《功能原理》PPT课件.ppt

《《功能原理》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《功能原理》PPT课件.ppt（88页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、功 能 关 系,【新课学习】一.功能原理： 。,做功的过程就是 的过程，做了多少功，就有多少 发生转化，反之转化了多少 就说明做了多少功。,能量转化、能量转移,能量,能量,机械能的增量等于除重力、弹簧弹力之外的其它力所做的功,例1、关于功和能，下列说法正确的是（ ）A.功有正负，因此功是矢量 B能量的单位是焦耳，功的单位是瓦特 C物体做了多少功，就有多少能量消失 D力对物体做了多少功，物体就具有多少能 E物体具有多少能，就一定能做多少功F、能量从一种形式转化为另一种形式时，可以用功来量度能量转化的多少,F,二、几种常见的力做功与其对应的能量转化的关系某种形式的能量与其它形式的能量发生转化时，一

2、定有一种特定的力做了功。反之，这种力做了功，与之对应的能量一定与其它形式的能量发生了转化。,1、重力所做的功与 的转化相对应。关系式是： 即：重力做正功，重力势能就 ； 重力做负功，重力势能就 。,重力势能,WG=Ep1-Ep2,= - (Ep2-Ep1),减少,增加,2、弹簧的弹力所做的功与 的转化相对应。关系式是：,3、合外力的功与 的变化相对应。关系式是： 这就是 ，它是功能原理的一个特例。合外力做正功时，动能就 ； 合外力做负功，动能就 。,弹性势能,W弹=Ep1-Ep2,= - (Ep2-Ep1),动能,W合=Ek2-Ek1,动能定理,增加,减少,例2、起重机把重物由静止开始匀加速提

3、升了3.2m，重物的重力势能增加了1.6104J，动能增加了160J. 不计空气阻力，g取10m/s2. 求：（1）重力所做的功是多少？ （2）起重机在将重物提升了3.2m的过程中对重物所做的功是多少？（3）重物被提升3.2m时的速度是多少？,解(1),WG=-mgh=-1.6x104j,(2),(3),4.机械能的变化与重力以外的力做功的关系回顾：机械能守恒的条件是：,思考：仅有重力或弹簧的弹力做功时，系统的机械能是 。 因此，若系统的机械能发生了变化，一定有 力做了功。,结论：重力以外的力做正功，机械能就 ，做了多少功，就 多少； 反之，重力以外的力做负功；机械能就 。做了多少功，就 多少

4、。,只有重力做功、只有弹力做功,守恒的,除重力、弹力以外的,增加,增加,减少,减少,例3、起重机通过钢丝绳将原来静止在地面上的质量为m的物体提升到了h高处时的速度增大到v，不计空气阻力，对上述过程有下列说法，其中正确的是（ ）A、起重机对物体所做的功等于物体机械能的变化量 B、合外力对物体所做的功等于物体机械能的变化量C、合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量 D、物体克服重力所做的功等于物体动能的变化量,AC,例4从地面竖直上抛一个质量为m的小球，小球上升的最大高度为h. 设上升和下降过程中空气阻力大小恒定为f. 下列说法正确的是( )小球上升的过程中动能减少了mgh B. 小球上升和下降

5、的整个过程中机械能减少了fhC. 小球上升的过程中重力势能增加了mgh D. 小球上升和下降的整个过程中动能减少了fh,C,5、物体（系统）的机械能转化为内能时，一定是物体（系统）克服滑动摩擦力做了功。内能Q与滑动摩擦力的功之间的关系是：Q=fS路，其中S路是相对滑动的物体相对接触面滑动的路程。,Q热= fS相对,例5、如图所示的轨道ABC，AB段为四分之一光滑圆弧，半径为R，一个物块质量为m，与水平轨道BC段的动摩擦因数为，它由轨道顶端A从静止开始下滑，运动到C点停止，求：（1）在这过程中产生的内能Q；（2）BC两点间的距离。,解(1),mgh-Q=0,Q=mgh,(2),Q=fSBC,mg

6、h=mgSBC,例6、如图所示，斜面倾角为，质量为m的滑块距挡板P距离为s，以初速度v沿斜面上滑，滑块与斜面间的动摩擦因数为，滑块所受摩擦力小于滑块重力沿斜面的分力，若滑块每次与挡板相碰均无机械能损失，求：（1）滑块经过的总路程有多少？（2）整个过程中产生的内能。, m,s，v,(1)总路程x;(2)Q热,解(1),(2),【新课学习】一、能量转化与守恒定律1.内容:,能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中其总量守恒不变,这就是能量转化和守恒定律,2.能量转移与转化的方向性。（1） 化学能 自发的转化为内能；内

7、能 自发的转化为化学能。（2）内能 自发的从高温物体传递给低温物体；内能 自发的从低温物体传递给高温物体；（3）能量在被利用过程 100地被利用。,能,不能,能,不能,不能,二、典例分析：,练习1:如图所示，用F =8N的水平拉力，使物体从A点由静止开始沿光滑水平面做匀加速直线运动到达B点，已知A、B之间的距离s= 8 m。求：（1）拉力F在此过程中所做的功；（2）物体运动到B点时的动能。,解:(1),WF=Fs=64j,(2),由A到B用动能定理,例1、如图所示，粗糙水平地面AB与半径R=04m的光滑半圆轨道BCD相连接，且在同一竖直平面内，O是BCD的圆心，BOD在同一竖直线上质量m=2k

8、g的小物体在9N的水平恒力F的作用下，从A点由静止开始做匀加速直线运动已知AB=5m，小物块与水平地面间的动摩擦因数为=02.当小物块运动到B点时撤去力F.取重力加速度g=10m/s2.求：(1)小物块到达B点时速度的大小；(2)小物块运动到D点时，轨道对小物块作用力的大小；(3)小物块离开D点落到水平地面上的点与B点之间的距离,R=0.4m,m=2kg,F=9N,SAB=5m,=0.2(1)vB；(2)ND；(3)sx,(1),由A到B用动能定理,(2),物体由B到D只有重力做功，机械能守恒,(3),例2、如图所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平射中木块，并

9、最终留在木块中与木块一起以速度v运动。已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离L，子弹进入木块的深度为S. 若木块对子弹的阻力f视为恒定(1)f对木块做多少功？(2) f对子弹做多少功？ (3)求系统产生的内能Q热？,M,m,v0,v,L,S,f(1)Wf木 (2)w f弹 (3) Q热,解(1),以地面为参考系,X木=L,X弹=L+S,f,f,Wf木=fX木=fL,(2),Wf弹= - fX弹= - f(L+S),木块能量增加:fL,子弹能量减少:f(L+S),子弹和木块系统总能量减少:fS,(3),Q热= fS,= fS相对,Q热= fS相对,小结：,M,m,v0,v,L,S,f(1)Wf木

10、 (2)w f弹 (3) Q热,解(1),以地面为参考系,X木=L,X弹=L+S,f,f,Wf木=fX木=fL,(2),Wf弹= - fX弹= - f(L+S),木块能量增加:fL,子弹能量减少:f(L+S),子弹和木块系统总能量减少:fS,(3),Q热= fS,练习2.足够长的传送带以v匀速传动，一质量为m的小物块A由静止轻放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为，如图所示，当物体与传送带相对静止时，转化为内能的能量为多少？,V,m,Q热,解：,f=mg,f,设物块A由静止到速度达到v 花时间为:t,对皮带,对物块,即,对物块,对系统,【新课学习】问题：能量无处不在，能量的转化无时不

11、有。那么，能量的转化是如何实现的？能量转化遵循什么规律呢？,通过做功来实现,减少量等于增加量,一、各种各样的能量及转化能量有不同的形式，你知道的有哪些？,2、分析下列例子中能量的转化或转移情况。(1)木块在粗糙水平面上滑动： 转化成 。(2)重物在空气中下落： 转化成 。(3)植物的光合作用： 。(4)雨天产生雷电： 。(5)人跑步时，身体发热： 。(6)手摇发电机发电使灯泡发光： 。(7)风吹动帆船前进： 。,机械能、,内能、,电磁能、,电能、,核能、,化学能,动能,内能,重力势能,动能,光能,化学能,电能转化成光波和声波的能量,动能转化成热能,动能转化成电能,风能转化成动能,二、能量转化与

12、守恒定律守恒是自然界普遍存在的规律，如机械能守恒，能量守恒及以后将要学习的动量守恒等，寻找守恒量是物理学极为重要的研究内容和方向之一。,1、能量的转化和守恒定律：能量既不会凭空_，也不会凭空_，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，在转化或转移的过程中其总量_，这就是能量转化和守恒定律,2、常用表达式：,产生,消失,转化,转移,保持不变,E减=E加,3、永动机是不可能制成的（1）第一类永动机：,（2）第一类永动机不能制成的原因是,某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而向外放热或作功,违背能量守恒定律,例1、从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，下列分析正确的

13、是( )A在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化B在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能C在水平面上滚动时，总能量正在消失 D在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒,AD,例2、如图所示，一根长度为1m的轻绳（轻绳不可伸长）一端连接一个质量为M=0.39kg的木块（可视为质点），另一端固定悬点O. 有一颗质量为m = 0.01kg的子弹以v0=400m/s的速度水平射入木块并留在其中（这一过程时间极短，可忽略不计），随后木块带着子弹绕O点在竖直平面内做圆周运动。若木块到达最高点时轻绳对木块的拉力为20N，g取10m/s2。求：（1）从子弹刚接触木块开始到木块到达最高点过程中，能量的转化

14、情况；（2）子弹进入木块过程中系统产生的内能。,L=1m,M=0.39kg,m = 0.01kg,v0=400m/s,T高=20N(1) 能量的转化情况；(2)Q热,解:(1),打入木块:,动能转化为内能(热能),一起上摆:,动能转化为重力势能,(2),打入前:,打入后:,Q热=E1-E2=780j,小结：应用能量的转化和守恒定律解题的基本思路：（1）研究物体（或系统）在运动过程中有多少种形式的能（如动能、势能、内能、电能等）在转化，关键是弄清什么形式的能增加，什么形式的能减少。（2）根据E减E增（也可以根据E初=E末）列出方程式求解。,【课堂练习】 1、在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通

15、电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过 段时间后室内的温度将( )A、降低 B、不变 C、升高 D、无法判断,C,2、平直公路上行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰； 降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是（ ）A、物体克服阻力做功 B、物体动能转化为其它形式的能量C、物体势能转化为其它形式的能量 D、物体机械能转化为其它形式的能量,D,3、自由摆动的秋千摆动的幅度越来越小，下列说法中正确的是()A机械能守恒 B能量正在消失C只有动能和重力势能的相互转化 D减少的机械能转化为内能

16、，但总能量守恒,D,4、一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出，对于这一过程，下列说法正确的是()A子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量C子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和,BD,1、某同学利用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。(1)请指出该同学在实验操作中存在两处明显错误 ， ；,(2)实验中应先 ，再 ；（选填：接通电源、释放纸带）,(3)实验中需要对比是否相等的两个量是 和 ，实验中 测量重物的质量(选填：“必须”或“不需”

17、)。,不应用直流电,重锤应尽可能靠近打点计时器,接通电源,释放纸带,重锤增加的动能,重锤减少的重力势能,不需,（4）实验中,质量m1kg的物体自由下落,得到如图2所示的纸带,相邻计数点间还有一个点没画出.那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中,物体重力势能的减少量Ep_J;动能的增加量Ek=_J.由此可得到的结论是 .(g=9.8 m/s2，保留三位有效数字),2.28,2.26,在误差允许范围内，重物下落的机械能守恒,2、将一个质量为1kg的小球从某高处以3m/s的初速度水平抛出，测得小球落地点到抛出点的水平距离为1.2m。小球运动中所受空气阻力忽略不计，g=10 ms2。求： (1)

18、小球在空中运动的时间；(2)抛出点距地面的高度； (3)小球落地时重力的瞬时功率。,m=1kg,v0=3m/s,sx=1.2m (1)t(2)h (3)PG,解:(1)小球在水平方向上做匀速直线运动,（2）小球在竖直方向上做自由落体运动,（3）,3、如图所示，长度为l的轻绳上端固定在O点，下端系一质量为m的小球，不计小球的大小及空气阻力求： (1)在水平拉力F的作用下，轻绳与竖直方向的夹角为，小球保持静止画出此时小球的受力图，并求力F的大小(2)由图示位置静止释放小球，求当小球通过最低点时的速度大小及轻绳对小球的拉力,l，m (1) , 受力图,F(2)v,T,解：(1)进行受力分析如图所示,

19、解：(1)进行受力分析如图所示,Tcos=mg,Tsin=F,F=mgtan,(2)运动中只有重力做功，系统机械能守恒，有,方向竖直向上,4、如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点衔接，导轨半径为R，一个质量为m的小球将弹簧压缩至A处小球从A处由静止释放被弹开后，经过B点进入轨道的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍，之后向上运动恰能沿轨道运动到C点，求：(1)释放小球前弹簧的弹性势能；(2)小球由B到C克服阻力做的功,R, m,NB=8mg恰能到C点(1)E弹；(2)wBCf,解:(1)小球在B点时,开始做圆周运动,T-mg=m,小球从A到B,小球和弹簧机械能守恒,(2)小球在C点：

20、,对BC过程由动能定理可得：,5.质量为m=1kg的物块从一光滑的斜面顶端A点以初速度v0=2m/s下滑至底端B点后，颠簸了一下，接着沿水平粗糙地面匀减速滑行了x=8m位移后停止在C点。已知斜面的高度为h=3m，物块与水平地面间的动摩擦因数为=0.1。（g = 10m/s2）试求：（1）物块刚滑到斜面底端时（颠簸之前）的动能；（2）物块在B点由于颠簸而损失的机械能E。,m=1kg,v0=2m/s,x=8m,h=3m,=0.1(1)EkB,(2) E,解：（1）物体从A到B过程中，受重力和支持力，只有重力做功，根据动能定理，有,（2）物体从B到C过程，根据动能定理，有,又,知识回顾,1、机械能守

21、恒的条件： （1）做功角度：只有 做功； （2）能量转化角度： 只有 和 的转化。 2、机械能守恒定律的两种常用表达式： （1） ； （2） .,重力、弹簧的弹力,动能,势能（含弹性势能）,E减=E增,某同学用如图a 所示的实验装置来验证机械能守恒定律。图中，铁架台放在水平桌面上，在铁架台上固定一电火花式打点计时器，纸带上端用铁夹夹住，另一端穿过打点计时器后悬挂一重物。,(1)下列器材中，哪些是本实验需要用到的（ ）A秒表 B刻度尺 C6V交流电 D220V交流电 E托盘天平 F弹簧秤 G砂桶和砂子,BD,(2)为了减小实验误差，所悬挂的重物应选取下列重物中的哪一个（以下四种重物都可以固定在纸

22、带下端）（ ）A50g的钩码 B300g的小铁球 C300g的字典 D100g的砝码,（3）实验中应先 再 ，得到如图b的一条纸带。若打点计时器打点周期为T，则打下A点时，纸带的速度为 ，由A到B的过程中重物的重力势能的减小量为 。( 重力加速度为g，重物质量为m ),B,接通电源,释放重物,S1/2T,mgS,（4）处理数据时，为了验证重物在下落过程中机械能守恒，则只需验证是否满足（ ） A B. C. D.,C,T10如图，在竖直平面内有一固定的光滑轨道ABCD，其中AB是长为2R的水平直轨道，BCD是圆心为O、半径为R的3/4圆弧轨道，两轨道相切于B点。在水平恒定拉力作用下，一质量为m的

23、小球从A点由静止开始做匀加速直线运动，到达B点时撤除拉力。已知小球经过最高点C时对轨道的压力大小恰好为零，重力加速度大小为g。求：（1）小球在AB段运动时所受的拉力F；（2）小球从D点运动到AB面所用的时间。,解：（1）小球在C点有：,小球在从A点到到C点的过程中，由动能定理有：,解得：,（2）小球从A点出发，经过B、C、D后回到AB面时的速度为v，对此过程应用动能定理有：,利用(1)的结果可得：,小球从A点出发，经过B、C、到达D时的速度为vD，对此过程应用动能定理有：,利用(1)的结果可得：,小球从D点下落，回到AB面所用的时间为t ，则：,可解得：,【实验原理】（1）物体自由下落时，只有

24、重力做功，物体的重力势能和动能互相转化,机械能守恒。,若物体下落高度为 h 时，瞬时速度为 v ，则有： mgh,mv2，测出物体下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒。,（2）计算纸带上第n点的瞬时速度的方法：测出与第n点相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离sn和sn+1，则vn= .,【实验器材】 铁架台（带铁夹）、打点记时器、纸带、重锤、导线、毫米刻度尺、学生电源,【实验步骤】1.如图把打点记时器竖直固定在铁架台上，用导线把记时器与学生电源连好。,2、把纸带的一端固定在重物上，另一端穿过打点记时器的限位孔，用手竖直提起纸带的上端，并使重物停在靠近打点记时器处。,3、先接

25、通电源，后松开纸带，让重锤自由下落。,4、重复几次，得35条纸带。,5在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0，以后各点依次标上1，2，3，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3。,6应用公式,计算各点对应的即时速度v1、v2、v3。,7计算各点对应的重力势能减少量mghn和动能的增加量,mvn2，进行比较。,实验结论,在误差允许的范围内，自由下落的物体，重力势能的减少量等于动能的增加量，即机械能守恒。,【注意事项】1、固定打点记时器时，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦力,2、选用纸带时挑第一、二点间距接近2mm的纸带。,3、电磁打点

26、记时器使用 电源；电火花打点计时器使用 电源。,低压交流,220V交流,讨论与交流,1、本实验中，不需要测量重锤的质量m，也可以验证机械能守恒定律，为什么？ 2、能否用 或 计算某一点的速度？,因为只需验证gh=v2/2,便可验证mgh=mv2/2,不能,讨论与交流,3、结果发现，动能的增加量总是少于重力势能的减少量，造成误差的原因是什么？,存在阻力,【例题】（1314期末2）重锤下系一纸带，纸带的另一端连接打点计时器，打点计时器的打点周期是0.02s，利用重锤做自由落体运动来验证机械能守恒定律（如图7甲所示）。（1）甲同学按照正确的操作步骤选得纸带如图7乙所示，他在纸带上标出了若干个点，其中

27、点O是打点计时器打下的第一个点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点，O、A之间还有若干个点。用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中。,图中的三个测量数据中不符合毫米刻度尺读数规则的是 段的读数（填：“OA”、“OB”或者“OC”），应记作 cm.,已知当地的重力加速度g=9.8m/s2，重锤质量为m=0.2kg，甲同学利用重锤在OB段的运动验证机械能守恒，他用AC段的平均速度作为B点对应的瞬时速度vB，求得该过程中重锤的动能增加量Ek= ，重力势能的减少量Ep= 。这样验证的系统误差总是使Ek Ep（填“”、“”或“=”）（计算结果均保留3位有效数字）,OC,15.70,0.240j,0.243j,(2)乙同学也按照正确的操作程序打出并选择好纸带，他是按照下面的方法处理纸带上的点：将打点计时器打下的第一个点标记为O，将打点计时器打下的第9个点标记为B，利用OB段的运动检验机械能是否守恒。他利用自由落体运动的规律计算与B点对应的瞬时速度。如果打点计时器打点周期为T，则对应的B点的动能的增加量可表示为Ek= （用m、g、T来表示）,(3)你认为 同学所采用的处理纸带上点的方法更合理。,32mg2T2,甲,