物理四章机械能和能源Word格式.docx
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b、若力F的方向与运动方向成某一角度时,功的大小W又等于多少呢?
提示:
当恒力的方向与物体位移的方向成某一夹角,计算恒力做功时,
你能不能通过对力进行分解来解决?
力的分解有多种不同的方式,你将采用怎样的方式?
说出你这样进行分解的依据。
在图中画出力的分解图,利用a中的结论进行计算恒力做的功。
c、功是标量,在国际单位制中,功的单位是
5、
关于正功和负功
1.对公式w=Fxcosa讨论得知:
①当o≤a<π/2时,cosa,w,表示力对物体做正功。
②当a=π/2时,cosa,w,表示力对物体做功(力与位移方向垂直)。
③当π/2<a≤π时,cosa,w,表示为对物体做负功。
可见,一个力作用于物体,可以对物体做正功,做负功,也可能不做功。
2.正功、负功的物理意义
①功是标量,只有大小,没有方向,功的正负既不表示功有方向,也不表示功的数量的大小。
既不能说“正功和负功方向相反”,也不能说“正功大于负功”。
正功和负功只表示两种相反的做功效果。
②力对物体做正功,说明物体在发生该段位移的过程中,该力是动力,使物体的能量增加。
力对物体做负功,说明物体在发生该段位移的过程中,该力是阻力,使物体的能量减少。
③一个力对物体做负功,往往说成物体克服这个力做功(取绝对值),这两种说法在意义上是等同的。
【例题精讲】
1、关于力对物体做功的情况,下列说法中正确的是()
A.物体做自由落体运动时,重力对物体一定做功。
B.行星绕太阳在椭圆轨道上运行时,太阳对行星的引力一定做功。
C.沿斜坡向上行驶的汽车,牵引力一定做功。
D.细绳的一端固定,另一端拴着小球,使小球在竖直平面内作变速圆周运动,细绳的拉力一定做功。
2、如图所示,倾角为θ的斜面上有一个质量为m的物体,在水平推力F的作用下移动了距离s,如果物体与斜面间的摩擦系数为μ,则推力做的功为()
A.FssinθB.Fscosθ
C.μmgscosθD.mg(sinθ+μcosθ)s
3、质量为m的物体置于倾角为α的斜面体上,物体和斜面体间的摩擦系数为μ,
在外力作用下斜面体以加速度a向左做匀加速直线运动,如图所示,运动过程中物体与斜面之间保持相对静止,下列说法正确的是()。
A.斜面体对物体m的支持力一定做正功。
B.斜面体对物体m的摩擦力一定做正功。
C.斜面体对物体所的摩擦力可能不做功。
D.斜面体对物体m的摩擦力可能做负功。
4、关于摩擦力对物体做功,以下说法中正确的是()
A.滑动摩擦力总是做负功。
B.滑动摩擦力可能做负功,也可能做正功。
C.静摩擦力对物体一定做负功。
D.静摩擦力对物体总是做正功。
5、一个质量m=2kg的物体,受到与水平方向成37°
角斜向上方的拉力F=10N,在水平地面上移动的距离x=2m,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.3。
求:
(1)拉力F对物体所做的功。
(2)摩擦力f对物体所做的功。
(3)外力对物体所做的总功。
在计算总功时,可以先求合力在根据功的计算公式求合力做的功;
也可以先求各个力的功,在根据功是标量利用代数和计算总功。
总功的计算方法:
∑W=W1+W2+W3+…
∑W=∑Fscosα=∑F·
scosα
【课堂训练】
1、关于功的概念,下例说法正确的是()
A.力对物体做功多,说明物体的位移一定大
B.力对物体做功少,说明物体的受力一定小
C.力对物体不做功,说明物体一定无位移
D.功的多少是由力的大小和物体在力的方向上的位移的大小确定的
2、下例关于功的说法正确的是()
A.凡是受力作用的物体,一定有力对物体做功
B.凡是发生了位移的物体,一定有力对物体做功
C.只要物体受力的同时又有位移发生,则一定有力对物体做功
D.只要物体受力,又在力的方向上发生了位移,则一定有力对物体做功
3、下例说法正确的是()
A.功是矢量,正、负表示方向
B.功是标量,正号表示外力对物体做功,负号表示物体克服外力做功
C.力对物体做正功还是做负功,取决于力和位移的方向关系
D.力做功总是在某过程中完成的,所以功是一个过程量
4、物体在一恒力作用下做匀加速直线运动,关于这个恒力做功的情况,下列说法正确的是()
A.在相等的时间内做的功相同
B.在相等的位移上做的功相等
C.做功的情况与物体运动速度有关
D.做功的情况与物体运动速度无关
5、物体受到两个互相垂直的作用力而运动,已知力F1做功6J,物体克服力F2做功8J,则力F1、F2的合力对物体做功()
A.14JB.10JC.2JD.-2J
6、起重机把重2×
103Kg的重物从地面竖直提升到高18m的地方,试求以下两种情况中起重机钢绳对重物所做的功
(1)匀速提升
(2)以加速度a=2m/s2匀加速的提升。
(g取10m/s2)
【课后反思】
第二节功率
1.理解功率的定义,知道额定功率与实际功率的定义;
2.知道公式P=W/t和P=Fv及其简单应用;
3.机车的两种启动方式。
【学习重点】
1.理解功率的概念,平均功率和瞬时功率的计算;
2.机车的两种启动问题分析区别.
【学习内容】阅读教材和练习册的要点完成下列问题。
1.功率的定义:
2.
(1)表达式:
单位:
(2)式中各物理量意义:
3.平均功率和瞬时功率的计算
(1)平均功率的计算:
(2)瞬时功率的计算:
4.额定功率、实际功率的关系:
5.机车的两种启动方式:
(1)以恒定功率启动:
(2)以恒定加速度启动:
【例题解析】先自己动手试一试,若有困难可以阅读相关解题提示。
例1:
下面关于功率的说法中正确的是()
A.做功多的汽车,功率一定大;
B.功率大的汽车做功一定快;
C.功率是描述做功快慢的物理量,所以-10kW的功率小于5kW的功率;
D.以上说法都不对。
功率是描述做功快慢的物理量,功的正负不表示大小,同样功率的正负也不表示大小,只表示动力做功的快慢和阻力做功的快慢。
例2:
一质量为m的滑块在光滑水平地面上,从t=0开始,将一个大小为F的水平力作用在滑块上,求在t=t1时刻,力F的功率应是。
求某一时刻的功率既是求瞬时功率,故选公式:
P=Fv。
F已经已知,现只需求解t1时刻的速度v。
请同学们在下面画出滑块的运动学图和力学图,并结合牛顿第二定律求解速度v。
例3:
某型号汽车发动机的额定功率为60kw,在水平路面上行驶时受到的阻力是1800N,求发动机在额定功率下汽车匀速行驶的速度。
在同样的阻力下,如果行驶速度只有54km/h,发动机输出的实际功率是多少?
汽车匀速行驶牵引力大小等于阻力大小。
又因为P额=F牵v;
P实=F牵v1
例4:
汽车发动机的额定功率为60kw,汽车的质量为5t,汽车在水平路面上行驶时,阻力是车重的0.1倍,求:
(1)汽车保持额定功率,从静止启动后能达到的最大速度是多少?
(2)汽车从静止开始,保持以0.5m/s2的加速度做匀加速直线运动,这一过程能维持多长时间?
问题一属以恒定功率启动,当达到的最大速度时P额=fvmax
问题二属以恒定加速度启动,当P=P额时,匀加速运动阶段结束,此时
由P额=Fv1和F-f=ma解答出v1则持续时间T=v1/a。
【巩固练习】
1、关于功和功率,下列说法正确的是()
A.不同物体做相同的功,它们的功率一定相同;
B.物体做的功越多,它的功率就越大;
C.物体做的功越快,它的功率就越大;
D.发动机的额定功率与实际功率可能相等,也可能不等。
2、某同学进行体能训练,用了100s时间跑上20m高的楼,试估测他登楼的平均功率最接近的数值是()
A、10W B、100WC、1000WD、10000W
3、同一恒力按相同的方式施与物体上,使它分别由静止开始沿着粗糙水平地面和光滑水平地面移动相同的一段距离,恒力做的功和平均功率分别为W1、P1和W2、P2,则两者的关系是()
A、W1>
W2,P1>
P2B、W1=W2,P1<
P2
C、W1=W2,P1>
P2D、W1<
W2,P1<
P2
4、设河水阻力跟船的速度成正比,若船匀速运动的速度变为原来的2倍,则船的功率变为原来的()
A、
倍B、2倍C、4倍D、8倍
5、竖直上抛一球,球又落回原处,已知空气阻力的大小正比于球的速度()
A、上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功;
B、上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功;
C、上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率;
D、上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率。
6、质量为m的木块静止在光滑的水平面上,从t=0开始,有一水平力F作用在木块上,则t1时刻的瞬时功率是;
从t=0开始到t1时间内,F的平均功率是。
7、一个质量为5kg的物体从45m高的楼上自由落下,求物体下落过程中的平均功率和落地时的瞬时功率。
8、将一质量为m=10kg的物体,自水平地面由静止开始用一竖直向上的拉力F将其以a=0.5m/s2的加速度向上拉起,求在向上拉动的10s内,拉力F做功的功率
10、质量为m=3kg的物体,在水平力F=6N的作用下,在光滑的水平面上从静止开始运动,运动时间t=3s,求:
(1)力F在时间t=3s内对物体所做的功;
(2)力F在时间t=3s内对物体所做的功的平均功率;
(3)在t=3s末力F对物体做功的瞬时功率。
11、功率为80kw的汽车,在平直公路行使的最大速度是20m/s,汽车的质量是2t,如果汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度的大小是2m/s2,运动过程中阻力不变。
(1)汽车受到的阻力多大?
(2)3s末汽车的瞬时功率多大?
(3)汽车维持匀加速运动的时间是多少?
12、司机为确定他的汽车所载货物的质量,他采用如下方法:
已知汽车自身的质量为3.2×
103kg,当汽车空载时,让汽车在平直公路上以额定功率行驶,从速度表上读出汽车达到的最大速度为150km/h,当汽车载重时仍让汽车在平直公路上以额定功率行驶,从速度表上读出汽车达到的最大速度为80km/h。
设汽车行驶的阻力与总重力成正比,试根据以上提供的已知量,求车上所载货物的质量。
第三节势能
学习目标:
1.理解重力势能的概念。
(认知要求:
能分析重力势能的大小与高度有关,重力势能是一个相对量,确定重力势能必须的标准。
)
2.对重力势能正负的理解。
与矢量的正负进行区分)
3.认知弹性势能。
4.知道势能的出现需要一个系统。
阅读要求:
阅读课本内容,钩划出重力势能的概念及定义,找出重力势能的特点。
分析课本对重力势能正负的分析,对比高度这个概念思考重力势能的性质。
问题思考:
1.物体而具有的能量叫重力势能。
2.重力做功与什么因素有关呢?
我们现在就通过下列三种例子来探究一下。
思考:
你认为这三个哪个比较容易做呢?
温馨提示:
请利用功的公式计算3种情况下重力做功的大小:
图一:
WG=
图二:
图三:
这三个运动重力做功有什么关系,我们得到的结论:
表达式
二重力势能的相对性
有一个物体放在三楼顶,每层楼高h,则该物体的重力势能为多大?
由于所选高度的起点不同,同一个物体的重力势能,为什么会有不同的值.
我们把所选高度的起点处的平面叫参考平面,一楼地面为参考水平面得到物体的重力势能为,以三楼地面为参考平面,则物体的重力势能为,同理以二楼地面作为参考平面,得到的重力势能为
板书:
①参考平面的选取是任意的.
②选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值是不同的.
③通常选地面为参考平面
.例题分析
例1在离地80m处无初速释放一小球,小球质量为m=200g,不计空气阻力,g取10m/s2,取最高点所在水平面为零势能参考面。
(1)在第2s末小球的重力势能;
解析:
在第2s末小球所处的高度为:
______________________________
重力势能为:
___________________________________________________
(2)在第3s内重力所做的功,重力势能的变化.
解析:
前2s下降了
m,前3s下降了
m,第3s内的位移
m
第3s内重力做功为:
_____________________________________
WG>0,所以小球的重力势能_______,且减少了_____J
例2
如图5—26所示,质量为m物体静止在地面上,物体上面连着一个直立的轻质弹簧,弹簧的劲度系数为k。
现用手拉住弹簧上端,使弹簧上端缓慢提升高度h,此时物体已经离开地面,求物体重力势能的增加量。
解析:
物体离开地面后,弹簧的伸长量为:
可见,物体上升的高度为:
从而,物体重力势能的增加量为:
巩固练习
用投影片出示思考题:
1.关于重力做功和物体的重力势能,下列说法中正确的是
A.当重力对物体做正功时,物体的重力势能一定减少
B.物体克服重力做功时,物体的重力势能一定增加
C.地球上任何一个物体的重力势能都有一个确定值
D.重力做功的多少与参考平面的选取无关
2.物体在运动过程中,克服重力做功为50J,则
A.重力做功为50J
B.物体的重力势能一定增加50J
C.物体的动能一定减少50J
D.重力做了50J的负功
3.以40m/s的初速度竖直向上抛出一个物体,经过t秒后,物体的重力势能是动能的3倍,g=10m/s2,则t的大小为
A.2秒
B.3秒 C.4秒
D.5秒
4.用恒力F向上拉一物体,使其由地面处开始加速上升到某一高度。
若考虑空气阻力而不
考虑空气浮力,则在此过程中
A.力F所做的功减去克服阻力所做的功等于重力势能的增量
B.物体克服重力所做的功等于重力势能的增量
C.力F、重力、阻力三者的合力所做的功等于重力势能的增量
D.力F和阻力的合力所做的功等于物体机械能的增量。
5.一人将一质量为m的物体举高h并获得速度V,则:
()
A.合力对物体做功为mgh+
mv2;
B.人对物体做功为mgh+
C.人对物体做功为mgh;
D.人对物体做功为
mv2。
6.如图5,物体A的质量为m,置于水平地面上,其上表面竖直连着一根轻弹簧,弹簧的自
由长度为L,倔强系数为K,现将弹簧上端P缓慢地竖直上提一段距离H,使重物离开
地面,这时重物的重力势能为(设地面的重力势能为零):
A.mg(H
)B.mg(H
+mg/k)
C.mg(H
)D.mg(H
)。
7.质量为m的物体,从静止开始以a=g/2的加速度竖直向下运动h米,下列说法中错误的
是:
()
A.物体的动能增加了mgh/2B.物体的机械能减少了mgh/2
C.物体的势能减少了mgh/2D.物体的势能减少了mgh
课后反思:
对比重力势能和高度,思考这种物理量在使用时的特点
第四节动能定理
1.动能定理推导过程。
(认知程度:
能独立推导,掌握推导方法)
2.动能定理的适用范围,能利用动能定理计算功。
对于变力做功问题有深刻认识,能灵活使用动能定理求简单的变力做功情况)
3.进一步学会利用动能定理解决力学问题,由做功向求力学和运动学过渡。
1.自学P67-P68,钩划出动能定理的推导过程。
理解动能的定义,写出动能定理推导过程中使用到的物理原理。
2.阅读实验探究活动,思考实验过程,理解实验对动能定理的验证。
问题思考
一.理解动能的概念
1.动能的概念:
2.动能的表达式:
3.动能是标量。
它的单位与功的单位相同,在国际单位制中都是焦耳。
二.动能定理
1.推导:
2.内容:
3.表达式:
.
4.理解:
【例题分析】
在下列几种情况中,甲乙两物体的动能相等的是()
A.甲的速度是乙的2倍,甲的质量是乙的
;
B.甲的质量是乙的2倍,甲的速度是乙的
C.甲的质量是乙的4倍,甲的速度是乙的
D.质量相同,速度大小也相同,但甲向东运动,乙向西运动。
物体从高出地面H处由静止自由落下,不考虑空气阻力,落至地面进入沙坑h处时停止(如图所示),求物体在沙坑中受到的平均阻力是其重力的多少倍?
一列车沿平直铁轨行驶,车厢所受阻力大小恒为Ff=2×
103N.从车站开出时车头对车厢的牵引力恒为F=6×
103N,当行驶一段距离s1=50m后,车厢与车头脱钩,求脱钩后车厢继续向前滑行的距离s2.
1.关于对动能的理解,下列说法正确的是()
A.动能是机械能的一种表现形式,凡是运动的物体都具有动能;
B.动能总为正值;
C.一定质量的物体,动能变化时,速度一定变化;
但速度变化时,动能不一定变化;
D.动能不变的物体,一定处于平衡状态。
2.关于运动物体所受的合力、合力的功、运动物体动能的变化,下列说法正确的是()
A.运动物体所受的合力不为零,合力必做功,则物体的动能一定要变化;
B.运动物体所受的合力为零,物体的动能一定不变;
C.运动物体的动能保持不变,则该物体所受合力一定为零;
D.运动物体所受合力不为零,则该物体一定做变速运动。
3.质量不同而具有相同动能的两个物体,在动摩擦因数相同的水平面上滑行到停止,则()
A.质量大的滑行的距离大;
B.质量大的滑行的时间短;
C.它们克服阻力做的功一样大;
D.它们运动的加速度一样大。
4.一质量为1.0kg的滑块,以4m/s的初速度在光滑水平面上向左滑行,从某一时刻起将一向右水平力作用于滑块,经过一段时间,滑块的速度方向变为向右,大小为4m/s,则在这段时间内水平力所做的功为()
A.OJB.8J
C.16JD.32J
5.一人用力踢质量为0.5千克的足球,使球由静止到以10m/s的水平速度飞出。
设踢球的平均作用力为200n,球在水平面上滚动20米,则人对球做功为()
a.25jb.100j
c.4000jd.4025J
6.某人用手将质量为1kg的物体由静止向上提升lm,这时物体的速度为2m/s,则下列说法中错误的是(g取10m/s2)()
A.手对物体做功12J;
B.合力对物体做功12J;
C.合力对物体做功2J;
D.物体克服重力做功10J。
7.将质量为1kg的物体以20m/s的速度竖直向上抛出,当物体落回原处时的速度大小为16m/s,在整个过程中,物体克服阻力所做的功是J.
8.一人坐在雪橇上,从静止开始沿着高度为15m的斜坡下滑,到达底部时速度为10m/s。
已知人和雪橇的总质量为80kg,则下滑过程中该人和雪橇所受重力做的功为J,克服阻力做的功为J,支持力做的功为J,合力做的功为J,雪橇和人的动能的增量为J。
(g=10m/s2)
9.质量为4t的卡车,由静止出发在水平公路上行驶100m后速度增大到54km/h.若发动机的牵引力为5×
103N不变,卡车克服阻力做了多少功?
10.一个物体从斜面上高h处由静止滑下并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止,量得停止处对开始运动处的水平距离为s(如图所示),不考虑物体滑至斜面底端的碰撞作用,并认为斜面与水平面对物体的动摩擦因数相同.求动摩擦因数μ.
11.如图所示,在长为L的细线下挂一质量为m的小球,用水平恒力F缓慢拉小球直到细线偏离竖直方向600角.求该过程中F所做的功和重力所做的功.
请同学们自行总结一下使用动能定理的使用步骤。
可见新坐标要点互动探究。
第五节机械能守恒定律
1、识记机械能守恒定律的内容并能理解其含义,
知道机械能守恒的条件,会合理选择零势面;
2、理解应用机械能守恒定律分析、解决力学问题的基本方法;
3、熟记机械能守恒定律的解题步骤,通过课本中的例题体会机械能守恒定律处理问题的优点,提高运用所学知识综合分析、解决问题的能力。
【阅读要求】
1、通过讨论与交流
,知道物体的动能和势能之间是如何转化的;
2、通过理论推导,掌握机械能守恒定律的推导
过程;
3、通过讨论与交流,对机械能守
恒定律的条件加以推广;
4、通过例题的讲解,掌握应用机械能守恒定律解题的一般步骤,知道利用机械能守恒定律解题的优点,
【问题思考】
1.动能与势能的转化规律
(1)在机械运动范围内,物体所具有的动能和势能(重力势能和弹性势能)统称为,物体的动能和势能之间是可以相互转化的。
(2)动能与势能间的相互转化是通过或做功来实现的。
2.机械能守恒定律
(1)内容:
在只有和弹力做功的情况下,物体的和发生相互转化,而保持不变,这个结论叫做机械能守恒。
(2)表达式:
3.能量守恒定律
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,或从一个物体到另一个物体,在转化或转移过程中其的总量保持不变。
【温馨提示】
1.机械能守恒定律的研究对象
机械能的转化和守恒是指系统而言.动能与重力势能的转化是指物体
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- 物理 机械能 能源