高中物理必修二第四章《机械能和能源》word章末总结学案.docx
- 文档编号:6761884
- 上传时间:2023-01-10
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:42.03KB
高中物理必修二第四章《机械能和能源》word章末总结学案.docx
《高中物理必修二第四章《机械能和能源》word章末总结学案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理必修二第四章《机械能和能源》word章末总结学案.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高中物理必修二第四章《机械能和能源》word章末总结学案
2019-2020年高中物理必修二第四章《机械能和能源》word章末总结学案
一、功和功能关系
功
牵引力做的功
功率P已知,用W=Pt计算
恒力功
某个力或合力为恒力,用W=Fxcosα计算该力或合力做的功
变力功
将变力“化为”恒力,用W=Fxcosα计算变力功
功能
关系
合力做的功
W合=ΔEk增
重力做的功
WG=ΔEp减
除重力(弹力)外其他
的合力做的功
W其=ΔE机
守恒
定律
机械能守恒
ΔEk增=ΔEp减,E1=E2
能量守恒
ΔE1增=ΔE2减
图1
例1
一小滑块放在图1所示的凹形斜面上,用力F沿斜面向下拉小滑块,小滑块沿斜面运动了一段距离.若已知在这一过程中,拉力F所做的功的大小(绝对值)为A,斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B,重力做功的大小为C,空气阻力做功的大小为D.当用这些量表达时,小滑块的动能的改变量(指末态动能减去初态动能)等于________;滑块的重力势能的改变量等于________;滑块机械能(指动能与重力势能之和)的改变量等于________.
例2
一个质量为m的物体以a=2g的加速度竖直向下运动,则在此物体下降h高度的过程中,物体的( )
A.重力势能减少了2mgh
B.动能增加了2mgh
C.机械能保持不变
D.机械能增加了mgh
二、功率
1.P=,此式求出的是t时间内的平均功率,当然若功率一直不变,亦为瞬时功率.
2.P=Fv·cosα,即功率等于力F、运动的速度v以及力和速度的夹角α的余弦的乘积.
当α=0时,公式简化为P=Fv.
3.机车以恒定功率启动或以恒定加速度启动:
(1)P=Fv指的是牵引力的瞬时功率.
(2)依据P=Fv及a=讨论各相关量的变化,最终状态三个量的特点:
P=Pm,a=0(F=f),v=vm.
例3
质量为m=4000kg的卡车,额定输出功率为P=60kW.当它从静止出发沿坡路前进时,每行驶100m就升高5m,所受阻力大小为车重的0.1倍,g取10m/s2,试求:
(1)卡车能否保持牵引力为8000N不变在坡路上行驶?
(2)卡车在坡路上行驶时能达到的最大速度为多大?
这时牵引力为多大?
(3)如果卡车用4000N的牵引力以12m/s的初速度上坡,到达坡顶时速度为4m/s,那么卡车在这一段路程中的最大功率为多少?
平均功率是多少?
三、动能定理和机械能守恒定律
1.应用动能定理应该注意
(1)明确研究对象和研究过程,确定始、末状态的速度情况.
(2)对物体进行正确的受力分析(包括重力、弹力等),弄清各力做功大小及功的正、负情况.
(3)有些力在运动过程中不是始终存在,物体运动状态、受力等情况均发生变化,则在考虑外力做功时,必须根据不同情况分别对待,正确表示出总功.
(4)若物体运动过程中包含几个不同的子过程,解题时,可以分段考虑,也可视为一个整体过程,列出动能定理方程求解.
2.机械能守恒定律
(1)状态式
Ek1+Ep1=Ek2+Ep2,理解为物体(或系统)初状态的机械能与末状态的机械能相等.
(2)变量式
①ΔEk=-ΔEp,表示动能与势能在相互转化的过程中,系统减少(或增加)的势能等于增加(或减少)的动能.
②ΔE增=ΔE减,适用于系统,表示由A、B组成的系统,A部分机械能的增加量与B部分机械能的减少量相等.
例4
如图2所示,某滑板爱好者在离地h=1.8m高的平台上滑行,水平离开A点后落在水平地面的B点,其水平位移x1=3m,着地时由于存在能量损失,着地后速度变为v=4m/s,并以此为初速度沿水平地面滑行x2=8m后停止.已知人与滑板的总质量m=60kg.求:
图2
(1)人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力大小.
(2)人与滑板离开平台时的水平初速度.(空气阻力忽略不计,g取10m/s2)
例5
某兴趣小组设计了如图3所示的玩具轨道,其中“2008”四个等高数字用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,固定在竖直平面内(所有数字均由圆或半圆组成,圆半径比细管的内径大得多),底端与水平地面相切.弹射装置将一个小物体(可视为质点)以v0=5m/s的水平初速度由a点弹出,从b点进入轨道,依次经过“8002”后从p点水平抛出.小物体与地面ab段间的动摩擦因数μ=0.3,不计其它机械能损失.已知ab段长L=1.5m,数字“0”的半径R=0.2m,小物体质量m=0.01kg,g=10m/s2.求:
图3
(1)小物体从p点抛出后的水平射程.
(2)小物体经过数字“0”的最高点时,管道对小物体作用力的大小和方向.
[即学即用]
1.把一个物体从粗糙斜面的底端匀加速拉到斜面顶端的过程中,下列说法不正确的是( )
A.拉力与摩擦力做功的代数和等于物体动能的增量
B.拉力、摩擦力和重力做功的代数和等于物体动能的增量
C.拉力、摩擦力、重力和支持力的合力做的功等于物体动能的增量
D.物体所受外力的合力做的功等于物体动能的增量
图4
2.质量为m的物体由固定在地面上的斜面顶端匀速滑到斜面底端,斜面倾角为θ,物体下滑速度为v,如图4所示,以下说法中正确的是( )
A.重力对物体做功的功率为mgvsinθ
B.重力对物体做功的功率为mgv
C.物体克服摩擦力做功的功率为mgvsinθ
D.物体克服摩擦力做功的功率为mgv
图5
3.静止在粗糙水平面上的物块A受方向始终水平向右、大小先后为F1、F2、F3的拉力作用做直线运动,t=4s时停下,其v-t图象如图5所示,已知物块A与水平面间的动摩擦因数处处相同,下列判断正确的是( )
A.全过程中拉力做的功等于物块克服摩擦力做的功
B.全过程中拉力做的功等于零
C.一定有F1+F3=2F2
D.有可能F1+F3>2F2
图6
4.如图6所示,一小物块(可视为质点)从竖直平面上圆弧轨道顶点A由静止开始下滑,滑出圆轨道最低点B后恰好做平抛运动,而后落在水平地面上的D点,已知小物块质量m=0.1kg,圆弧轨道半径R=1m,BC高度h=1.8m,CD=2.4m,g取10m/s2,问:
(1)在轨道AB上,小物块克服摩擦力做了多少功?
(2)飞离B点前的瞬间,小物块对轨道的压力多大?
5.
图7
如图7所示,四分之一圆轨道OA与水平轨道AB相切,它们与另一水平轨道CD在同一竖直面内,圆轨道OA的半径R=0.45m,水平轨道AB长x1=3m,OA与AB均光滑.一滑块从O点由静止释放,当滑块经过A点时,静止在CD上的小车在F=1.6N的水平恒力作用下启动,运动一段时间后撤去力F.当小车在CD上运动了x2=3.28m时速度v=2.4m/s,此时滑块恰好落入小车中.已知小车质量M=0.2kg,与CD间的动摩擦因数μ=0.4.(g取10m/s2)求:
(1)恒力F的作用时间t;
(2)AB与CD的高度差h.
章末总结
知识体系区
力的方向上发生的位移 能量转化 标量 比值 平均 瞬时 Ep1-Ep2 Ek2-Ek1
课堂活动区
例1
A-B+C-D -C A-B-D
解析 根据动能定理,动能的改变量等于外力做功的代数和,其中做负功的有空气阻力和斜面对滑块的作用力的功(因弹力不做功,实际上为摩擦阻力做的功),因此ΔEk=A-B+C-D;重力势能的改变量等于重力做功的负值,因此ΔEp=-C;滑块机械能的改变量等于重力之外的其他力做功的代数和,因此ΔE=A-B-D.
例2
BD [物体下降h高度,重力做正功,重力势能减少了mgh;由牛顿第二定律知物体所受合外力大小为2mg,方向向下,则物体下落h过程中合外力做功为2mgh,由动能定理知物体动能增加了2mgh;物体以a=2g的加速度向下运动,除了受重力之外,还受其他力,故机械能不守恒;机械能为重力势能与动能之和,故机械能增加了mgh.]
例3
(1)不能
(2)10m/s 6000N
(3)48kW 32kW
解析 汽车能否保持牵引力为8000N上坡要考虑两点:
第一,牵引力是否大于阻力?
第二,汽车若一直加速,其功率是否将超过额定功率,依据P=F·v求解.
分析汽车上坡过程中的受力情况如图所示:
牵引力F,重力mg=4×104N,f=kmg=4×103N,支持力N,依题意sinθ=.
(1)汽车上坡时,若F=8000N,而f+mgsinθ=4×103N+4×104×N=6×103N,即F>f+mgsinθ,汽车将加速上坡,速度不断增大,其输出功率P=Fv也不断增大,长时间后,将超过其额定输出功率,所以,汽车不能保持牵引力为8000N不变上坡.
(2)汽车上坡时,速度越来越大,必须不断减小牵引力保证输出功率不超过额定输出功率,当牵引力为F1=f+mgsinθ时,汽车加速度为零,速度达到最大值,设为vmax,则
P=F1v=(f+mgsinθ)vmax,
vmax==m/s=10m/s,
这时牵引力F1=f+mgsinθ=6×103N.
(3)若牵引力为F2=4000N,汽车上坡时,速度不断减小,所以,最初的功率即为最大功率.
P=F2v=4000×12W=4.8×104W.
整个过程中,平均功率为
=F2=4000×W=3.2×104W.
例4
(1)60N
(2)5m/s
解析
(1)设人与滑板在水平地面滑行时受到的平均阻力为f,根据动能定理有
-fx2=0-mv2①
由①式解得f==N=60N②
(2)人和滑板一起在空中做平抛运动,设离开平台时的水平初速度为v0,飞行时间为t,根据平抛运动规律有
h=gt2③
x1=v0t④
由③④两式解得
v0==m/s=5m/s⑤
例5
(1)0.8m
(2)0.3N 竖直向下
解析
(1)设小物体运动到p点时的速度大小为v,则小物体由a运动到p的过程应用动能定理得
-μmgL-2mgR=mv2-mv①
小物体自p点做平抛运动,设运动时间为t,水平射程为x,则
2R=gt2②
x=vt③
联立①②③式,代入数据解得
x=0.8m④
(2)设在数字“0”的最高点时管道对小物体的作用力大小为F,取竖直向下为正方向
F+mg=⑤
联立①⑤式,代入数据解得F=0.3N,方向竖直向下.
[即学即用]
1.A [物体从粗糙斜面底端被匀加速拉到顶端的过程中,受拉力、重力、支持力、摩擦力,其中拉力做正功,重力做负功,支持力不做功,摩擦力做负功,根据动能定理,合力做的总功(或各力做功的代数和)等于物体动能的增量,所以说法不正确的只有A.]
2.AC [物体沿斜面匀速下滑,说明沿斜面方向的摩擦力f=mgsinθ,根据功率公式P=Fvcosα(式中α是F与v的夹角),则重力对物体做功的功率PG=mgvcos(90°-θ)=mgvsinθ,A对,B错;物体克服摩擦力做功的功率Pf=fv=mgvsinθ,C对,D错.]
3.AC [由动能定理知,A正确,B错误;第1s内F1-μmg=ma,1s末至3s末,F2=μmg,第4s内μmg-F3=ma,所以F1+F3=2F2,故C正确,D错误.]
4.
(1)0.2J
(2)2.6N
解析
(1)设从B到D所用时间为t,
由h=gt2,得t==s=0.6s
水平方向CD=vBt,
故B点速度为vB==m/s=4m/s,
从A到B,由动能定理得mgR-Wf=mv,
解得小物块克服摩擦力做功Wf=0.2J.
(2)在B点,合力提供向心力,N-mg=m,解得支持力N=2.6N,
根据牛顿第三定律知,压力N′=2.6N.
5.
(1)1s
(2)0.8m
解析
(1)小车受恒力F作用时加速度为a1,则由牛顿第二定律得
F-μMg=Ma1①
经时间t,小车速度v1=a1t②
设撤去恒力F到小车速度为2.4m/s时的时间为t2,则
μMg=Ma2③
v=a1t-a2t2④
x2=a1t2+v1t2-a2t⑤
代入数据,解①②③④⑤得t=1s,t2=0.4s
(2)滑块从O滑至A时机械能守恒,设到A时速度为v2,
则mgR=mv⑥
设滑块从A到B所用时间为t3,则t3=⑦
代入数据,解⑥⑦得t3=1s,由题意设滑块从B点平抛到落入小车的时间为t4,则
t4+t3=t+t2⑧
则t4=0.4s
由平抛运动规律知:
h=gt=0.8m
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械能和能源 高中物理 必修 第四 机械能 能源 word 总结