机械能复习ppt课件.ppt

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1、一、功1做功的两个要素(1)力；(2)物体在力的方向上发生位移2公式：WFxcos，是力和位移方向间的夹角，此公式只适用于恒力做功3功的正负的意义(1)功是标量，但有正负之分，正功表示动力功，负 功表示阻力功(2)一个力对物体做负功，往往说成是物体克服这个 力做功(取绝对值),4功的正负的确定 在公式WFxcos中，为F与x的夹角(1)若0，表示力对物体做正功(2)若90，则W0，表示力对物体不做功(3)若90180，则W0，表示力对做负功,二、功率1定义：功W跟完成这些功所用时间t的比值,2物理意义：功率表示做功的 快慢。,3计算式(1)P,(2)PFvcos,4额定功率：机械在正常条件下可

2、以长时间工作的功率5实际功率：机械实际工作时输出的功率要求小于等 于额定功率,1根据力和位移之间的夹角判断，此法常用于恒力做功的判断2根据力和瞬时速度之间的夹角判断，此法常用 于判断质点做曲线运动时变力做的功夹角为锐角时力做正功，夹角为钝角时力做负功，夹角为直角时力不做功,1恒力做功 对恒力作用下物体的运动，力对物体做的功用WFxcos求解该公式可写成WF(xcos)(Fcos)x，即功等于力与力的方向上位移的乘积或功等于位移与位移的方向上力的乘积2变力做功(1)用动能定理WEk或功能关系WE，即用能量 的增量等效代换变力所做的功(2)当变力的功率P一定时，可用WPt求功，如机车以 恒定功率启

3、动时,(3)将变力做功转化为恒力做功当力的大小不变而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力做的功的大小等于力和路程(不是位移)的乘积如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等当力的方向不变而大小随位移做线性变化时，可先求出力对位移的平均值F，再由WFxcos计算，如弹簧弹力做功,(4)作出变力F随位移x变化的图象，图象与位移轴所围的“面积”即为变力做的功如图512所示，图(a)中阴影部分面积表示恒力F做的功W，图(b)中阴影部分面积表示变力F做的功W.,3总功的求法(1)总功等于合力的功 先求出物体所受各力的合力F合，再根据W总F合xcos计算总功，但应注意应是合力与位移x的夹角(2)总功等于各力做功的

4、代数和 分别求出每一个力做的功：W1F1x1cos1，W2 F2x2cos2，W3F3x3cos3，再把各个力做的功 求代数和，即：W总W1W2W3,类型1：机车以恒定功率P 启动,PF v,发动机的实际功率,发动机的牵引力,机车的瞬时速度,当F=F阻时，a0，v达到最大,保持 vm匀速,v,加速度逐渐减小的变加速直线运动,匀速直线运动,三、机车启动问题,先做加速度逐渐减小的变加速直线运动，最终以速度 做匀速直线运动。,vm,机车以恒定功率启动的vt 图象,两个常用公式：,（1）瞬时加速度公式:,（2）最大速度公式：,发动机做的功只能用W=Pt计算，不能用W=Fs计算（因为F为变力）,类型2：

5、机车以恒定加速度 a 启动,当F=F阻时，a0，v达到最大,保持 vm匀速,PF v,当P=P额时，保持P额继续加速,机车以恒定加速度启动的v t 图,先做匀加速直线运动，再做加速度逐渐减小的变加速直线运动，最终以速度 做匀速直线运动。,做匀加速运动只能维持一段时间,在这段时间内牵引力的功率随时间的增大而增大,当增大到额定功率时,匀加速运动结束。,t1,第2讲 动能定理和功能关系,一、动能1定义：物体由于运动而具有的能,4矢标性：动能是标量，只有正值,3单位：焦耳,1 J1 Nm1 kgm2/s2.,2公式：Ek.,mv2,J,动能是状态量，其表达式中的v是瞬时速度，但动能的变化量是过程量,二

6、、动能定理1内容：合力所做的功等于物体动能的变化,3物理意义：动能定理指出了外力对物体所做的总功与物体动能变化量之间的关系，即合外力的功是物体动能变化的量度,4动能定理的适用条件(1)动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动；(2)既适用于恒力做功，也适用于变力做功；(3)力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以不同时作用,1计算外力对物体做的总功时，应明确各个力所做功的正负，然后求所有外力做功的代数和；求动能变化时，应明确动能 没有负值，动能的变化为末动能减去初动能2位移和速度必须是相对于同一个参考系而言的，一般以地面 为参考系 3动能定理应用广泛，直线运动、曲线运动、恒力做功、变力

7、做功、同时做功、分段做功等各种情况均适用4动能定理既适用于一个持续的过程，也适用于分段过 程的全 过程,动能定理说明外力对物体所做的总功和动能变化间的一种因果关系和数量关系，不可理解为功转变成了物体的动能,1基本步骤(1)选取研究对象，明确它的运动过程；(2)分析研究对象的受力情况和各力的做功情况：,(3)明确研究对象在过程的始末状态的动能Ek1和Ek2；(4)列出动能定理的方程W合Ek2Ek1及其他必要的解题方 程，进行求解,2注意的问题(1)动能定理的研究对象是单一物体，或者是可以看做单一物体的物体系统(2)动能定理是求解物体的位移或速率的简捷公式当题目中涉及到位移时可优先考虑动能定理；处

8、理曲线运动中的速率问题时也要优先考虑动能定理,(3)若过程包含了几个运动性质不同的分过程，既可分段考 虑，也可整个过程考虑但求功时，有些力不是全过程 都作用的，必须根据不同的情况分别对待求出总功(4)应用动能定理时，必须明确各力做功的正、负当一个 力做负功时，可设物体克服该力做功为W，将该力做功 表达为-W，也可以直接用一字母表示该力做功，使其 字母本身含有负号,1应用动能定理解题，关键是对研究对象进行准确的受力分析及运动过程分析，并画出物体运动过程的草图，借助草图理解物理过程和各量关系有些力在物体运动全过程中不是始终存在的，在计算外力做功时更应引起注意2高考对该类问题常综合各种力及平抛、圆周

9、运动、牛 顿运动定律等知识，考查学生的理解、推理、分析综 合能力,第3讲 机械能守恒定律及其应用,一、势能:由相互作用的物体的相对位置决定的能量1重力势能:物体由于被举高而具有的能(1)大小：Ep mgh(2)相对性：重力势能的大小和正负与参考平面的选取有关，在其之上的为正值，在其之下的为负值,(3)系统性：重力势能是地球与物体所组成的这个系统所共有的(4)重力做功的特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的 起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关(5)重力做功与重力势能变化的关系:重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量，即WG(Ep2Ep1)Ep1Ep2.,2弹性势能(1)概念：物体由

10、于发生弹性形变而具有的能(2)大小：弹簧的弹性势能的大小与弹簧的形变量及劲度系数有关(3)弹力做功与弹性势能变化的关系：弹力做增加，弹性势能 减小，弹力做负功，弹性势能正功,二、机械能及其守恒定律1机械能：动能和势能统称为机械能，即EEkEp.,2机械能守恒定律(1)内容：在只有重力、弹力做功的情形下，物体的动能和 势能发生相互转化，而机械能的总量保持不变,(2)表达式：Ep1Ek1Ep2Ek2.(3)机械能守恒的条件：只有重力或弹力做功,(1)重力势能的正负及大小与零势能面的选取有关，弹 性势能一般选弹簧原长时为弹性势能零位置(2)应用机械能守恒定律时要注意判断机械能是否守恒 和选取零势能面

11、,三、功能关系1功是能量转化的量度，即做了多少功，就有多少能量 发生了转化,2做功的过程一定伴随有能量的转化，而且能量的转化 必须通过做功来实现,1只受重力作用，例如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动，物体的机械能守恒2受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹力做功例如物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力不做功，物体的机械能守恒3弹力做功伴随着弹性势能的变化，并且弹力做的功等于 弹性势能的减少量,1对一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等，除非题 目特别说明，否则机械能一定不守恒2机械能守恒的条件绝不是合力的功等于零，更不是合 力等于零，而是看是否只有重力或弹簧弹力

12、做功,1三种守恒表达式的比较,2应用机械能守恒定律解题的基本步骤(1)分析题意，明确研究对象；(2)分析研究对象在运动过程中的受力情况，弄清物体所受 各力做功的情况，判断机械能是否守恒；(3)选取零势能面，确定研究对象在始末状态时的机械能；(4)根据机械能守恒定律列出方程进行求解，并对结果进行 必要的讨论和说明,机械能守恒定律是一种“能能转化”关系，其守恒是有条件的，因此，应用时要注意对研究对象在所研究的过程中机械能是否守恒做出判断动能定理反映的是“功能转化”关系，应用时要注意两个规律中功和能的不同含义和表达式,利用WfFfx相对进行热量Q的计算时，关键是对相对路程x相对的理解例如：如果两物体

13、同向运动，x相对为两物体对地位移大小之差；如果两物体反向运动，x相对为两物体对地位移大小之和；如果一个物体相对另一个物体往复运动，则x相对为两物体相对滑行路径的总长度,第5讲 实验：验证机械能守恒定律,一、实验目的 验证机械能守恒定律二、实验原理1在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能 和动能互相转化，但总的机械能保持不变若物体某 时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少 量为mgh，动能的增加量为 mv2，看它们在实验误 差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守 恒定律,2速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度 等于相邻两点之间的平均速度vt 2t 计算打第n个

14、点速度的方法：测出第n个点与相邻前后 点间的距离sn和sn1，由公式vn 或vn 算出，如图实1所示,三、实验器材铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)四、实验操作1实验步骤(1)安装置：按图实2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁 架台上，接好电路,(2)打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落更换纸带重复做35次实验(3)选纸带：分两种情况说明,用 mvn2mghn验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2

15、 mm的纸带若1、2两点间的距离大于2 mm，这是由于先释放纸带后接通电源造成的这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选,用 mvB2 mvA2mgh验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带时，选择适当的点为基准点，这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否大于2 mm就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用,2数据处理(1)测量计算 在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3用 刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3 利用公式vn 计算出点1、点2、点3、的瞬时速度v1、v2、v3,(2)验证守恒 法一：利用起始点和第n点计算代入ghn和 vn2，如果在实验误差允许的条件下，g

16、hn vn2，则机 械能守恒定律是正确的 法二：任取两点计算 任取两点A、B测出hAB，算出ghAB.算出 vB2 vA2的值 在实验误差允许的条件下，如果ghAB vB2 vA2，则机械能守恒定律是正确的,法三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以 v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 v2h图线若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒,五、注意事项1打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面 与纸带限位孔调整到竖直方向，以减小摩擦阻力2重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气 阻力的

17、影响，从而减小实验误差3实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待 接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带,4速度不能用vngtn或vn 计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vngtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn gtn2或hn 计算得到,六、误差分析1本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，故动能的增加量 Ek稍小于重力势能的减少量

18、Ep，即EkEp，这 属于系统误差改进的办法是调整器材的安装，尽可 能地减少阻力2本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完或者采用多次测量取平均值来减小误差,探究功与物体速度变化的关系,实验：探究做功与小车速度变化的关系,实验目的：通过实验探究橡皮筋对小车做功与小车速度的关系,实验器材：橡皮筋、小车、木板、打点计时器、铁钉等,橡皮筋,小车,打点计时器,纸带,木板,铁钉,思考,小车在木板上运动的过程中，哪一阶段橡皮筋对小车做功？,橡皮筋对小车拉力做的功能否直接测量？,橡皮筋的弹力是变力，且弹力与伸长量的关系也不严格遵

19、守胡克定律，不容易计算。,橡皮筋被拉伸直到恢复原长的过程中,怎样设计实验才能解决这一问题?,解决方案,第一次用一条橡皮筋拉小车,第二次用两条完全相同的橡皮筋并联起来栓到小车上拉小车，且使每条橡皮筋的伸长都和第一次的伸长量一样,做功W,做功2W,依次类推，并联三条、四条橡皮筋，且拉伸的长度都一样，做的功为3W、4W,思考,小车在木板上做什么性质的运动？,先加速后匀速再减速,我们要取的速度是哪个阶段的速度？这个速度该如何测量？,橡皮筋恢复原长时的速度。利用打点计时器，用橡皮筋恢复原长时的一段位移与所用时间的比值近似计算该点的瞬时速度,如何使拉力做的功等于合力做的功？即如何抵消摩擦力。,思考,橡皮筋

20、对小车做的功是合力做的功吗？,把木板的一端垫高，使重力沿斜面向下的力与摩擦力平衡,还有摩擦力做功,4、在上述实验中打出的5 条纸带中，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出匀速运动时的速度v1、v2、v3、v4、v5。,3、用2 条、3 条、4 条、5 条橡皮筋分别代替1 条橡皮筋重做实验，保证每次释放小车的位置相同，即橡皮筋被拉长的长度相同。,1、将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将平板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止。,2、将橡皮筋固定在小车前端。拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置。接通打点计时器电源，释放小车。,实验过程,C B A,数据记录,4W,W,2W,3W,5W,弹力做功刚完毕时小车的速度,用什么方法处理数据比较直观?,图象法,图象法处理数据,做W-v图,若为曲线,若为直线，则W与v成正比,做W-v2图,若为曲线,若为直线，则W与v2成正比,做W-v3图,数据处理,W-v图,为什么图象会通过原点?,W-v2图,数据处理,表明W与 v2 成正比,注意事项,1、橡皮筋的选择2、平衡摩擦力 3、误差分析4、橡皮筋的条数5、实验装置的选取,