机械能复习市公开课金奖市赛课一等奖课件

第1讲功和功率第1页一、功1．做功两个要素(1)力；(2)物体在力方向上发生位移．2．公式：W＝Fxcosα，α是力和位移方向间夹角，此公式只适合用于恒力做功．3．功正负意义(1)功是标量，但有正负之分，正功表示动力功，负功表示阻力功．(2)一个力对物体做负功，往往说成是物体克服这个力做功(取绝对值)第2页4．功正负确实定在公式W＝Fxcosα中，α为F与x夹角．(1)若α<90°，则W>0，表示力对物体做正功．(2)若α＝90°，则W＝0，表示力对物体不做功．(3)若90°<α≤180°，则W<0，表示力对做负功．第3页二、功率1．定义：功W跟完成这些功所用时间t比值．2．物理意义：功率表示做功快慢。3．计算式(1)P＝

(2)P＝Fvcosα4．额定功率：机械在正常条件下能够长时间工作功率5．实际功率：机械实际工作时输出功率．要求小于等于额定功率．第4页1．依据力和位移之间夹角判断，此法惯用于恒力做功判断．2．依据力和瞬时速度之间夹角判断，此法惯用于判断质点做曲线运动时变力做功．夹角为锐角时力做正功，夹角为钝角时力做负功，夹角为直角时力不做功．第5页1．恒力做功对恒力作用下物体运动，力对物体做功用W＝Fxcosα求解．该公式可写成W＝F·(xcosα)＝(Fcosα)·x，即功等于力与力方向上位移乘积或功等于位移与位移方向上力乘积．2．变力做功(1)用动能定理W＝ΔEk或功效关系W＝ΔE，即用能量增量等效代换变力所做功．(2)当变力功率P一定时，可用W＝Pt求功，如机车以恒定功率开启时．第6页(3)将变力做功转化为恒力做功①当力大小不变而方向一直与运动方向相同或相反时，这类力做功大小等于力和旅程(不是位移)乘积．如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等．②当力方向不变而大小随位移做线性改变时，可先求出力对位移平均值F＝，再由W＝Fxcosα计算，如弹簧弹力做功．第7页(4)作出变力F随位移x改变图象，图象与位移轴所围“面积”即为变力做功．如图5－1－2所表示，图(a)中阴影部分面积表示恒力F做功W，图(b)中阴影部分面积表示变力F做功W.第8页3．总功求法(1)总功等于协力功先求出物体所受各力协力F合，再依据W总＝F合xcosα计算总功，但应注意α应是协力与位移x夹角．(2)总功等于各力做功代数和分别求出每一个力做功：W1＝F1x1cosα1，W2＝F2x2cosα2，W3＝F3x3cosα3，…再把各个力做功求代数和，即：W总＝W1＋W2＋W3＋…第9页类型1：机车以恒定功率P开启P＝Fv发动机实际功率发动机牵引力机车瞬时速度当F=F阻时，a＝0

，v到达最大

保持vm匀速vF＝vPa＝mF－F阻↑→↓↑→→↓↓vm＝F阻P加速度逐步减小变加速直线运动匀速直线运动三、机车开启问题第10页先做加速度逐步减小变加速直线运动，最终以速度做匀速直线运动。vm＝F阻Pvt0vm机车以恒定功率开启v－t图象两个惯用公式：（1）瞬时加速度公式:（2）最大速度公式：vm＝F阻P发动机做功只能用W=Pt计算，不能用W=Fs计算（因为F为变力）第11页类型2：机车以恒定加速度a开启当F=F阻时，a＝0

，v到达最大

保持vm匀速F＝vP额a＝mF－F阻↑→↓v↑↓→→↓vm＝F阻P额加速度逐步减小变加速直线运动匀速直线运动a＝mF－F阻→→→→F→v↑P＝Fv↑↑→当P=P额时，保持P额继续加速匀加速直线运动第12页机车以恒定加速度开启v－t图先做匀加速直线运动，再做加速度逐步减小变加速直线运动，最终以速度做匀速直线运动。vt0vm＝F阻P额vm做匀加速运动只能维持一段时间,在这段时间内牵引力功率随时间增大而增大,当增大到额定功率时,匀加速运动结束。t1第13页第2讲动能定理和功能关系第14页一、动能1．定义：物体因为运动而含有能．4．矢标性：动能是标量，只有正值．3．单位：焦耳,1J＝1N·m＝1kg·m2/s2.2．公式：Ek＝

.mv2J动能是状态量，其表示式中v是瞬时速度，但动能改变量是过程量．第15页二、动能定理1．内容：协力所做功等于物体动能改变．3．物理意义：动能定理指出了外力对物体所做总功与物体动能改变量之间关系，即合外力功是物体动能改变量度．2．表示式：W＝Ek2－Ek1＝mv22－mv124．动能定理适用条件(1)动能定理既适合用于直线运动，也适合用于曲线运动；(2)既适合用于恒力做功，也适合用于变力做功；(3)力能够是各种性质力，既能够同时作用，也能够不一样时作用第16页1．计算外力对物体做总功时，应明确各个力所做功正负，然后求全部外力做功代数和；求动能改变时，应明确动能没有负值，动能改变为末动能减去初动能．2．位移和速度必须是相对于同一个参考系而言，普通以地面为参考系．3．动能定理应用广泛，直线运动、曲线运动、恒力做功、变力做功、同时做功、分段做功等各种情况均适用．4．动能定理既适合用于一个连续过程，也适合用于分段过程全过程第17页动能定理说明外力对物体所做总功和动能改变间一个因果关系和数量关系，不可了解为功转变成了物体动能．第18页1．基本步骤(1)选取研究对象，明确它运动过程；(2)分析研究对象受力情况和各力做功情况：(3)明确研究对象在过程始末状态动能Ek1和Ek2；(4)列出动能定理方程W合＝Ek2－Ek1及其它必要解题方程，进行求解．第19页2．注意问题(1)动能定理研究对象是单一物体，或者是能够看做单一物体物体系统．(2)动能定理是求解物体位移或速率简捷公式．当题目中包括到位移时可优先考虑动能定理；处理曲线运动中速率问题时也要优先考虑动能定理．(3)若过程包含了几个运动性质不一样分过程，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，必须依据不一样情况分别对待求出总功．(4)应用动能定理时，必须明确各力做功正、负．当一个力做负功时，可设物体克服该力做功为W，将该力做功表示为-W，也能够直接用一字母表示该力做功，使其字母本身含有负号．第20页1．应用动能定了解题，关键是对研究对象进行准确受力分析及运动过程分析，并画出物体运动过程草图，借助草图了解物理过程和各量关系．有些力在物体运动全过程中不是一直存在，在计算外力做功时更应引发注意．2．高考对该类问题常综合各种力及平抛、圆周运动、牛顿运动定律等知识，考查学生了解、推理、分析综合能力．第21页第3讲机械能守恒定律及其应用第22页一、势能:由相互作用物体相对位置决定能量1．重力势能:物体因为被举高而含有能．(1)大小：Ep＝mgh(2)相对性：重力势能大小和正负与参考平面选取相关，在其之上为正值，在其之下为负值．(3)系统性：重力势能是地球与物体所组成这个系统所共有．(4)重力做功特点：物体运动时，重力对它做功只跟它起点和终点位置相关，而跟物体运动路径无关．(5)重力做功与重力势能改变关系:重力对物体做功等于物体重力势能降低许，即WG＝－(Ep2－Ep1)＝Ep1－Ep2.第23页2．弹性势能(1)概念：物体因为发生弹性形变而含有能．(2)大小：弹簧弹性势能大小与弹簧形变量及劲度系数相关．(3)弹力做功与弹性势能改变关系：弹力做增加，弹性势能减小，弹力做负功，弹性势能正功．第24页二、机械能及其守恒定律1．机械能：动能和势能统称为机械能，即E＝Ek＋Ep.2．机械能守恒定律(1)内容：在只有重力、弹力做功情形下，物体动能和势能发生相互转化，而机械能总量保持不变．(2)表示式：Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2.(3)机械能守恒条件：只有重力或弹力做功．第25页(1)重力势能正负及大小与零势能面选取相关，弹性势能普通选弹簧原长时为弹性势能零位置．(2)应用机械能守恒定律时要注意判断机械能是否守恒和选取零势能面．第26页三、功效关系1．功是能量转化量度，即做了多少功，就有多少能量发生了转化．2．做功过程一定伴随有能量转化，而且能量转化必须经过做功来实现．第27页1．只受重力作用，比如在不考虑空气阻力情况下各种抛体运动，物体机械能守恒．2．受其它力，但其它力不做功，只有重力或弹力做功．例如物体沿光滑曲面下滑，受重力、曲面支持力作用，但曲面支持力不做功，物体机械能守恒．3．弹力做功伴伴随弹性势能改变，而且弹力做功等于弹性势能降低许．第28页1．对一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等，除非题目尤其说明，不然机械能一定不守恒．2．机械能守恒条件绝不是协力功等于零，更不是合力等于零，而是看是否只有重力或弹簧弹力做功．第29页1．三种守恒表示式比较表示角度表示公式表示意义注意事项守恒观点Ek＋Ep＝Ek′＋Ep′系统初状态机械能总和与末状态机械能总和相等应用时应选好重力势能零势能面，且初、末状态必须用同一零势能面计算势能第30页表示角度表示公式表示意义注意事项转化观点ΔEk＝－ΔEp表示系统(或物体)机械能守恒时，系统降低(或增加)重力势能等于系统增加(或降低)动能应用时关键在于分清重力势能增加量和降低许，可不选零势能面而直接计算初、末状态势能差转移观点ΔE增＝ΔE减若系统由A、B两部分组成，则A部分物体机械能增加量与B部分物体机械能降低许相等惯用于处理两个或多个物体组成物体系机械能守恒问题第31页2．应用机械能守恒定律解题基本步骤(1)分析题意，明确研究对象；(2)分析研究对象在运动过程中受力情况，搞清物体所受各力做功情况，判断机械能是否守恒；(3)选取零势能面，确定研究对象在始末状态时机械能；(4)依据机械能守恒定律列出方程进行求解，并对结果进行必要讨论和说明．第32页机械能守恒定律是一个“能—能转化”关系，其守恒是有条件，所以，应用时要注意对研究对象在所研究过程中机械能是否守恒做出判断．动能定理反应是“功—能转化”关系，应用时要注意两个规律中功和能不一样含义和表示式．第33页不一样力做功对应不一样形式能改变定量关系合外力功(全部外力功)动能改变合外力对物体做功等于物体动能增量W合＝Ek2－Ek1重力功重力势能改变重力做正功，重力势能降低；重力做负功，重力势能增加WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2第34页不一样力做功对应不一样形式能改变定量关系弹簧弹力功弹性势能改变弹力做正功，弹性势能降低；弹力做负功，弹性势能增加WF＝－ΔFp＝Ep1－Ep2只有重力、弹簧弹力功不引发机械能改变机械能守恒ΔE＝0第35页不一样力做功对应不一样形式能改变定量关系除重力和弹力之外力做功机械能改变除重力和弹力之外力做多少正功，物体机械能就增加多少；除重力和弹力之外力做多少负功，物体机械能就降低多少W除G、F外＝ΔE电场力功电势能改变电场力做正功，电势能降低；电场力做负功，电势能增加W电＝－ΔEp第36页不一样力做功对应不一样形式能改变定量关系一对滑动摩擦力总功内能改变作用于系统一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加Q＝Ffx相对第37页利用Wf＝－Ffx相对进行热量Q计算时，关键是对相对旅程x相正确了解．例如：假如两物体同向运动，x相对为两物体对地位移大小之差；假如两物体反向运动，x相对为两物体对地位移大小之和；假如一个物体相对另一个物体往复运动，则x相对为两物体相对滑行路径总长度．第38页第5讲实验：验证机械能守恒定律第39页一、试验目标验证机械能守恒定律．二、试验原理1．在只有重力做功自由落体运动中，物体重力势能和动能相互转化，但总机械能保持不变．若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能降低量为mgh，动能增加量为mv2，看它们在试验误差允许范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律．第40页2．速度测量：做匀变速运动纸带上某点瞬时速度等于相邻两点之间平均速度vt＝2t计算打第n个点速度方法：测出第n个点与相邻前后点间距离sn和sn＋1，由公式vn＝或vn＝算出，如图实－1所表示．第41页三、试验器材铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)．四、试验操作1．试验步骤(1)安装置：按图实－2所表示将检验、调整好打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．第42页(2)打纸带：将纸带一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做3～5次试验．(3)选纸带：分两种情况说明

第43页①用mvn2＝mghn验证时，应选点迹清楚，且1、2两点间距离小于或靠近2mm纸带．若1、2两点间距离大于2mm，这是因为先释放纸带后接通电源造成．这么，第1个点就不是运动起始点了，这么纸带不能选．第44页②用mvB2－mvA2＝mgΔh验证时，因为重力势能相对性，处理纸带时，选择适当点为基准点，这么纸带上打出第1、2两点间距离是否大于2mm就无关紧要了，所以只要后面点迹清楚就可选取．第45页2．数据处理(1)测量计算在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3……用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……利用公式vn＝计算出点1、点2、点3、……瞬时速度v1、v2、v3……第46页(2)验证守恒

法一：利用起始点和第n点计算．代入ghn和vn2，假如在试验误差允许条件下，ghn＝vn2，则机械能守恒定律是正确．法二：任取两点计算．①任取两点A、B测出hAB，算出ghAB.②算出vB2－vA2值．③在试验误差允许条件下，假如ghAB＝vB2－vA2，则机械能守恒定律是正确．第47页法三：图象法．从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点下落高度h，并计算各点速度平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，依据试验数据绘出v2－h图线．若在误差允许范围内图象是一条过原点且斜率为g直线，则验证了机械能守恒．第48页五、注意事项1．打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦阻力．2．重物要选取密度大、体积小物体，这么能够减小空气阻力影响，从而减小试验误差．3．试验中，需保持提纸带手不动，且确保纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带．第49页4．速度不能用vn＝gtn或vn＝计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vn＝gtn计算出速度比实际值大，会得出机械能增加结论，而因为摩擦阻力影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．一样道理，重物下落高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn＝gtn2或hn＝计算得到．第50页六、误差分析1．本试验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能增加量ΔEk稍小于重力势能降低许ΔEp，即ΔEk<ΔEp，这属于系统误差．改进方法是调整器材安装，尽可能地降低阻力．2．本试验另一个误差起源于长度测量，属偶然误差．减小误差方法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完．或者采取屡次测量取平均值来减小误差．第51页探究功与物体速度改变关系第52页试验：探究做功与小车速度改变关系试验目标：经过试验探究橡皮筋对小车做功与小车速度关系试验器材：橡皮筋、小车、木板、打点计时器、铁钉等橡皮筋小车打点计时器纸带木板铁钉第53页思索小车在木板上运动过程中，哪一阶段橡皮筋对小车做功？橡皮筋对小车拉力做功效否直接测量？橡皮筋弹力是变力，且弹力与伸长量关系也不严格恪守胡克定律，不轻易计算。???CBA橡皮筋被拉伸直到恢复原长过程中怎样设计试验才能处理这一问题?第54页处理方案第一次用一条橡皮筋拉小车第二次用两条完全相同橡皮筋并联起来栓到小车上拉小车，且使每条橡皮筋伸长都和第一次伸长量一样做功W做功2W依次类推，并联三条、四条……橡皮筋，且拉伸长度都一样，做功为3W、4W……第55页思索小车在木板上做什么性质运动？先加速后匀速再减速我们要取速度是哪个阶段速度？这个速度该怎样测量？橡皮筋恢复原长时速度。利用打点计时器，用橡皮筋恢复原长时一段位移与所用时间比值近似计算该点瞬时速度第56页怎样使拉力做功等于协力做功？即怎样抵消摩擦力。思索橡皮筋对小车做功是协力做功吗？把木板一端垫高，