高考物理必背知识手册07机械能及其守恒定律.pdf
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1、专 题 0 7 机 械 能 及 其 守 恒 定 律 1、考 点 要 求 考 点 内 容 要 求 课 程 标 准 要 求 追 寻 守 恒 量 一 一 能 量 b1.理 解 功 和 功 率。了 解 生 产 生 活 中 常 见 机 械 功 C 的 功 率 大 小 及 其 意 义。功 率 C2.理 解 动 能 和 动 能 定 理。能 用 动 能 定 理 解 释 重 力 势 能 C生 产 生 活 中 的 现 象。3.理 解 重 力 势 能,知 道 重 力 势 能 的 变 化 与 重 弹 性 势 能 b力 做 功 的 关 系。定 性 了 解 弹 性 势 能。动 能 和 动 能 定 理 d4.理 解 机 械
2、 能 守 恒 定 律,体 会 守 恒 观 念 对 认 机 械 能 守 恒 定 律 d识 物 理 规 律 的 重 要 性。能 用 机 械 能 守 恒 定 律 分 析 能 量 守 恒 定 律 与 能 源 d生 产 生 活 中 的 有 关 问 题。匚 知 识 梳 理 功 1.功 的 定 义:力 和 作 用 在 力 的 方 向 上 通 过 的 位 移 的 乘 积.是 描 述 力 对 空 间 积 累 效 应 的 物 理 量,是 过 程 量.定 义 式:W=Ficos。,其 中/是 力,/是 力 的 作 用 点 位 移(对 地),。是 力 与 位 移 间 的 夹 角.2.功 的 大 小 的 计 算 方 法
3、:恒 力 的 功 可 根 据 W=&c o s。进 行 计 算,本 公 式 只 适 用 于 恒 力 做 功.根 据 W=pt,计 算 一 段 时 间 内 平 均 做 功.利 用 动 能 定 理 计 算 力 的 功,特 别 是 变 力 所 做 的 功.根 据 功 是 能 量 转 化 的 量 度 反 过 来 可 求 功.摩 擦 力、空 气 阻 力 做 功 的 计 算:功 的 大 小 等 于 力 和 路 程 的 乘 积.发 生 相 对 运 动 的 两 物 体 的 这 一 对 相 互 摩 擦 力 做 的 总 功:W=fd(d 是 两 物 体 间 的 相 对 路 程),且 W=Q(摩 擦 生 热)总 功
4、 计 算 方 法 一:先 求 合 外 力 E合,再 用 W合=心/c o s。求 功.方 法 二:先 求 各 个 力 做 的 功 叱、叱、网.再 应 用%=%+吗+吗.求 合 外 力 做 的 功.方 法 三:利 用 动 能 定 理%=Ek,-Ek0.冗 当 0 W a 万 时,W 0,力 对 物 体 做 正 功.当。=彳 时,/勺 0,力 对 物 体 不 做 功.当 时,用 0,力 对 物 体 做 负 功,或 者 说 物 体 克 服 这 个 力 做 了 功.二、功 率 1.功 率 的 概 念:功 率 是 表 示 力 做 功 快 慢 的 物 理 量,是 标 量.求 功 率 时 一 定 要 分 清
5、 是 求 哪 个 力 的 功 率,还 要 分 清 是 求 平 均 功 率 还 是 瞬 时 功 率.2.功 率 的 计 算 平 均 功 率:P=(定 义 式)表 示 时 间 t 内 的 平 均 功 率,不 管 是 恒 力 做 功,还 是 变 力 做 功,都 适 用.瞬 时 功 率:P=Fvcosf),式 中。为 尸、u 的 夹 角.技 巧 点 拨:若 U为 瞬 时 速 度,则 P 为 瞬 时 功 率.若 U为 平 均 速 度,则 P 为 平 均 功 率 3.额 定 功 率 与 实 际 功 率 额 定 功 率:发 动 机 正 常 工 作 时 的 最 大 功 率.实 际 功 率:发 动 机 实 际
6、输 出 的 功 率,它 可 以 小 于 额 定 功 率,但 不 能 长 时 间 超 过 额 定 功 率.技 巧 点 拨:交 通 工 具 的 启 动 问 题 通 常 说 的 机 车 的 功 率 或 发 动 机 的 功 率 实 际 是 指 其 牵 引 力 的 功 率.三、动 能 1.定 义:物 体 由 于 运 动 而 具 有 的 能 量 叫 做 动 能.2.公 式:Ek-mv2,单 位:焦 耳(J).1J=1N m=1kg-m1/s.3.动 能 是 描 述 物 体 运 动 状 态 的 物 理 量,是 个 状 态 量.技 巧 点 拨:动 能 和 动 量 的 区 别 和 联 系 动 能 是 标 量,动
7、 量 是 矢 量,动 量 改 变,动 能 不 一 定 改 变;动 能 改 变,动 量 一 定 改 变.两 者 的 物 理 意 义 不 同:动 能 和 功 相 联 系,动 能 的 变 化 用 功 来 量 度;动 量 和 冲 量 相 联 系,动 量 的 变 p-化 用 冲 量 来 量 度.两 者 之 间 的 大 小 关 系 为 E*=2m四 动 能 定 理 1.内 容:力 在 一 个 过 程 中 对 物 体 做 的 功,等 于 物 体 在 这 个 过 程 中 动 能 的 变 化.2.表 达 式:%.=mvt-mv0.2 23.物 理 意 义:合 力 做 的 功 是 物 体 动 能 变 化 的 量
8、度.技 巧 点 拨:动 能 是 标 量,功 也 是 标 量,所 以 动 能 定 理 是 一 个 标 量 式,不 存 在 方 向 的 选 取 问 题.当 然 动 能 定 理 也 就 不 存 在 分 量 的 表 达 式.例 如,将 物 体 以 相 同 大 小 的 初 速 度 不 管 从 什 么 方 向 抛 出,若 最 终 落 到 地 面 时 速 度 大 小 相 同,所 列 的 动 能 定 理 的 表 达 式 都 是 一 样 的.高 中 阶 段 动 能 定 理 中 的 位 移 和 速 度 必 须 相 对 于 同 一 个 参 考 系,一 般 以 地 面 或 相 对 地 面 静 止 的 物体 为 参 考
9、 系 动 能 定 理 说 明 了 合 外 力 对 物 体 所 做 的 功 和 动 能 变 化 间 的 因 果 关 系 和 数 量 关 系,不 可 理 解 为 功 转 变 成 了 物 体 的 动 能 合 外 力 做 的 功 为 零 时,合 外 力 不 一 定 为 零(如 匀 速 圆 周 运 动),物 体 不 一 定 处 于 平 衡 状 态 动 能 定 理 的 表 达 式 是 在 物 体 受 恒 力 作 用 且 做 直 线 运 动 的 情 况 下 得 出 的.但 它 也 适 用 于 变 力 及 物 体 作 曲 线 运 动 的 情 况.应 用 动 能 定 理 只 考 虑 初、末 状 态,没 有 守
10、恒 条 件 的 限 制,也 不 受 力 的 性 质 和 物 理 过 程 的 变 化 的 影 响.所 以,凡 涉 及 力 和 位 移,而 不 涉 及 力 的 作 用 时 间 的 动 力 学 问 题,都 可 以 用 动 能 定 理 分 析 和 解 答,而 且 一 般 都 比 用 牛 顿 运 动 定 律 和 机 械 能 守 恒 定 律 简 捷.当 物 体 的 运 动 是 由 几 个 物 理 过 程 所 组 成,又 不 需 要 研 究 过 程 的 中 间 状 态 时,可 以 把 这 几 个 物 理 过 程 看 作 一 个 整 体 进 行 研 究,从 而 避 开 每 个 运 动 过 程 的 具 体 细
11、节,具 有 过 程 简 明、方 法 巧 妙、运 算 量 小 等 优 点.五、重 力 势 能 1.定 义:地 球 上 的 物 体 具 有 跟 它 的 高 度 有 关 的 能 量,叫 做 重 力 势 能 2.表 达 式:Ep=mgh.技 巧 点 拨:重 力 势 能 是 地 球 和 物 体 组 成 的 系 统 共 有 的,而 不 是 物 体 单 独 具 有 的.重 力 势 能 的 大 小 和 零 势 能 面 的 选 取 有 关.重 力 势 能 是 标 量,但 有“+”、之 分.3.重 力 做 功 的 特 点:重 力 做 功 只 决 定 于 初、末 位 置 间 的 高 度 差,与 物 体 的 运 动
12、路 径 无 关.WG-mg Ah.做 功 跟 重 力 势 能 改 变 的 关 系:%=一%.六、弹 性 势 能:.1.定 义:发 生 弹 性 形 变 的 物 体 之 间,由 于 有 弹 力 的 相 互 作 用 而 具 有 的 势 能 2.表 达 式:Ep=1 kx2.做 功 跟 弹 性 势 能 改 变 的 关 系:弹 力 做 功 等 于 弹 性=-A p.P七 机 械 能 守 恒 定 律 1.机 械 能:动 能 和 势 能(重 力 势 能、弹 性 势 能)统 称 为 机 械 能,=E+E2.机 械 能 守 恒 定 律 内 容:在 只 有 重 力(和 弹 簧 弹 力)做 功 的 情 形 下,物
13、体 动 能 和 重 力 势 能(及 弹 性 势 能)发 生 相 互 转 化,但 机 械 能 的 总 量 保 持 不 变.表 达 式:+-mv0-mght+-mvt2 23.机 械 能 是 否 守 恒 的 三 种 判 断 方 法 利 用 做 功 判 断:若 物 体 或 系 统 只 有 重 力(或 弹 簧 的 弹 力)做 功,虽 受 其 他 力,但 其 他 力 不 做 功(或 做 功 代 数 和 为 0),则 机 械 能 守 恒.利 用 能 量 转 化 判 断:若 物 体 或 系 统 与 外 界 没 有 能 量 交 换,物 体 或 系 统 也 没 有 机 械 能 与 其 他 形 式 能 的 转 化
14、,则 机 械 能 守 恒.利 用 机 械 能 的 定 义 判 断:若 物 体 动 能、势 能 之 和 不 变,则 机 械 能 守 恒.对 一 些 绳 子 突 然 绷 紧,物 体 间 非 弹 性 碰 撞 等 问 题,除 非 题 目 特 别 说 明,机 械 能 必 定 不 守 恒,完 全 非 弹 性 碰 撞 过 程 机 械 能 也 不 守 恒.4.系 统 机 械 能 守 恒 的 三 种 表 示 方 式:守 恒 角 度:系 统 初 状 态 机 械 能 的 总 和 与 末 状 态 机 械 能 的 总 和 相 等,即 E,=E2技 巧 点 拨:选 好 重 力 势 能 的 参 考 平 面,且 初、末 状
15、态 必 须 用 同 一 参 考 平 面 计 算 势 能 转 化 角 度:系 统 减 少(或 增 加)的 重 力 势 能 等 于 系 统 增 加(或 减 少)的 动 能,即&=一 昴 技 巧 点 拨:分 清 重 力 势 能 的 增 加 量 或 减 少 量,可 不 选 参 考 平 面 而 直 接 计 算 初、末 状 态 的 势 能 差 转 移 角 度:系 统 内 A 部 分 物 体 机 械 能 的 增 加 量 等 于 8 部 分 物 体 机 械 能 的 减 少 量,即 邑 墙=XE B 减 技 巧 点 拨:常 用 于 解 决 两 个 或 多 个 物 体 组 成 的 系 统 的 机 械 能 守 恒
16、问 题 技 巧 点 拨:解 题 时 究 竟 选 取 哪 一 种 表 达 形 式,应 根 据 题 意 灵 活 选 取;需 注 意 的 是:选 用 式 时,必 须 规 定 零 势 能 参 考 面,而 选 用 式 和 式 时,可 以 不 规 定 零 势 能 参 考 面,但 必 须 分 清 能 量 的 减 少 量 和 增 加 量.八、功 能 关 系 1.当 只 有 重 力(或 弹 簧 弹 力)做 功 时,物 体 的 机 械 能 守 恒.2.重 力 对 物 体 做 的 功 等 于 物 体 重 力 势 能 的 减 少:%=一 耳 3.合 外 力 对 物 体 所 做 的 功 等 于 物 体 动 能 的 变
17、化:%=Ek,-EkQ(动 能 定 理)4.除 了 重 力(或 弹 簧 弹 力)之 外 的 力 对 物 体 所 做 的 功 等 于 物 体 机 械 能 的 变 化:场 余 重 力 弹 力 外 其 他 力=E,一 E。九、能 量 和 动 量 的 综 合 运 用 动 量 与 能 量 的 综 合 问 题,是 高 中 力 学 最 重 要 的 综 合 问 题,也 是 难 度 较 大 的 问 题.分 析 这 类 问 题 时,应 首 先 建 立 清 晰 的 物 理 图 景,抽 象 出 物 理 模 型,选 择 物 理 规 律,建 立 方 程 进 行 求 解.这 一 部 分 的 主 要 模 型 是 碰 撞.而
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