高考物理復習資料大全第五章 機械能守恒定律

1、【強烈推薦】高考物理復習資料大全第五章 機械能守恒定律.txt和英俊的男人握握手，和深刻的男人談談心，和成功的男人多交流，和普通的男人過日子。第五章 機械能守恒定律考綱要覽主題內容要求說明 機械能 功和功率 動能和動能定理 重力做功與重力勢能 功能關系 機械能守恒定律及其應用實驗與探究 實驗五：探究動能定理 實驗六：驗證機械能守恒定律考向預測縱觀近幾年高考,對本章考查的熱點包括功和功率、動能定理、機械能守恒定律、能的轉化和守恒定律.考查的特點是靈活性強、綜合面大、能力要求高.涉及本章知識的命題不僅年年有、題型全、份量重,而且多年的高考壓軸題均與本章的功和能知識有關.解題時需對物體或系統(tǒng)的運動過

2、程進行詳細分析、挖掘隱含條件,尋找臨界點,綜合使用動量守恒、機械能守恒或能的轉化與守恒定律求解. 第1課時 追尋守恒量 功基礎知識回顧1追尋守恒量 (1) 能量:簡稱能.物質運動的一般量度.任何物質都離不開運動,如引力運動、機械運動、分子熱運動、電磁運動、化學運動、原子核與基本粒子運動.等.對運動所能作的最一般的量度就是能量,用數學的語言說,能量是物質運動狀態(tài)的一個單值函數.相應于不同形式的運動,能量分為機械能、內能、電能、磁能、化學能、原子能等.當物質的運動形式發(fā)生轉變時,能量形式同時發(fā)生轉變.能量可以在物質之間發(fā)生傳遞,這種傳遞過程就是作功或傳遞熱量.例如,河水沖擊水力發(fā)電機作功的過程就是

3、河水的機械能傳遞給發(fā)電機,并轉變?yōu)殡娔?自然界一切過程都服從能量轉化和守恒定律,物體要對外界作功,就必須消耗本身的能量或從別處得到能量的補充.因此.一個物體的能量愈大,它對外界就有可能做更多的功. (2) 機械能:物質機械運動的量度.包括動能、重力勢能和彈性勢能. (3) 動能:物體由于運動而具有的能量. (4) 勢能:相互作用的物體憑借其位置而具有的能量.2功的概念（1）定義：一個物體受到力的作用，如果在力的方向上發(fā)生一段位移，就說這個力做了功. （2）做功的兩個必要條件：a、力； b、物體在力的方向上發(fā)生位移.（3）功的單位：在國際單位制中，功的單位是焦耳，符號J，其物理意義是：1J等于1

4、N的力使物體在力的方向上發(fā)生1m的位移時所做的功.（4）功是標量，只有大小，沒有方向.（5）功是過程量，即做功必定對應一個過程（位移）應明確是哪個力在哪個過程中對哪個物體做功.3、功的計算（1）功的一般計算公式： W=Flcos （2）條件：適用于恆力所做的功 （3）字母意義：F-力 l-物體對地位移 -F、l正方向之間的夾角4、正負功的意義 （1）根據功的計算公式W=Flcos可得到以下幾種情況： 當90o時，cos0，則W0即力對物體不做功；當000，則W0，即力對物體做正功；當90o180o時，則cosW2CW1W2 D條件不足，無法比較W1,W24質量為m的物體，在水平力F作用下，在粗

5、糙的水平面上運動，下列哪些說法正確（ACD ）A如果物體做加速直線運動，F一定對物體做正功B如果物體做減速直線運動，F一定對物體做負功C如果物體做減速直線運動，F也可能對物體做正功D如果物體做勻速直線運動，F一定對物體做正功5關于力對物體做功，如下說法正確的是（ B ）A滑動摩擦力對物體一定做負功 B靜摩擦力對物體可能做正功C作用力的功與反作用力的功其代數和一定為零 D合外力對物體不做功，物體一定處于平衡狀態(tài)6水平力F作用在質量為m的物體上沿光滑水平面移動s，F做功W1；若F作用在質量為2m的物體上，同樣沿光滑水平面移動s，F做功W2；若F作用在質量為2m的物體上，沿粗糙水平面移動s，做功為W

6、3.那么W1、W2、W3三者的大小關系是A. W1W2W3 B. W1W2W2W3 D. W1W2W3【解析】 功的兩個必要因素是力和在力的方向上發(fā)生的位移.比較力的功，就是要比較做功的兩個必要因素。由題意知：三種情況下，水平力F相同，沿水平面發(fā)生的位移相同，則兩個必要因素都相同，所以力對物體做的功必然相同.【答案】A7如圖5-1-7所示，某個力F10N作用于半徑為Rlm的轉盤的邊緣上，力F的大小保持不變，但方向保持在任何時刻均與作用點的切線一致，則轉動一周這個力F做的總功為A. 0 B. JC. 10J D. J【解析】 本題中F的大小不變，但方向時刻發(fā)生變化，屬于變力做功的問題.可以考慮把

7、圓周分割為很多的小段采研究.當各小段的弧長足夠小時，可以認為力的方向與弧長代表的位移方向一致.所求的總功為：【答案】B8如圖5-1-8所示，滑輪和繩的質量及摩擦不計，用力F開始提升原來靜止的質量為m10kg的物體，以大小為a2ms2的加速度勻加速上升，求頭3s內力F做的功.(取g10ms2) 【解析】利用wFscosa求力F的功時，要注意其中的s必須是力F作用的質點的位移.可以利用等效方法求功，要分析清楚哪些力所做的功具有等效關系.物體受到兩個力的作用：拉力F 和重力mg，由牛頓第二定律得 所以1010+102=120N則力=60N 物體從靜止開始運動，3s內的位移為=232=9m 解法一：

8、力F作用的質點為繩的端點，而在物體發(fā)生9m的位移的過程中，繩的端點的位移為s/2s18m，所以，力F做的功為 6018=1080J 解法二 ：本題還可用等效法求力F的功. 由于滑輪和繩的質量及摩擦均不計，所以拉力F做的功和拉力F對物體做的功相等. 即1209=1080J 第2課時 功率基礎知識回顧1.功率的概念（1）功W跟完成這些功所用的時間t的比值叫做功率.（2）物理意義：描述做功的快慢.（3）單位：在國際單位制中，功率的單位是瓦特，符號W.2.功率的計算（1）功率的計算公式（2）平均功率與瞬時功率式中當v是平均速度時，功率P是平均功率；當v是瞬時速度時，功率P是瞬時功率；其區(qū)別在于：平均功

9、率粗略描述做功的快慢；瞬時功率精確描述做功快慢.3.機械的額定功率與實際功率 任何機械都有一個標牌，標牌上所注功率為這部機械的額定功率.它是提供人們對機械進行選擇、配置的一個重要參數，它反映了機械的做功能力或機械所能承擔的任務.機械運行過程中的功率是實際功率.機械的實際功率可以小于其額定功率(稱機械沒吃飽)，可以等于其額定功率(稱滿負荷運行)，還可以在短時間內略大于其額定功率(稱超負荷運行).機械不能長時間處于超負荷運行，這樣會損壞機械設備，縮短其使用壽命. 重點難點例析一、 功率的計算1.平均功率即某一過程的功率，其計算既可用,也可用P= Fv2.瞬時功率即某一時刻的功率，其計算只能用P=

10、Fv【例1】一個質量為m的物體，從高度為h，長度為L的光滑斜面頂端由靜止開始下滑，求物體到達斜面底端時重力做功的功率？【解析】本題所求重力做功的功率，應為瞬時功率 P=mgv cos，而速度v是沿著斜面向下的.如圖5-2-1，設斜面的傾角為，根據 而=（90），所以【點撥】本題主要考查對瞬時功率的計算，要求同學們對三角關系理解通徹，并且靈活運用公式 拓展從空中以40m/s的初速度沿著水平方向拋出一個重為10N的物體，不計空氣阻力，取g=10m/s2，求（1）在拋出后3s內重力的功率.（2）在拋出后3s時重力的功率(設3s時未落地).【解析】 (1)3s內的功率是指平均功率，3s內重力做功，(2

11、) 3s時的功率是指瞬時功率，應用求解，結合平拋知識得mggt=10103=300W二、機車的啟動問題發(fā)動機的額定功率是指牽引力的功率，而不是合外力的功率.P=Fv中，F指的是牽引力.在P一定時，F與v成反比；在F一定時，P與v成正比.1.在額定功率下啟動對車在水平方向上受力分析如圖5-2-2，由公式P=Fv和F-f=ma知，由于P恒定，隨著v的增大，F必將減小，a也必將減小，汽車做加速度不斷減小的加速運動，直到F=f，a=0，這時v達到最大值可見，恒定功率的加速一定不是勻加速這種加速過程發(fā)動機做的功只能用W=Pt計算，不能用W=Fs計算（因為F為變力）其速度圖象如圖5-2-3所示2.以恒定加

12、速度a啟動:由公式P=Fv和Ff=ma知，由于a恒定，所以F恒定，汽車做勻加速運動，而隨著v的增大，P也將不斷增大，直到P達到額定功率Pm，功率不能再增大了這時勻加速運動結束，此時速度為，此后汽車要想繼續(xù)加速就只能做恒定功率的變加速運動了，由于機車的功率不變，速度增大，牽引力減小，從而加速度也減小，直到F=f時，a=0，這時速度達到最大值.可見，恒定牽引力的加速，即勻加速運動時，功率一定不恒定.這種加速過程發(fā)動機做的功只能用W=F?s計算，不能用W=P?t計算（因為P為變功率）.其速度圖象如圖5-2-4所示.要注意兩種加速運動過程的最大速度的區(qū)別.【例2】質量是2000kg、額定功率為80kW

13、的汽車，在平直公路上行駛中的最大速度為20m/s.若汽車從靜止開始做勻加速直線運動，加速度大小為2m/s2，運動中的阻力不變.求：汽車所受阻力的大小.3s末汽車的瞬時功率.汽車做勻加速運動的時間。汽車在勻加速運動中牽引力所做的功.【解析】 所求的是運動中的阻力，若不注意運動中的阻力不變，則阻力不易求出.以最大速度行駛時，根據P=Fv，可求得F=4000N.而此時牽引力和阻力大小相等. 由于3s時的速度v=at=6m/s，而牽引力由F-Ff=ma得F=8000N，故此時的功率為P= Fv =4.8104W. 設勻加速運動的時間為t，則t時刻的速度為v=a t=2t，這時汽車的功率為額定功率.由P

14、=Fv，將F=8000N和v=2 t代入得t=5s. 勻加速運動階段牽引力為恒力，牽引力所做的功【點撥】中的時間，有的學生用v=at，得t=vm/a=10s，這是錯誤的.要注意，汽車不是一直勻加速到最大速度的. 拓展汽車質量5t，額定功率為60kW，當汽車在水平路面上行駛時，受到的阻力是車重的0.1倍，問：（1）汽車在此路面上行駛所能達到的最大速度是多少？（2）若汽車從靜止開始，保持以0.5m/s2的加速度作勻加速直線運動，這一過程能維持多長時間？ 【解析】(1) 當汽車達到最大速度時，加速度a=0，此時 由、解得 (2) 汽車作勻加速運動，故F牽-mg=ma，解得F牽=7.5103N設汽車剛

15、達到額定功率時的速度為v，則P = F牽v，得v=8m/s設汽車作勻加速運動的時間為t，則v=at得t=16s三、利用求變力做功問題 如果汽車是以恒定功率起動，則牽引力是變力，發(fā)動機做功為變力做功，但抓住汽車的功率不變，由可求汽車牽引力做的功. 易錯門診【例3】卡車在平直公路上從靜止開始加速行駛，經時間t前進距離s，速度達到最大值vm。設此過程中發(fā)動機功率恒為P，卡車所受阻力為f，則這段時間內，發(fā)動機所做的功為（ ）APt Bfs CPtfs Dfvmt【錯解】功W=FS,卡車達到最大速度時,牽引力等于阻力,故選B.【錯因】學生錯誤的主要原因是不清楚發(fā)動機的牽引力是變力,不能直接用功的計算公式

16、.【正解】發(fā)動機所做的功是指牽引力的功.由于卡車以恒定功率運動，所以發(fā)動機所做的功應等于發(fā)動機的功率乘以卡車行駛的時間，A對.B項給出的是卡車克服阻力做的功，在這段時間內，牽引力的功不等于克服阻力做功，B錯.C項給出的是卡車所受外力的總功.D項中，卡車以恒定功率前進，將做加速度逐漸減小的加速運動，達到最大速度時牽引力等于阻力，阻力f乘以最大速度vm是發(fā)動機的功率，再乘以t恰是發(fā)動機在t時間內做的功.故A D是正確的.課堂自主訓練1.下列有關功率的說法，正確的是：A 做功越多，功率越大B 由P = W/t知P與t成反比C 功率越大，做功越快 D 完成相同的功，所花時間越短，則功率越大【解析】功率

17、是描述做功快慢的物理量，物體做功越快功率越大.功率的定義是功與完成這些功所用時間之比值，比值大，功率就大，所以本題正確答案為C D.【答案】CD2.質量是2kg的物體，受到24N豎直向上的拉力，由靜止開始運動，經過5s；求：5s內拉力的平均功率5s末拉力的瞬時功率（g取10m/s2）【解析】物體受力情況如圖5-2-5所示，其中F為拉力，mg為重力由牛頓第二定律有 Fmg=ma解得 2m/s25s內物體的位移 =2.5m所以5s內拉力對物體做的功 W=FS=2425=600J5s內拉力的平均功率為=120W5s末拉力的瞬時功率P=Fv=Fat=2425=240W課后創(chuàng)新演練1汽車以恒定功率P由靜

18、止出發(fā)，沿平直路面行駛，最大速度為v，則下列判斷正確的是（C ）A汽車先做勻加速運動，最后做勻速運動B汽車先做加速度越來越大的加速運動，最后做勻速運動C汽車先做加速度越來越小的加速運動，最后做勻速運動D汽車先做加速運動，再做減速運動，最后做勻速運動2物體所受到的合外力為一恒力，由靜止開始運動，該力的作用時間越長，則（ACD ）A物體的瞬時速度越大B物體的瞬時加速度越大C在單位時間內對物體所做的功越多 D該力的瞬時功率越大3質量為5kg的小車在光滑的水平面上做勻加速直線運動若它在2s內從靜止開始速度增加到4ms，則在這一段時間里外力對小車做功的平均功率是（ B ）A40W B20W C10W D

19、5W4質量為5t的汽車，在水平路面上以加速度a = 2m/s2起動，所受阻力為1.0103N，汽車起動后第1秒末的即時功率是（ B ）A2kW B22kW C1.1kW D20kW5從距地面相同高度處，水平拋出兩個質量相同的球A和B，拋出A球的初速為v0，拋出B球的初速為2v0，則兩球運動到落地的過程中（ A ）A重力的平均功率相同，落地時重力的即時功率相同B重力的平均功率相同，落地時重力的即時功率不同C重力的平均功率不同，落地時重力的即時功率相同D重力的平均功率不同，落地時重力的即時功率不同6一列火車在功率恒定的牽引力牽引下由靜止從車站出發(fā)，沿直線軌道運動，行駛5min后速度達到20m/s，

20、 設列車所受阻力恒定，則可以判定列車在這段時間內行駛的距離（ A ）A一定大于3km B可能等于3kmC一定小于3km D條件不足， 無法確定7質量m為5.0106kg的列車以恒定不變的功率由靜止沿平直軌道加速行駛，當速度增大到v1=2m/s時，加速度a1=0.9m/s2，當速度增大到v210m/s時，加速度a20.1m/s2如果列車所受阻力大小不變，求：（1）列車所受阻力是多少?（2）在該功率下列車的最大速度是多少？ 【解析】(1)設列車恒定不變的功率為P，阻力為f，v1時牽引力為F1，v2時牽引力為F2，則F1=P/v1，F2=P/v2，由牛頓第二定律有： F1-f=ma1 F2-f=ma

21、2代入數據得：P=1.0107W，f=5.0105N(2)設最大速度為vm，由P=fvm可得： vm=20m/s8一輛質量為2.0103kg的汽車以額定功率為6.0104W在水平公路上行駛，汽車受到的阻力為一定值，在某時刻汽車的速度為20m/s，加速度為0.50m/s2，求(g取10ms2)：(1)汽車所能達到的最大速度是多大?(2)當汽車的速度為10m/s時的加速度是多大?(3)若汽車從靜止開始做勻加速直線運動(不是額定功率行駛)，加速度的大小為a=1.0m/s2，則這一過程能保持多長時間?【解析】(1)由P=Fv可得：v=20m/s則F=3.0103N.再由F-f=ma得f=2.0103N

22、.再由P=fvm得：vm=30m/s (2) 由P=Fv可得：F=6.0103N, 再由F-f=ma得a=2ms2（3）由F-f=ma得:F=4.0103N,再由P=Fv可得：v=15m/s，再由v=at得：t=15s.第3課時 動能及動能定理基礎知識回顧1、動能的概念 (1)物體由于運動而具有的能叫動能，動能的大小Ek=mv2，動能是標量，與速度的方向無關. (2)動能是狀態(tài)量，也是相對量，應為公式中的v為瞬時速度，且與參照系的選擇有關.2、動能定理 (1)動能定理的內容及表達式合外力對物體所做的功等于物體動能的變化.即 (2)物理意義動能定理給出了力對物體所做的總功與物體動能變化之間的關系

23、，即外力對物體做的總功，對應著物體動能的變化，變化的多少由做功的多來量度.3、求功的三種方法 (1)根據功的公式W = Fscos(只能求恒力的功). (2)根據功率求功WPt(P應是恒定功率或平均功率). (3)根據動能定理求功： (W為合外力總功).重點難點例析一、動能定理的理解 1.動能定理的公式是標量式，v為物體相對于同一參照系的瞬時速度. 2.動能定理的研究對象是單一物體，或可看成單一物體的物體系. 3.動能定理適用于物體做直線運動，也適用于物體做曲線運動；適用于恒力做功，也適用于變力做功；力可以是各種性質的力，既可以同時作用，也可以分段作用.只要求出在作用的過程中各力所做功的總和即

24、可.這些正是動能定理的優(yōu)越性所在.4.若物體運動過程中包含幾個不同的過程，應用動能定理時可以分段考慮，也可以將全過程視為一個整體來考慮. 【例1】一個物體從斜面上高h處由靜止滑下并緊接著在水平面上滑行一段距離后停止，測得停止處對開始運動處的水平距離為S，如圖5-3-1，不考慮物體滑至斜面底端的碰撞作用，并設斜面與水平面對物體的動摩擦因數相同求動摩擦因數【解析】 設該斜面傾角為，斜坡長為l，則物體沿斜面下滑時，重力和摩擦力在斜面上的功分別為： 物體在平面上滑行時僅有摩擦力做功，設平面上滑行距離為S2，則對物體在全過程中應用動能定理：W=Ek 所以 mglsinmglcosmgS2=0得 hS1S

25、2=0式中S1為斜面底端與物體初位置間的水平距離故【點撥】 本題中物體的滑行明顯地可分為斜面與平面兩個階段，而且運動性質也顯然分別為勻加速運動和勻減速運動依據各階段中動力學和運動學關系也可求解本題比較上述兩種研究問題的方法，不難顯現動能定理解題的優(yōu)越性 拓展從離地面H高處落下一只小球，小球在運動過程中所受的空氣阻力是它重力的k（kv2B.v2v2C.v2=v2D沿水平面到B點時間與沿斜面到達B點時間相等.7.如圖5-3-9所示，斜面足夠長，其傾角為，質量為m的滑塊，距擋板P為S0，以初速度v0沿斜面上滑，滑塊與斜面間的動摩擦因數為，滑塊所受摩擦力小于滑塊沿斜面方向的重力分力，若滑塊每次與擋板相

26、碰均無機械能損失，求滑塊在斜面上經過的總路程為多少？【解析】滑塊在滑動過程中，要克服摩擦力做功，其機械能不斷減少；又因為滑塊所受摩擦力小于滑塊沿斜面方向的重力分力，所以最終會停在斜面底端.在整個過程中，受重力、摩擦力和斜面支持力作用，其中支持力不做功.設其經過和總路程為L，對全過程，由動能定理得：得8.如圖5-3-10所示，繃緊的傳送帶在電動機帶動下，始終保持v02m/s的速度勻速運行，傳送帶與水平地面的夾角30，現把一質量ml0kg的工件輕輕地放在傳送帶底端，由傳送帶傳送至h2m的高處.已知工件與傳送帶間的動摩擦因數，g取10m/s2.(1) 試通過計算分析工件在傳送帶上做怎樣的運動?(2)

27、 工件從傳送帶底端運動至h2m高處的過程中摩擦力對工件做了多少功?【解析】 (1) 工件剛放上皮帶時受滑動摩擦力，工件開始做勻加速直線運動，由牛頓運動定律得: =2.5m/s2設工件經過位移x與傳送帶達到共同速度，由勻變速直線運動規(guī)律可得=0.8m4m.故工件先以2.5m/s2的加速度做勻加速直線運動，運動0.8m與傳送帶達到共同速度2m/s后做勻速直線運動。(2) 在工件從傳送帶底端運動至h2m高處的過程中，設摩擦力對工件做功Wf ，由動能定理 可得:=220J【點撥】本題第（2）問也可直接用功的計算式來求：設工件在前0.8m內滑動摩擦力做功為Wf 1，此后靜摩擦力做功為Wf 2，則有 Wf

28、 1=mgcos x=J=60J， Wf 2=mgsin (sx)=J=160J.所以，摩擦力對工件做的功一共是Wf = Wf 1+ Wf 2=60J+160J=220J.當然，采用動能定理求解要更為簡捷些. 第4課時 勢能 機械能守恒定律基礎知識回顧1、重力勢能 (1)定義： 由物體與地球之間的相對位置所決定的能叫重力勢能. (2)公式：EP=mgh (3)說明： 重力勢能是標量. 重力勢能是相對的，是相對零勢面而言的，只有選定零勢面以后，才能具體確定重力勢能的量值，故EP=mgh中的h是物體相對零勢面的距離.一般我們取地面為零勢面. 重力勢能可正，可負，可為零.若物體在零勢面上方，重力勢能為正；物體在零勢面下方，重力勢能為負；物體處在零勢面上，重力勢能為零.重力勢能屬于物體和地球共有.通常所說物體的重力勢能實際上是一種不嚴謹的習慣說法.重力勢能是相對的，但重力勢能的變化卻是絕對的，即與零勢能面的選擇無關.2、重力做功 (1)公式：WG=mgh h為初、末位置間的高度差. (2)特點：重力做功與路徑無關，只與初、末位置有關(即由初末位置間的高度差決定).3、重力做功與重力勢能變化間的關系重力做正功,重力勢能減少；重力做負功，重力勢能增加。重力所做的功等于重力勢能變化量的負值，即:WG=-EP=-(EP