功和能专题复习课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、功和能专题复习第1页动能定理:外力对物体做功代数和等于物体动能增量。3、功一定是在某个物理过程中发生,是过程量;动能是反应物体状态状态量,由动能定理可知:过程量和等于状态量差。4、动能定理即使是在恒力做功及直线运动情景下推导得出,但能够证实在变力做功及曲线运动时也是成立。1、表示物体所受各力做功代数和,也可表述为物体所受合外力功。2、表示物体动能增量。当时,,物体动能增加;当 时,,物体动能减小;当时,物体动能不变。第2页动能定理应用(一)例:在水平冰面上,某人以F=20N水平推力,推着质量m=60kg冰车,由静止开始运动。若冰车受到摩擦力是它对冰面压力0.01倍,当冰车前进了30m后,撤去推
2、力,冰车又滑行了一段距离后停下。求:(1)在撤去推力时,冰车速度是多大?(2)从冰车开始运动到最终停下,总共前进了多少距离?FfNmgv0=0safNmgvaNmgs1s2t=0t=t1t=t1+t2avavvt=0第3页利用动力学与运动学规律规范解题格式时空关系:t=t1+t2s=s1+s2冰车由静止开始做匀加速运动到撤去拉力过程中:动力学描述:运动学描述:从撤去拉力到冰车停顿做匀减速运动过程中:动力学描述:运动学描述:解得:第4页利用动能定了解题规范格式冰车从开始运动到撤去外力过程中,由动能定理有:解得:冰车从撤去外力到停顿运动过程中,由动能定理有:解得:由s=s1+s2可知:s=100m
3、第5页M利用动能定了解题操作步骤:1、确定研究对象2、选择初、末状态,判断对应动能3、对初、末状态间过程进行做功分析4、动能定理描述运动模型5、求解方程6、对结果进行必要地分析或讨论。M物体受几个力?M物体所受各力中哪些做功,哪些不做功?M各力做功所对应位移是什么?M哪些力做正功,哪些力做负功?M哪些是恒力做功,哪些是变力做功?Fs(v)与动能定理相关文字表述规范:“谁”从“哪儿”到“哪儿”,由动能定理,有:第6页例:一质量m=2kg物块,放在高h=2m平台上,现受一水平推力F=10N,由静止开始运动,物块与平台间动摩擦因数=0.2。当物块滑行了s1=5m时撤去F,继续向前滑行s2=5m后飞出
4、平台,不计空气阻力,求物块落地时速度大小?F s1 s2 hFfNmgfNmgmg第7页做功分析:物体从开始运动到落地前瞬间:重力做正功,对应位移为h;支持力不做功;拉力做正功,对应位移为s1;摩擦力做功位移为s1+s2。各力均为恒力做功。解:物体从开始运动到落地前瞬间,由动能定理有:解得:第8页例:一质量为100g小球以10m/s初速度竖直向上抛出,在运动过程中受到大小恒为0.2N空气阻力影响,求:(g=10m/s2)(1)小球上升最大高度是多少?(2)小球回到抛出点时速度是多大?第9页例:质量为m小球从离泥塘高H处由静止落下,不计空气阻力,落在泥塘上又深入泥塘h后停顿,如图413所表示,求
5、小球在泥塘中运动时所受平均阻力多大?H图4-13h第10页例:一质量为m小球,用长为l轻绳悬挂于O点,小球在水平力F作用下,从平衡位置P点很迟缓地移到Q点,如图4-9所表示,则力F 做功为()A.mglcos B.Flsin C.mgl(1-cos)D.Fl OPlFQ图4-9mgTF小球在移动过程中F大小改变,是变力作功过程。不能从功计算式求解。思索:小球移动过程作何种运动?小球运动过程有加速度吗?上述动态分析前提条件成立吗?“迟缓”是一理想化简化过程模型。因为“迟缓”,使物体加速度很小,以至忽略,可认为这是一个时时刻刻均是平衡态动态过程。C第11页例:质量为m物体由圆弧轨道顶端从静止开始释
6、放,如图4-12所表示,A为轨道最低点,已知圆弧轨道半径为R,运动到A点时,物体对轨道压力大小为2.5mg,求此过程中物体克服阻力做功。mAO图4-12mgNvaN第12页M求功几个方法:1、W=Fscos(求恒力做功)2、动能定理(求变力做功)3、由功率求功(W=Pt)4、由图象求功0Fs0Pt第13页第九章 机械能守恒重力势能F万F万重力势能是由物体与地球之间存在引力作用而引发能。重力势能是物体与地球共有能量,但为了方便,通常表述为“物体重力势能”。物体与地球重力势能大小与它们之间相对位置相关。当物体与地球间高度发生改变时,重力做功,会引发重力势能改变。第14页 当物体m位置从高度h1移动
7、到h2时,重力做功为:上式中mgh反应了物体所处某种能量状态,即物体与地球共有重力势能。从式中能够看出,重力势能与物体质量、地球引力作用及它们之间相对位置相关。Ep=mghh1h2第15页关于重力势能几点说明:1、重力势能是标量,也是状态量。单位:焦耳。2、重力势能是物体与引力中心共有能量,为方便,通常简述为“物体重力势能”。3、重力势能是与高度相关能量。高度含有相对性,确定物体重力势能时,须首先确定零高度参考面。参考面h1=5mm=1kgh2=3mh2=-2m参考面第16页4、重力势能绝对值和正负号共同表示大小。5、重力做功与重力势能关系。重力做功对应重力势能改变物体高度下降,重力做正功,重
8、力势能减小;物体高度上升,重力做负功,重力势能增加;数值与正负号表示大小绝对值表示大小h:高度。需要确定参考面。也可了解为相对零参考面高度差。h:物体初末位置高度差。不需要确定参考面,或了解为与参考面选择无关。状态量过程量重力势能mgh重力做功mgh第17页例:质量为m小球,从桌面上竖直向上抛出,桌面离地高为h,小球能抵达离地面高度为H。则:(1)若以地面作为重力势能为零参考平面,小球刚要落地时重力势能为多大?在最高点时重力势能是多大?刚抛出时重力势能是多大?(2)若以桌面作为重力势能为零参考平面,小球刚要落地时重力势能为多大?在最高点时重力势能是多大?刚抛出时重力势能是多大?第18页例:质量
9、m=2kg物体,从距地面H=30m高处由静止开始下落,不计空气阻力,以地面为参考平面。求:(g=10m/s2)(1)开始下落时物体重力势能Ep1;(2)第1s内重力对物体做功W;(3)1s末物体重力势能Ep2。重力做功引发重力势能改变,重力做功是重力势能改变量度。第19页弹性势能 因为物体发生弹性形变而引发能,叫做弹性势能。弹簧对物体做正功,弹性势能减小;物体克服弹簧弹力做功,弹性势能增加。机械能机械能动能势能重力势能弹性势能第20页动能和势能转化h1h2v1v2物体自由下落时,从经过高度为h1位置到经过高度为h2位置,由动能定理有:重力做功为:动能增量势能减量初态机械能总量末态机械能总量第2
10、1页机械能守恒定律只有重力做功动能重力势能弹性势能只有弹簧弹力做功只有重力和弹簧弹力做功在只有重力或弹簧弹力对物体做功条件下,物体动能和势能发生相互转化,但机械能总量保持不变。机械能守恒定律第22页几点说明:1、适用对象:系统。即物体(弹簧)与地球组成系统。通常在以地面为参考系时,认为地球动能不变。2、适用条件:只有重力或弹簧弹力做功。3、守恒意义:“守恒”不是“不变”,比如:在水平面上做匀速直线运动物体。谈“守恒”首先要有“转化”。4、守恒表示:表示方式1:表示方式2:选择零参考面第23页例:从高度h=0.5m水平桌面上,以v1=3m/s初速度将一石子水平弹出,不计空气阻力,求石子落地时速度
11、大小。(g=10m/s2)hv1v2石子与地球组成系统,从石子抛出到落地前,只有重力做功,机械能守恒。以地面为参考面:解得:石子从抛出到落地前,由动能定理,有:第24页M能量分析与守恒条件判定v0例:向上抛出小球,若忽略空气阻力,哪些力做功?能量怎样转化?小球与地球组成系统机械能守恒吗?若有空气阻力,又怎样?v例:沿固定光滑斜面下滑物体,哪些力做功?能量怎样转化?物体与地球组成系统机械能守恒吗?若斜面粗糙,又怎样?v例:摆球在摆动过程中,哪些力做功?能量怎样转化?摆球与地球组成系统机械能守恒吗?若考虑空气阻力,又怎样?第25页v例:滑块在光滑平面上被弹簧推进到与弹簧脱离过程中,哪些力做功?能量
12、怎样转化?滑块、弹簧与地球组成系统机械能守恒吗?滑块与地球组成系统机械能守恒吗?v例:小球被弹簧弹起到与弹簧脱离过程中,哪些力做功?能量怎样转化?小球、弹簧与地球组成系统机械能守恒吗?小球与地球组成系统机械能守恒吗?例:倾斜轨道光滑,水平轨道粗糙,滑块从顶端下滑到停顿过程中,哪些力做功?能量怎样转化?滑块与地球组成系统机械能守恒吗?第26页例:半径为R竖直光滑圆环与一个光滑轨道相连接,如图4-20所表示,质量为m小球从轨道上高为hA=2RA点由静止开始下滑,则小球抵达圆环最低点后瞬间,对B点压力大小为 ;小球滑到圆环最右端C点时,瞬时速率为 ;小球能否抵达圆环最高点 。mhAABRCD图4-2
13、0竖直平面圆周运动模型描述动力学观点能够描述变加速度过程中瞬时状态。功效观点经过描述变加速度过程中做功情况,建立初末态联络。该情景类似于在竖直平面内做圆周运动绳球模型,该模型能够运动到最高点临界条件为:不能第27页在竖直平面内做圆周运动杆球模型v思索:小球运动到最高点时速度是否能够小于?小球运动到最高点时受到弹力是否一定是向下?杆球模型临界条件:1、运动到最高点条件:v=0;2、在最高点弹力方向条件:第28页例:一根长度为l轻绳一端固定,另一端拴一质量m为小球,若在悬点O正下方钉一小钉,拉起小球至细绳水平位置时,由静止释放小球,如图所表示。当绳碰到小钉后,小球刚好能在以钉子C为圆心竖直面内做圆
14、周运动。若不考虑细绳碰钉子时能量损失及空气阻力,求小钉位置C距悬点O距离?OmDCr小球与地球组成系统,从小球释放到刚好运动到D点,只有重力做功,机械能守恒。以D点为参考面,有:小球刚好抵达D点,有:C距悬点O距离:S=l-r思索:轻绳碰钉子前瞬间,小球速度是多少?所受拉力是多少?轻绳碰钉子后瞬间,小球速度是多少?所受拉力是多少?参考面第29页例:质量分别为M和m两个物体,且Mm将它们用轻绳相连经过定滑轮置于距地面相同高度H处,将它们由静止释放,求M落地时速度。MmH功效分析:由M和m及地球组成系统,在从释放到落地过程中,只有重力和系统内部弹力做功,机械能守恒。以地面为参考系,初态系统有重力势
15、能(M+m)gH,动能为0;末态M重力势能为0,m重力势能变为2mgH,系统有动能。MmHHvv第30页功效关系与能量守恒 功是能量转化量度(力做多少功,就有多少能转化或转移)1、重力做功,对应重力势能改变;2、弹簧弹力做功,对应弹簧弹性势能改变;3、合外力做功,对应动能改变;4、除重力或系统内部弹力之外力做功,对应系统机械能改变。第31页例:将一个质量为m,边长为a立方体翻转90,最少需要做多少功?例:将质量为m铅球以速度v抛出,人对铅球做了多少功?m例:有一质量为m,长度为L均匀质量细绳,自然悬挂在天花板上,现用手指轻按细绳最底端将其绷紧,在这一过程中,细绳重力势能:A.变大B.变小C.不
16、变D.条件不足,无法判断A第32页例:有10块质量均为m砖平铺在水平地面上,砖高度均为h,一工人将这些砖一一叠放起来,最少需要做多少功?第33页例:在光滑水平地面上静止放置一个长为l,质量为M长木板,一质量为m小木块以初速度v0 滑上木板左端,木块最终刚好运动到木板最右端时速度为v,求木板与木块间摩擦因数。v0vS板lS块系统生热等于滑动摩擦力与物体间相对位移相对位移乘积。第34页高三第35页一、功和功率功基本概念 1、功(或热量)是物体能量转化(或转移)量度。2、功计算式:W=Fscos 功相对性 3、功是有正负标量,功正负实质上反应了做功过程中物体间能量转化“方向”。4、功(热量)是过程量
17、,能是状态量。5、物体受到力作负功,也称作物体克服力作功。第36页求功方法1、定义式 W=Fs cos(F为恒力)2、由 W=Pt 求功(P恒定)3、功效关系4、利用图像PtFspV000注:不要机械地记忆功定义式,应了解为:功等于力注:不要机械地记忆功定义式,应了解为:功等于力与位移在力方向上有效分量乘积,或等于力在位移上与位移在力方向上有效分量乘积,或等于力在位移上有效分量与位移乘积。有效分量与位移乘积。第37页常见功效关系第38页例:如图所表示,在一个水平恒力F作用下,经过线绳和光滑滑轮使小车沿水平地面移动L,求F所做功。FFCL2LC注:功计算公式中注:功计算公式中s指是力作用点位移。
18、指是力作用点位移。F第39页例:质量为m物体,放在动摩擦因数为水平面上,用与水平面成角恒力F拉物体,使物体向前运动s,如图所表示。这个过程中各个力做功。F第40页例:如图41所表示,劈a放在光滑水平面上,斜面光滑,把b物体放在a斜面顶端由静止滑下,则在下滑过程中,a对b弹力对b做功为W1,b对a弹力对a做功为W2,对以下关系正确是()AW1=0 W2=0 BW10 W2=0 CW1=0 W20 DW10 W20ba图4-1DNSSN作功分析三要素作功三要素分析是作功三要素分析是作功分析关键。作功分析关键。第41页思索:1、W1:W2=?2、若以斜面为参考物时,W1和W2是否等于零?ba图4-1
19、对单个质点而言,W1、W2均是非重力外力作功,使各质点机械能改变;对系统而言,过程中只有重力和系统内部弹力作功,机械能守恒,所以W1=W2。功与参考系亲密相关,含有相对性,W1=W2=0。第42页例:质量为m物块一直固定在倾角为斜面上,如图表4-5所表示,以下说法正确是()A.若斜面向右匀速移动距离s,斜面对物体没有做功B.若斜面向上匀速移动距离s,斜面对物块做功mgsC.若斜面向左以加速度a移动距离s,斜面对物块做功masD.若斜面向下以加速度a移动距离s,斜面对物块做功m(g+a)sm图4-5ABC注:注:作功分析首先应明确作功分析首先应明确“哪个哪个力功力功”。受力与运动分析是作功分析受
20、力与运动分析是作功分析主要基础。主要基础。第43页例:如图4-3所表示,B为光滑、轻质定滑轮,一轻绳跨过定滑轮,一端与质量为M=20kg物体相连,另一端A受到站在水平面上人拉力作用,使物体匀速上升一段距离。开始时绳与水平方向成53,当力作用一段时间后,绳与水平方向成37角,定滑轮上端距人手高度h=6m。在这一过程中,人拉力F做功多少?s图43A53hMBF37注:人拉力作功是变力作功过程,但在特殊情况下,注:人拉力作功是变力作功过程,但在特殊情况下,可将变力作功转化为恒力作功求解。可将变力作功转化为恒力作功求解。第44页例:如图所表示,绷紧传送带一直保持着大小为v=4m/s速度水平匀速运动。一
21、质量m=1kg小物块无初速地放到皮带A处,物块与皮带间滑动摩擦因数=0.2,A、B之间距离s=6m。求:(g=10m/s2)(1)物块从A运动到B过程中摩擦力对物块做功?(2)物块从A运动到B过程中摩擦力对传送带做功?(3)转化内能为多少?vABt0v第45页思索:1、静摩擦力一定不作功吗?2、滑动摩擦力一定作功吗?3、一对作用力和反作用力做功之和是否一定为零?4、一对作用力和反作用力做功之和是否与参考系选取相关?5、一对作用力和反作用力做功之和由哪些物理量决定?任何一个力做功都与参考系选择亲密相关,选择参考系不一样,功数值也不一样。在高中阶段,通常以地面为参考系,所以功是力与对地位移乘积功是
22、力与对地位移乘积。一对作用力和反作用力做功之和与参考系选择无关,与力性质无关,与之相关关键原因是相互作用两个物体相对位移。两物体间一对滑动摩擦力作功之和,即滑动摩擦力与两个物体相对位移(或相对旅程)乘积,等于滑动摩擦力与两个物体相对位移(或相对旅程)乘积,等于系统增加内能(生热)系统增加内能(生热)。在地面参考系下,“热”不是“功”。不一定不一定不一定否力和两个物体相对位移第46页功率定义:物理意义:描述物体作功快慢。几点说明:1、中功率是平均值概念。2、能够表示平均值或瞬时值。3、发动机输出功率指发动机牵引力功率,发动机额定功率指发动机正常工作时最大功率。第47页例:如图所表示置于水平桌面木
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