物理必修机械能守恒定律复习概念学习教案.ppt

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1、功 做功的过程就是能量转化的过程。做功的过程就是能量转化的过程。 做功的两个必要因素：力和物体在力的方做功的两个必要因素：力和物体在力的方向向(fngxing)上发生的位移。上发生的位移。 功是标量过程量（做功需要经历一个过功是标量过程量（做功需要经历一个过程）。程）。 某力对物体所做的功，与物体的运动形式、某力对物体所做的功，与物体的运动形式、物体所受的其它力无关。物体所受的其它力无关。 力的方向力的方向(fngxing)与位移的方向与位移的方向(fngxing)一致时，一致时，W=Fl，其中，其中F为力的为力的大小，大小，l为位移的大小。为位移的大小。第1页/共37页第一页，共38页。W=

2、Flcosa（只适用于恒力做功（只适用于恒力做功(zugng)） W=Fcosal=Flcosa 其中：其中：W为某力对物体所做的功为某力对物体所做的功 F为该力的大小为该力的大小 l为位移的大小为位移的大小 a为该力的方向与位移方向间的夹角为该力的方向与位移方向间的夹角 求恒力的功注意：注意： 公式公式(gngsh)W=FScosa中，中，S为为F的的作用点移动的距离。作用点移动的距离。第2页/共37页第二页，共38页。正功与负功 功的正负既不表示方向功的正负既不表示方向(fngxing)又不表又不表示大小，表示性质。示大小，表示性质。 某力对物体做负功，可说成：物体克服该某力对物体做负功，

3、可说成：物体克服该力做了功（取绝对值）。力做了功（取绝对值）。，阻力做负功时，当，动力做正功时，当时，当0202002WWW第3页/共37页第三页，共38页。W合合=W总总=W1+W2+W3+ （W1，W2，W3自带正负号自带正负号） 总功与合力总功与合力(hl)的功的功第4页/共37页第四页，共38页。功率功率(gngl)P： 单位时间内所做的功，表示做功的快慢。单位时间内所做的功，表示做功的快慢。 额定功率额定功率(gngl)： 在正常条件下，可以长时间工作的最大功率在正常条件下，可以长时间工作的最大功率(gngl)。 若实际功率若实际功率(gngl)大于额定功率大于额定功率(gngl)，

4、对发动机有害，对发动机有害， 只允许持续很短的时间，而只允许持续很短的时间，而且要尽量避免。且要尽量避免。 功率功率(gngl)第5页/共37页第五页，共38页。求平均功率的公式求平均功率的公式(gngsh)coscosvFtFltWP第6页/共37页第六页，共38页。瞬时功率瞬时功率coscos0FvtFltWPt 时，求瞬时功率的公式求瞬时功率的公式(gngsh)： cosFvP P某时某力的功率某时某力的功率 F此时该力的大小（此时该力的大小（F可以是变力）可以是变力） v此时的速率此时的速率 a此时该力与速度此时该力与速度(sd)间的夹角间的夹角 第7页/共37页第七页，共38页。注意

5、： 1. P=FV为瞬间关系式 2. P一定时，V减小，F增大 3. 汽车上坡时，换用低速挡，以获 得较大牵引力 4. 高速(o s)火车、汽车、轮船需要大功 率发动机发动机的功率发动机的功率(gngl)(gngl)即牵引力即牵引力的功率的功率(gngl)(gngl)：P=FVP=FV第8页/共37页第八页，共38页。平直公路上，汽车平直公路上，汽车(qch)(qch)以恒以恒定功率定功率P P启动（设阻力恒为启动（设阻力恒为f f）开始开始(kish)时，速度时，速度V小，牵引力小，牵引力F大，故大，故FfV-amfFa FFVP当牵引力减到当牵引力减到F=f时，时， a=0，速度达到最大值

6、，速度达到最大值 Vm=P/f (若若P恒为恒为 P额，则额，则Vm=P额额/f），），此此 后开始后开始(kish)匀速匀速运动。运动。 VOt第9页/共37页第九页，共38页。平直(pn zh)公路上，汽车以加速度a匀加速启动（设阻力恒为f） P=FV=(f+ma)at，可见，可见Pt PP额额 匀加速匀加速(ji s)过程持续时间过程持续时间 tamafP额匀加速匀加速(ji s)过程的速度过程的速度V不会超过不会超过P额额/（f+ma) 第10页/共37页第十页，共38页。P增到增到P额后，开始定功率额后，开始定功率(gngl)运行运行 当当F=f时，速度达最大值时，速度达最大值 Vm

7、=P额额/f，此后开始，此后开始(kish)匀速运动。匀速运动。 P P刚增到刚增到P P额额时，加速度仍为时，加速度仍为a a，牵引力仍为，牵引力仍为f+ma f+ma VFaVOt平直公路上，汽车以加速(ji s)度a匀加速(ji s)启动（设阻力恒为f）第11页/共37页第十一页，共38页。21mghmghWG-重力对物体做的功跟物体运动的路径无关，重力对物体做的功跟物体运动的路径无关， 只跟物体的初、末位置有关。只跟物体的初、末位置有关。 *重力所做的功等于重力所做的功等于(dngy)重力的大小乘初、重力的大小乘初、末位末位 置的高度差（正、负号视情况而定）。置的高度差（正、负号视情况

8、而定）。 重力重力(zhngl)做功的特做功的特点点第12页/共37页第十二页，共38页。重力做功(zugng)与重力势能把把mgh叫做重力势能，用叫做重力势能，用EP表示。表示。 EP =mgh（重力势能为标量、状态量）（重力势能为标量、状态量）物体的重力势能等于它所受重力的大小与所处物体的重力势能等于它所受重力的大小与所处高度高度(god)的乘积。的乘积。WG=EP1-EP2=-EP（EP1=mgh1为初势能，为初势能，EP2=mgh2为末势能）为末势能） 在某一过程中，重力对物体所做的功等于物在某一过程中，重力对物体所做的功等于物体的重力势能的减少（即增量的相反数）。体的重力势能的减少（

9、即增量的相反数）。第13页/共37页第十三页，共38页。重力势能重力势能(zhn l sh nn)的相对性的相对性 物体的高度是相对于某一水平面（参考平物体的高度是相对于某一水平面（参考平面）而言的。面）而言的。 重力势能也是相对于某一水平面（参考平重力势能也是相对于某一水平面（参考平面）而言的。面）而言的。 在参考平面，高度为零，物体的重力势能在参考平面，高度为零，物体的重力势能为零；参考平面可任意选取，常取地面为为零；参考平面可任意选取，常取地面为参考平面。参考平面。 重力势能的数值与参考平面的选取有关，重力势能的数值与参考平面的选取有关，而重力势能的差值（或变化而重力势能的差值（或变化(

10、binhu)）与）与参考平面的选取无关。参考平面的选取无关。EP=mgh 重力势能的正负表示大小。重力势能的正负表示大小。第14页/共37页第十四页，共38页。势能是系统势能是系统(xtng)所共所共有的有的 重力势能是地球与物体所组成的系统所共重力势能是地球与物体所组成的系统所共有的有的 “物体具有重力势能物体具有重力势能”是通俗是通俗(tn s)的的说法说法第15页/共37页第十五页，共38页。弹性(tnxng)势能 发生弹性形变的物体的各部分之间，由于发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用，因而具有弹性势能有弹力的相互作用，因而具有弹性势能(shnng)。 当弹簧的长度为原

11、长时，弹簧没有形变，当弹簧的长度为原长时，弹簧没有形变，规定其弹性势能规定其弹性势能(shnng)为为0。弹簧被拉。弹簧被拉伸（或压缩）后，就具有弹性势能伸（或压缩）后，就具有弹性势能(shnng)。第16页/共37页第十六页，共38页。拉力拉力(ll)做功与弹性势能的做功与弹性势能的关系关系做功的过程就是能量转化做功的过程就是能量转化(zhunhu)的过程，的过程，要探究弹要探究弹 性势能的表达式，可先分析拉力做性势能的表达式，可先分析拉力做功。功。 弹弹弹弹EEWD DW：将弹簧从原长开始拉长：将弹簧从原长开始拉长l的过程中，拉力的过程中，拉力 所所做的功做的功 E弹：弹簧的伸长弹：弹簧的

12、伸长(shn chn)量为量为l时，弹簧所时，弹簧所具有的弹具有的弹 性势能所以：性势能所以： 第17页/共37页第十七页，共38页。怎样(znyng)计算拉力做的功（将变力做功（将变力做功(zugng)(zugng)化为恒力做功化为恒力做功(zugng)(zugng)） nnlFlFlFWDDD.2211n22121klkllWFOklllFOklllFOklll第18页/共37页第十八页，共38页。弹性弹性(tnxng)势能的表达式势能的表达式* * F-l F-l图线下的面积图线下的面积(min j)(min j)表示功！表示功！221klW 量）为弹簧的伸长量或缩短弹lklE(212弹

13、性弹性(tnxng)势能的表势能的表达式达式第19页/共37页第十九页，共38页。探究力对原来探究力对原来(yunli)静止的物体静止的物体做的功与物体获得的速度的关系的做的功与物体获得的速度的关系的思路思路 实验装置实验装置(见教材见教材P70） 当小车质量当小车质量Mm时，小车所受的拉力时，小车所受的拉力Fmg。车的。车的位移位移L可从纸带测出。力对小车所做的功可从纸带测出。力对小车所做的功W=FL。 小车分别在小车分别在1条、条、2条、条、3条条同样的橡皮筋的作用同样的橡皮筋的作用(zuyng)下弹出（使每次实验中橡皮筋拉伸的长度下弹出（使每次实验中橡皮筋拉伸的长度保持一致），则橡皮筋的

14、功可记为保持一致），则橡皮筋的功可记为W0、2W0、3W0 小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出 以以“W0”为单位，作出为单位，作出W-V图象图象第20页/共37页第二十页，共38页。注意事项注意事项 1.为了保证拉力的功或橡皮筋的功为总功，为了保证拉力的功或橡皮筋的功为总功， 必须平衡摩擦力；必须平衡摩擦力； 2. 用橡皮筋将小车弹出时，如何测量用橡皮筋将小车弹出时，如何测量V： 选用纸带上代表匀速运动的那段进行选用纸带上代表匀速运动的那段进行(jnxng)测量；测量； 3.操作橡皮筋时，操作橡皮筋时， 必须是同样的橡皮筋、同样的拉伸量。必须是同

15、样的橡皮筋、同样的拉伸量。第21页/共37页第二十一页，共38页。数据处理如果认为如果认为W W可能与可能与V2V2成正比，怎样检验？成正比，怎样检验？可以作出可以作出W-V2W-V2图象，再看图象，再看W-V2W-V2图象是否图象是否(sh fu)(sh fu)为一条过原点直线。为一条过原点直线。第22页/共37页第二十二页，共38页。V2V1lF合F合mmlFW合合lmaaVVma22122-21222121mVmVW-合221mVEk定义：动能注意：动能是标量、状态注意：动能是标量、状态(zhungti)量（动量（动能对应于某一时刻）能对应于某一时刻）动能动能(dngnng)第23页/共

16、37页第二十三页，共38页。末动能末动能(dngnng) 动能动能(dngnng)增量增量 kkkEEEmVmVWD-1221222121合初动能初动能(dngnng) 在某一过程中，在某一过程中，合力合力对物体所做的功等于物体在对物体所做的功等于物体在 这一过程中的动能的这一过程中的动能的增量增量。 物体受物体受变力变力作用或做作用或做曲线曲线运动时动能定理运动时动能定理也适用也适用。kEWWD总合动能定理动能定理第24页/共37页第二十四页，共38页。注意(zh y)： 动能增量动能增量(zn lin)可正可负可正可负 用动能定律解题的优点：不涉及加速度和用动能定律解题的优点：不涉及加速度

17、和时间时间第25页/共37页第二十五页，共38页。动能与势能的相互(xingh)转化通过重力或弹力做功通过重力或弹力做功(zugng)，动能与势，动能与势能可以相互转化。能可以相互转化。第26页/共37页第二十六页，共38页。机械能守恒定律 如果只有重力做功（只受重力、除重力外其如果只有重力做功（只受重力、除重力外其他力抵消、不做功或他力抵消、不做功或W非非G =0），则：），则： W总总=WG=EK2-EK1 WG=EP1-EP2 EK2+EP2=EK1+EP1 即：末了总机械能等于初始总机械能即：末了总机械能等于初始总机械能 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能在只有重力或弹力做功的物体

18、系统内，动能与势能可以相互与势能可以相互(xingh)转化，而总的机械转化，而总的机械能保持不变能保持不变机械能守恒定律。机械能守恒定律。第27页/共37页第二十七页，共38页。 只需考虑运动只需考虑运动(yndng)的初状态和末状的初状态和末状态，态， 不必考虑运动不必考虑运动(yndng)过程的中间细节。过程的中间细节。应用应用(yngyng)机械能守恒定律机械能守恒定律解决问题的优点：解决问题的优点：第28页/共37页第二十八页，共38页。验证机械能守恒定律实验(shyn)原理 实验装置实验装置 P79 研究对象研究对象 ：自由落体：自由落体 在纸带上选取在纸带上选取A、B两点，测出两点

19、，测出AB间距离间距离h，则从则从A落到落到B重物的重力势能减少重物的重力势能减少mgh，研，研究纸带可测出究纸带可测出VA、VB，则从，则从A落到落到B重物重物的动能增加的动能增加mVB2/2-mVA2/2 看看mgh是否等于是否等于mVB2/2-mVA2/2，即可，即可验证验证(ynzhng)机械能是否守恒。机械能是否守恒。第29页/共37页第二十九页，共38页。注意事项 减小阻力：减小阻力： 计时器的两限位孔应在同一竖线上，所选计时器的两限位孔应在同一竖线上，所选重物应当体积小、密度大，应选用电火花重物应当体积小、密度大，应选用电火花计时器。计时器。 取测量点：取测量点： 去掉开头比较密

20、集的点，让所取两点的间去掉开头比较密集的点，让所取两点的间距适当大些；距适当大些； 或者让初速或者让初速(ch s)为零（选取第为零（选取第1、2两两点相距约点相距约2mm的纸带）。的纸带）。第30页/共37页第三十页，共38页。能量(nngling)守恒定律源于：源于： 永动机的不可能性永动机的不可能性 各种自然现象之间的相互各种自然现象之间的相互(xingh)联系与转化联系与转化人们总结出：能量守恒定律人们总结出：能量守恒定律能量既不会消能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物其他形式，或者从一个物体转移

21、到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。保持不变。第31页/共37页第三十一页，共38页。能源(nngyun)和能量的耗散 煤炭和石油资源是有限的煤炭和石油资源是有限的 能源短缺和环境恶化能源短缺和环境恶化关系到人类社会能关系到人类社会能否持续发展的大问题否持续发展的大问题(wnt) 燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出来，就燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出来，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用不会再次自动聚集起来供人类重新利用能量的耗散。（宏观过程具有方向性）能量的耗散。（宏观过程具有方向性） 能量耗散表明：能量在数量上并未减少，但能量耗

22、散表明：能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变在可利用的品质上降低了，从便于利用的变为不便于利用的了。为不便于利用的了。第32页/共37页第三十二页，共38页。 计算物体的重力势能时，要看重心的高度。计算物体的重力势能时，要看重心的高度。 作用力与反作用力的功无必然联系。作用力与反作用力的功无必然联系。 PG=mgVy 学会用功能关系、能量守恒观点分析问题学会用功能关系、能量守恒观点分析问题(wnt)。 速度最大时，速度最大时，a=0 摩擦力做功与路径有关，重力、弹力做功与路径无摩擦力做功与路径有关，重力、弹力做功与路径无关。关。 功是能量转化的量度。功是能量转化的量度

23、。补充补充(bchng)知识知识第33页/共37页第三十三页，共38页。KGEWEWDD总机总非若牵引力若牵引力F的功率恒为的功率恒为P，F为变力，为变力，F的功的功 W=Pt 用动能定理解题时，一定用动能定理解题时，一定(ydng)要先确定研究对要先确定研究对象象 和研究过程（确定初、末状态和位移），对和研究过程（确定初、末状态和位移），对 研究对象进行受力分析。研究对象进行受力分析。 可用动能定理求变力做功。可用动能定理求变力做功。 fPV/max补充补充(bchng)知识知识第34页/共37页第三十四页，共38页。 对于多物体系统的复杂过程对于多物体系统的复杂过程(guchng)，可对各

24、物体的各过程可对各物体的各过程(guchng)，分别运，分别运用动能定理。用动能定理。 Wf= - f S路程路程 若机械能守恒，则动能的增量若机械能守恒，则动能的增量=势能的减少势能的减少（或动能的减少等于势能的增量）。（或动能的减少等于势能的增量）。 系统的机械能守恒的条件：系统与外界没系统的机械能守恒的条件：系统与外界没有能量交换，系统内无机械能与非机械能有能量交换，系统内无机械能与非机械能相互转化。方程：系统总势能的减少相互转化。方程：系统总势能的减少=系统系统总动能的增加。总动能的增加。补充补充(bchng)知识知识第35页/共37页第三十五页，共38页。 求物体在某一时刻的重力势能

25、，可分段求物体在某一时刻的重力势能，可分段(fn dun)求出各部分的势能，再累加。求出各部分的势能，再累加。 若两物体构成的系统机械能守恒，则一个若两物体构成的系统机械能守恒，则一个物体的机械能的增量物体的机械能的增量=另一个物体的机械能另一个物体的机械能的减少。的减少。 摩擦生热摩擦生热Q=fL相相 系统内参与转化的能量只有机械能和内能系统内参与转化的能量只有机械能和内能时，时，Q=系统总机械能的减少。系统总机械能的减少。补充补充(bchng)知识知识第36页/共37页第三十六页，共38页。感谢感谢(gnxi)观看！观看！第37页/共37页第三十七页，共38页。NoImage内容(nirng)总结功。功是标量过程量（做功需要经历一个过程）。功的正负既不表示方向又不表示大小，表示性质。P某时某力的功率。a此时该力与速度间的夹角。参考平面可任意选取，常取地面为参考平面。当小车质量Mm时，小车所受的拉力Fmg。注意：动能是标量、状态量（动能对应于某一时刻）。只需考虑运动的初状态和末状态，。能源短缺和环境恶化( hu)关系到人类社会能否持续发展的大问题。感谢观看第三十八页，共38页。