机械能及其守恒定律-2023年高考物理必背知识手册.pdf

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1、专题0 7 机械能及其守恒定律一考点要求考点内容要求课程标准要求追寻守恒量能量b1.理解功和功率.了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义.2.理解动能和动能定理.能用动能定理解释生产生活中的现象.3.理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系.定性了解弹性势能。4.理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题.功C功率C重力势能C弹性势能b动能和动能定理d机械能守恒定律d能量守恒定律与能源d、思维导图机械能及其守恒定律机械能匚 知识梳理一、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

2、.定义式:=Ficos e,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：恒力的功可根据少=F i c o s。进行计算，本公式只适用于恒力做功.根 据 少=?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）总功计算方法一：先求合外力不，再 用 町 =F J c o s。求功.方法二：先求各个力做的功匕、%、匕.再应用%合=%+甩+%

3、求合外力做的功.方法三：利 用 动 能 定 理%=Ekl-Ek 0.3.正功与负功当0 w 0,力对物体做正功.当a=g 时，W=0,力对物体不做功.当十Wk时，W 昨 一 mg 1-co s。）=0=昨=mgk 1-co s。）三、机车起动P动力学方程：F”maV1.以恒定功率P启动过程分析：机车的运动过程是先作加速度减小的加速运动，后以最大速度V,=与作匀速直线运动.vm转折点：在转折点4牵引力与阻力大小相等，加速度为零，速度达到最大，为一 生终态：匀速运动，最 大 速 度 以=殳F,2.以恒定牵引力F启动过程分析：机车先作匀加速运动,维持时间4=工=J,当功率增大到额定功率时速度为a(F

4、z+ma)a匕=蜃 一，而后开始作加速度减小的加速运动，最后以最大速度匕，=生 作Ff+ma Ff匀速直线运动。p-pa=-不 变=下不变，v T=P=Fv 到最大为=七=Fv1m心i不 变，a 0=v T=F=J n a=Jvm/转折点：在转折点a功率达到额定功率，匀加速运动结束,此时匕=；Ff+ma在转折点8,速度达到最大，为 乙=冬Ff终态：匀速运动，最 大 速 度 以=经1Ff技巧点拨；无论哪种启动过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即 匕=Ff机车以恒定功率运行时，牵引力做的功%=R,由动能定理得Pt-Ffx=AE/,用该式可求解机车以恒定功率启动过程的位移或速度问题.四、

5、应用动能定理解题的一般步骤1.选对象：确定研究对象和研究过程2.两分析：运动分析：运动性质及特点、明确初、末状态受力分析：受力分析，确定做功情况，求总功3.列方程：分阶段或全过程列动能定理技巧点拨；应用动能定理的注意事项动能定理中的位移和速度必须是相对于同一个参考系的，一般以地面或相对地面静止的物体为参考系.应用动能定理的关键在于对研究对象进行准确地受力分析及运动过程分析，并画出运动过程的草图，借助草图理解物理过程之间的关系.当物体的运动包含多个不同过程时，可分段应用动能定理求解；当所求解的问题不涉及中间的速度时，也可以全过程应用动能定理求解，这样更简便.全过程列式时，重力、弹簧弹力做功取决于

6、物体的初、末位置，与路径无关；大小恒定的阻力或摩擦力做功的数值等于力的大小与路程的乘积（动能定理分析往复运动问题可使解题过程简化）列动能定理方程时，必须明确各力做功的正、负，确实难以判断的先假定为正功，最后根据结果加以检验.五、机械能与图象结合的问题1 .解决图象问题的基本步骤观察题目给出的图象，弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义.根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式.将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比，找出图线的斜率、截距、图线的交点、图线下的面积等所表示的物理意义，分析解答问题，或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物

7、理量.2 .图象所围“面积”和图象斜率的含义V -f图像：图线与横轴围成的面积表示位移（X =vt）。-f图像：图线与横轴围成的面积表示速度变化量（A n =at）尸-x图像：图线与横轴围成的面积表示功（皿=Fx）玛.-x图像：图线的斜率表示合外力（F合=%一%）A x-E-x图像：图线的斜率的绝对值表示重力（G =产）A wP-f图像：图线与横轴围成的面积表示功（=尸/）六、应用机械能守恒定律解题的一般步骤1.选取研究对象；2.进行受力分析，明确各力的做功情况，判断机械能是否守恒；3.选取参考平面，确定初、末状态的机械能或确定动能和势能的改变量；4.根据机械能守恒定律列出方程；5.解方程求出

8、结果，并对结果进行必要的讨论和说明.七、几种常见的功能关系几种常见力做功对应的能量变化关系式重力正功重力势能减少%=Ep=工-Epz技巧点拨：物体动能的增加与减少要看合外力对物体做正功还是做负功.负功重力势能增加弹簧等的弹力正功弹性势能减少少弹=_ Ep=民、-Ep2负功弹性势能增加L电场力正功电势能减少少电=-bE=%-E电负功电势能增加合力正功动能增加少合=A a=区2-a 负功动能减少除重力和弹簧弹力以外的其他力正功机械能增加少 其 他=E=E?-E、负功机械能减少一对滑动摩擦力做功机械能减少内能增加Q=F*As相 对势能的增加与减少要看对应的作用力（如重力、弹黄弹力、电场力等）做负功还

9、是做正功.机械能增加与减少要看重力和弹簧弹力之外的力对物体做正功还是做负功.八、涉及弹簧的能量问题：从能量的角度看，弹簧是储能元件.处理涉及弹簧的能量问题时,要特别注意：1.当涉及弹簧的弹力做功时，由于弹簧的弹力是变力，故一般不直接采用功的定义式求解.中学阶段通常根据动能定理、机械能守恒定律或能量守恒定律来间接求解弹簧弹力做的功或弹簧储存的弹性势能.2.弹簧的弹性势能与弹簧的规格和形变程度有关，对同一根弹簧而言，无论是处于伸长状态还是压缩状态，只要形变量相同,其储存的弹性势能就相同.九、传送带问题1.设问的角度动力学角度：首先要正确分析物体的运动过程，做好受力分析，然后利用运动学公式结合牛顿第二定律求物体及传送带在相应时间内的位移,找出物体和传送带之间的位移关系.能量角度:求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等，常依据功能关系或能量守恒定律求解.2.功能关系分析功能关系分析：爪=A E+A 瓦+Q.对 少 和。的理解：传送带克服摩擦力做的功：%=R x传;产生的内能：叫=今 X相 对.