高中物理学业水平测试复习资料97专题7 机械能和能源.docx
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高中物理学业水平测试复习资料97专题7机械能和能源
2016年高中物理学业水平测试复习资料(9-7)
专题七 机械能和能源
考试内容
复习指南
1.功和功率(Ⅱ)
2.动能、动能定理及其应用(Ⅱ)
3.重力做功与重力势能(Ⅰ)
4.机械能守恒定律及其应用(Ⅱ)
5.能量转化和守恒定律(Ⅰ)
6.实验五:
探究动能定理
7.实验六:
验证机械能守恒定律
本专题备考有如下几个方面:
(1)判断力是否做功,是做正功还是负功;
(2)比较做功的快慢;(3)重力做功与重力势能变化间的关系;(4)动能定理的应用;(5)功能关系的应用;(6)机械能守恒的判断及应用,实验.复习时要注意理论联系实际,针对性强.
考点1
1.概念:
物体受到力的作用,并在力的方向上__________,就叫做力对物体做了功.
2.做功的两个不可缺少的因素____________和________________.
3.功的计算公式:
________________,公式中F为恒力,s是物体运动的位移,α是恒力F与位移s的方向之间的夹角.国际单位:
焦耳(J).
4.功的正负:
功的计算公式W=F·s·cosα.
(1)当______________时,cosα=0,力对物体不做功.
(2)当______________时,cosα>0,力对物体做正功,表示动力对物体做功.
(3)当______________时,cosα<0,力对物体做负功,表示阻力对物体做功,也叫物体克服此力做功.
5.功的计算.
(1)恒力的功:
直接利用W=Fscosα来计算,变力的功可用动能定理或功能关系计算.
(2)求总功的两种方法:
其一是先求合力再求功,即W合=F合·scosα;其二是先求各力的功再求各力功的代数和,即:
W合=W1+W2+W3+….
考点1
1.产生了位移
2.力 力方向上的位移
3.W=Fscosα
4.
(1)α=90°
(2)α<90° (3)90°<α≤180°
►小试身手
1.如图所示,将滑块置于固定的粗糙斜面上,释放后沿斜面加速下滑,在下滑过程中( )
A.重力对滑块做负功
B.摩擦力对滑块做负功
C.合外力对滑块不做功
D.斜面对滑块的支持力做正功
解析:
滑块下滑过程受重力、支持力、摩擦力等三个力的作用,其中支持力与运动方向垂直,不做功,摩擦力与运动方向相反,做负功,重力与运动方向的夹角小于90°,做正功,A、D选项错,B选项对;由于滑块沿斜面加速下滑,合力方向沿斜面向下,合力做正功,C选项错.
答案:
B
2.重为100N的物体在光滑水平面上匀速移动80m,则重力对物体做的功是多少?
( )
A.100J B.80J
C.0JD.8000J
2.解析:
力对物体做功,必须有力作用在物体上,且物体在力的方向上发生位移.如果有作用力,但在力的方向上没发生位移,或者不受作用力,物体静止或匀速直线运动,都没有力对物体做功.重力的方向竖直向下,在竖直方向上物体没有发生位移,重力对物体做的功是0J.
答案:
C
方法归纳
1.做功必须明确是哪个力对哪个物体做功.
2.W=Fscosα式中,F是力的大小,s是位移大小,α是力与位移的夹角并理解正功、负功的含义.
3.功的正负并不表示大小.
考点2
1.功率的含义:
物体所做的功W与完成这些功所用的时间t的________叫做功率,用P表示,即________.
2.单位:
________,用符号W表示,1W=1J/s.
3.性质:
标量.
4.物理意义:
表示物体做功的________.
5.瞬时功率:
对应________的功率叫做瞬时功率.瞬时功率P与力F、瞬时速度v的关系:
________________,其中α表示F与v的夹角.当力F与受力物体的速度v在同一直线上时,瞬时功率P=________.当物体做匀速直线运动时,平均功率与瞬时功率的大小相等.
考点2
1.比值 P=
2.瓦特 4.快慢
5.某个时刻 P=F·vcosα F·v
►小试身手
3.关于功率和功率的单位,下列说法正确的是( )
A.物体做功越快,功率越大
B.物体做功越多功率一定越大
C.在国际单位制中,功率的单位是牛顿
D.在国际单位制中,功率的单位是焦耳
3.A
4.如图所示,位于光滑水平面上的物体A的质量m=5kg,在F=10N的水平拉力作用下从静止开始向右运动,位移为s=36m时撤去拉力F.则力F对物体做功的平均功率为(取g=10m/s2)( )
A.60WB.360W
C.120WD.240W
4.解析:
力F做的功W=Fs=360J,物体加速度a=
=2m/s2,由s=
at2得时间t=6s,平均功率P=
=60W.
答案:
A
方法归纳
1.理解功率的概念,知道功率是表示做功的快慢.
2.对功率一定要明确是哪个力在哪段时间做功的功率(平均功率)或哪个时刻的功率(瞬时功率).
3.公式P=
.一般用来求平均功率,恒力做功的平均功率可用
=F·
来求,瞬时功率只能用P=F·v求.
考点3
1.额定功率与实际功率.
(1)额定功率:
发动机铭牌上的额定功率,指的是该发动机正常工作时的最大输出功率.
(2)实际功率:
发动机的输出功率不是任何时刻都等于额定功率,可在零到额定功率范围内变化.
(3)汽车发动机的额定功率是牵引力的功率,而不是合外力的功率.在P=Fv中,F指的是牵引力.
2.机车在额定功率下的启动:
机车在保持输出功率P(额定功率)不变的情况下做加速运动的过程,由公式P=Fv和F-f=ma可知,当v增加时,F减小,a减小,当F=f时,a=0,v达到最大值,此时速度vm=
=
.
3.机车以恒定加速度启动:
机车以恒定的加速度启动,即机车做匀加速运动,由公式P=Fv知,当v增大时,P也增大,但P有最大值,这个最大值就是额定功率,当功率达到最大值后,将保持功率不变而继续加速到a=0时,速度达到最大值vm=
=
.
►小试身手
5.拖拉机耕地时一般比在道路上行驶时速度慢,这样做的目的是( )
A.节省燃料
B.提高柴油机的功率
C.提高传动机械的效率
D.增大拖拉机的牵引力
5.D
6.关于汽车在水平路面上的运动,下列说法中正确的是( )
A.汽车启动后以额定功率行驶,在速度未达到最大以前,加速度在不断增大
B.汽车启动后以额定功率行驶,在速度未达到最大以前,牵引力应是不断增大
C.汽车以最大速度行驶后,若要减小最大速度,可减小牵引功率行驶
D.汽车以最大速度行驶后,若再减小阻力,最大速度一定减小
6.解析:
以额定功率行驶时;只能通过减小牵引力,做加速度逐步减小的加速运动,直到F=f,a=0,vm=
,由此可知选项A错误,选项B也错误;当汽车以最大速度运行时,F=f,在相同路面的情况下,速度由功率决定,因此要减小最大速度,可以通过减小牵引功率来完成,选项C正确;若减小阻力,则其最大运行速度还会增大.
答案:
C
方法归纳
1.当汽车速度最大时,a=0,牵引力等于阻力,合外力为零.
2.两种启动方式最好能结合图象来理解.
考点4
1.定义:
物体由于________而具有的能量叫做动能.
2.计算公式:
__________.国际单位:
________.
3.说明:
(1)动能只有________,没有________,是个标量.计算公式中v是物体运动速度的大小.动能恒为正值.
(2)动能具有相对性,计算公式中v一般取______为参考系.
考点4
1.运动
2.Ek=
mv2 焦(J)
3.
(1)大小 方向
(2)地面
►小试身手
7.某同学将质量为3kg的铅球,以8m/s的速度投出,铅球在出手时的动能是( )
A.12J B.24J
C.96JD.192J
7.C
方法归纳
动能是一个状态量,同一物体在不同时刻的动能由该时刻的速度大小决定,速度大小不同,动能就不同.
考点5
1.内容:
合外力对物体做的功等于物体____________________.
2.表达式:
____________________.
3.对动能定理的理解:
(1)W合是所有外力对物体做的总功:
①可以求出合外力,再求合外力做的功;②求出各个外力做的功,再求各个外力做功的代数和.
(2)合外力做功与物体动能的变化关系:
①当W合>0时,则Ek2>Ek1,即合外力做正功,物体的动能增加;②当W合<0时,则Ek2 考点5 1.动能的增量 2.W合=ΔEk ►小试身手 8.一质量为2kg的物体在外力作用下,由静止开始做直线运动,到达某点时速度为2m/s,在此过程中外力对物体做的功是( ) A.2JB.4J C.8JD.16J 8.B 9.一物体做变速运动时,运动状态发生改变,下列说法正确的是( ) A.合外力一定对物体做功,使物体动能改变 B.合外力一定对物体做功,但物体动能可能不变 C.合外力可能对物体做功,但物体动能不改变 D.合外力可能对物体做功,使物体动能改变 9.解析: 变速运动可以只是速度方向变,而速度大小不变,此时,合外力不做功,动能不改变;如果变速运动的速度大小改变,动能就改变,则合外力对物体做功.D正确. 答案: D 方法归纳 应用动能定理的一般步骤: 1.明确研究对象及所研究的物理过程. 2.对研究对象进行受力分析,并确定各力所做的功,并求出总功(代数和). 3.确定始末状态的动能,并根据动能定理列方程: W总=Wkt-Wk0. 4.求解方程、分析结果. 考点6 一、实验器材 打点计时器,电源,导线,开关,纸带,细绳,刻度尺,复写纸片,重物,刻度尺,铁架台(带铁夹). 二、实验原理 用打点计时器和纸带记录下重物做匀加速运动的情况如图所示.通过测量和计算可以得到小车从0点到2、3、4、5点的距离,及在2、3、4、5点的瞬时速度. 三、数据处理方法(图象法) 从打下0点到打下2、3、4、5点的过程中,合外力F(等于重物的重力)对重物做的功W等于物体动能的改变ΔEk,可由下式计算: mgs= mv2. 动能定理即被验证. ►小试身手 10.在探究动能定理的实验中,作出的Wv曲线如图所示,应为( ) 10.解析: 因为W= mv2,所以B正确. 答案: B 11.在“探究动能定理”的实验中小车会受到阻力的作用,可以使木板倾斜作为补偿,下面操作正确的是( ) A.使拖着纸带的小车由静止释放,小车不下滑即可 B.使拖着纸带的小车由静止释放,小车能下滑即可 C.沿木板向下推一下带纸带的小车,放手后打点计时器在纸带上打下的点距均匀即可 D.以上说法都不对 11.解析: 上述做法实际上是平衡摩擦力,选项C正确. 答案: C 方法归纳 对实验目的、实验器材、实验原理、实验步骤及数据处理要彻底理解并熟记. 考点7 1.零势面: 如果物体在某一水平面上的重力势能被设为________,该水平面就是零势面. 2.重力势能: 由物体位置的高度决定的能量称为重力势能,表达式为: ________(h为相对参考平面的高度,由此可知重力势能具有相对性),重力势能是标量,但有正、负,其正负值与零势面的选取有关. 3.重力做功与重力势能变化的关系. (1)重力做功的特点;与路径________关,只与运动物体的初、末位置的高度差有关. (2)重力做功与重力势能变化的关系: ________________,即重力做功与重力势能的变化量相等. (3)结论: 重力做正功时,重力势能减少,减少的重力势能等于重力所做的功.物体克服重力做功(即重力做负功)时,重力势能增加,增加的重力势能等于物体克服重力所做的功. 4.弹性势能: 发生弹性形变的物体具有的与其形变量有关的能量,就是弹性势能. 考点7 1.零 2.Ep=mgh 3. (1)无 (2)WG=Ep1-Ep2 ►小试身手 12.质量为m的物体,在距地面h高处以 的加速度由静止竖直下落到地面,下列说法中正确的是( ) A.物体的重力势能减少 mgh B.物体的机械能减少 mgh C.物体的动能增加 mgh D.重力做功mgh 12.解析: 题目中重力势能减少多少,重力就做了多少功;阻力做多少功,机械能就减少多少;合外力做多少功,动能就增加多少.故选BCD. 答案: BCD 13.一质量为m的木块放在地面上,用一根轻弹簧连着木块,如图所示,用恒力F拉弹簧,使木块离开地面,如果力F的作用点向上移动的距离为h,则( ) A.木块的重力势能增加了Fh B.木块的机械能增加了Fh C.拉力做的功为Fh D.木块的动能增加了Fh 13.解析: 虽然力F的作用点向上移动的距离为h,但木块并没有上升高h,拉力F做的功Fh转化为三部分,弹簧的弹性势能,木块的重力势能和木块的动能.故选C. 答案: C 方法归纳 物体的重力势能发生变化必须通过重力做功来实现.重力做功与路径无关,只与始末位置的高度差有关. 考点8 1.内容: 在只有________或弹簧的弹力做功的情形下,物体的动能和势能发生相互转化,而总的机械能________,这叫机械能守恒定律. 2.表达式: mgh1+ mv =mgh2+ mv 或Ep1+Ek1=Ep2+Ek2. 1.重力做功 保持不变 ►小试身手 14.如图所示,小明分别沿甲、乙两个光滑滑梯从同一高度由静止下滑到底端,在此过程中( ) A.重力做功不同B.机械能不守恒 C.动能的增加量不同D.重力势能减少量相同 14.解析: 小明沿甲、乙两个光滑滑梯下落过程,下落高度相同,都只有重力做功,且重力做功相同,故机械能守恒;重力势能的减小相同,动能的增量等于重力势能的减小,所以动能增量相同.D选项正确. 答案: D 15.关于机械能守恒,下列说法中错误的是( ) A.物体的机械能守恒时,一定只受到重力和弹力的作用 B.物体处于平衡状态时机械能一定守恒 C.在重力势能和动能的转化中,物体除受重力外还受其他力时,其机械能可以守恒 D.物体重力势能和动能之和增大时,必定是有重力以外的力对它做了功 15.解析: 物体的机械能守恒时也可以受到其他力,只要其他力不做功或其他力做功的代数和为零,A错;平衡状态下可能有其他力做功且不为零,B错.故选AB. 答案: AB 方法归纳 1.判断物体机械能是否守恒的方法. (1)利用机械能的定义判断; (2)用做功来判断; (3)用能量转化来判断: 若物体系统中只有动能和势能的相互转化而无其他形式的能的产生,则物体系统机械能守恒. 2.应用机械能守恒定律解题的步骤. (1)明确研究对象是哪一个物体; (2)分析研究对象在运动过程中的受力情况,判断研究对象在运动过程中的机械能是否守恒; (3)选取参考面(零势面),确定研究对象在运动过程的初、末状态的机械能; (4)根据机械能守恒定律列方程,求解,并检查结果是否合理. 考点9 一、实验器材 打点计时器、交流电源、纸带、复写纸片、重物、刻度尺、铁架台(带铁夹)、导线两根. 二、实验原理 当物体自由下落时,只有重力做功,物体的重力势能和动能互相转化,机械能守恒.若某一时刻物体下落的瞬时速度为v,下落高度为h,则应有: mgh= mv2,借助打点计时器,测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v,即可验证机械能是否守恒,实验装置如图所示.测定第n点的瞬时速度的方法是: 测出第n点的相邻前、后两段相等时间T内下落的距离sn和sn+1,由公式vn= ,或由vn= 算出,如图所示. 三、数据处理 计算纸带上某个点的速度v及距离初始点的高度h,看是否满足动能定理mgh= mv2. 四、注意事项 1.实验中打点计时器的安装,两纸带限位孔必须在同一竖直线上,以减少摩擦阻力. 2.实验时,必须先接通电源,让打点计时器工作正常后才松手让纸带重锤下落. 3.打点计时器必须接交流电源. 4.重锤的选择应是质量较大,从而使重力远大于下落过程中所受的阻力,实现减小实验误差的目的. 5.选用纸带时应尽量挑第一、二点间距离接近2mm的纸带. 6.计算下落高度时,都必须从起始点算起.不能搞错,为了减小测量h的相对误差,选取的各个计数点要离起始点远一些,但纸带也不宜过长,有效长度可在60cm~80cm内. 7.因为实验要求第一个点对应重锤开始下落的时刻,这就要尽量使每点是清晰小点,为此提起纸带的手要保持不动,待接通电源,打点计时器正常工作后再松开纸带. 8.测量长度时,都必须从起始点开始,只进行一次刻度对齐,读出各点高度,实现减少测量次数多而带来的误差. 9.实验中,只要验证gh是否等于 即可,不用测重锤的质量. ►小试身手 16.在“验证机械能守恒定律”的实验中,需直接测量的物理量是( ) A.重物的质量 B.重力加速度 C.重物下落的高度 D.与下落高度对应的重物的瞬时速度 16.解析: 实验中不需要测量重物的质量和加速度,而重物的瞬时速度是间接测量的,只有重物下落的高度需要直接测量. 答案: C 17.某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验,下列操作步骤中错误的是( ) A.把打点计时器固定在铁架台上,用导线连接到低压交流电源上 B.将连有重锤的纸带穿过限位孔,将纸带和重锤提升到一定高度 C.先释放纸带,再接通电源 D.更换纸带,重复实验,根据记录处理数据 17.解析: 应该先接通电源,然后再释放纸带. 答案: C _eq\x(\a\al( 方法归纳,理解实验原理是关键.动手做实验是保证.))_ 考点10_eq\a\vs4\al(能的转化和守恒定律)_ 1.功和能的关系: 功是________的量度,即“做了多少功,就有多少能量发生了转化”. 2.能的转化和守恒定律: 能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,它只能从一种形式________为另一种形式或者从一个物体________到另一个物体上,在转化和转移的过程中其________,这就是能的转化和守恒定律. 3.对定律的理解. (1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量和增加量相等; (2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量相等.这也是我们应用能量守恒定律解决问题的基本思路. 考点10 1.能量转化 2.转化 转移 总量不变 ►小试身手 18.下列说法中正确的是( ) A.能就是功,功就是能
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