高三物理总复习指导-第四章 机械能

高三物理总复习指导-第四章 机械能内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 、知识目标内 容 要 求 说 明1力的合成和分解力的平行四边形定则 2重力形变和弹力胡克定律 3静摩擦 滑动摩擦 摩擦力 动摩擦因数 4共点力作用下物体的平衡 5牛顿运动定律及其应用 6加速度与物体质量、物体受力的关系 二、能力要求1理解并掌握恒力做功的表达式；会利用动能定理、图象等求力做的功2理解并掌握功率的计算；会根据功率分析汽车的启动过程3理解物体的动能；会运用动能定理解决做功和动能变化的相关问题4理解物体的重力势能；掌握重力做功和重力势能变化的关系5理解机械能守恒定律的适用条件；会利用机械能守恒定律解决如物体在竖直面做圆周运动等相关问题6会运用功 2、能关系求解相关的能量转化问题三、解题示例例 1 跳绳是一种健身运动设某运动员的质量是 50 1绳 180 次假定在每次跳跃中，脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的 ，则该运动员跳绳时克服重52力做功的平均功率是_W(取 g10m/s 2)分析：运动员跳绳时每跳一次所需时间为 25750平均功率的定义理解为“力对物体做的功与所需时间的比值”是不妥的，平均功率的定义应该是“某段时间内力对物体做的功与该段时间的比值” 例 2 一质量为 m 的小球，用长为 l 的轻绳悬挂于 O 点，在水平力 F 作用下，小球从最低点 A 点缓慢地移到 B 点时，轻绳与竖直方向的夹角为 ，如图所示在小球从 A 点移到 3、 B 点的过程中，力 F 对小球做的功为光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 Fl DFl 于小球的运动过程是缓慢的，因而任一时刻都可看作处于平衡状态，根据力的平衡可知 F 是变力；同时，在小球运动过程，只有重力 F 做功，绳子的拉力方向始终与小球速度方向垂直，不做功；第三，物体的动能不变，可以根据动能定理求解在小球从 A 点移到 B 点的过程中，根据动能定理：WF0解得 WF解：正确答案为 C 选项讨论：(1)使用动能定理，一定要明确对应的物理过程，同时要明确这个过程中物体的受力情况和各力做功的情况(2)若将本题中水平力 F 改为水平恒力 F，小球由静止开始从 A 移到 B，F 做功等于多 4、少?小球的速度怎么变?例 3 一根长度为 L 的轻绳一端固定，另一端拴一质量为 m 的小球，若在悬点 O 的正下方钉一小钉，拉起小球至细绳水平位置时，由静止释放小球，如图所示当绳碰到小钉后，小球刚好能在以钉子 C 为圆心的竖直面内做圆周运动若不考虑细绳碰钉子时的能量损失及空气阻力，求小钉的位置 C 距悬点 O 的距离分析：解决本题的关键是理解小球刚好能在以钉子 C 为圆心的竖直面内做圆周运动所需的条件，即刚好能通过最高点 D 点，此时的向心力最小，绳子的拉力为零，只有重力提供向心力同时由于小球在整个过程中，只受到重力和绳对它的拉力，因拉力始终与运动方向垂直，所以对小球不做功，因此在整个过程中， 5、只有重力做功，所以机械能守恒解：小球刚好绕 C 做圆周运动，即刚好能通过最高点 D 点，此时只有重力提供向心力，设此时的半径为 r，根据牛顿定律和向心力公式有：据机械能守恒定律，取 D 点为零势能位置，有：光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 21)(由、 两式解得 此，所求 距离为 53讨论：(1)物体做竖直圆运动通常是机械能守恒定律与牛顿第二定律结合解决问题运用机械能守恒定律应注意各个状态机械能的确定，恰当选好零势能位置(注意机械能守恒条件下的竖直圆运动不是匀速圆周)(2)请思考：若 C 点不钉钉子，为使 m 恰好绕 O 做圆周运动，细绳水平时，要给小球多大的向下的初速度?( )题中，细 6、绳碰到钉子前、后的瞬间，细绳对小球拉力各多大?(3 6若 离为 ，小球绕 C 做圆周运动的最低点和最高点，绳子对小球的拉力各54多大?相差多少 ?(11若轻绳所能承受的最大拉力为 8保证小球能做圆周运动且绳又不被拉断，小钉的位置需满足什么条件?(距离满足 L L)537若钉子不在 O 点正下方，而是在与竖直方向偏右 60角的直线上，原题所问如何?(L)43例 4 如图所示，质量为 M 的木板 Q 静止在光滑水平地面上另一个质量为 m 的小木块 P 以速度 木板 P 的右端滑上木板，P 在 Q 上滑行一段距离后相对于 Q 静止，而后以共同的速度 v 一起运动试分析这个过程中摩擦力做功的情况图 a 7、图 相互作用的滑动摩擦力大小为 f，在有相对运动的过程中，木块 Q 和木板 擦力对 Q 做的功 WQ同理，摩擦力对 P 做的功 这两个功的代数和 Pf(x 2x 1)数值上等于摩擦力大小与二者相对运动光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 另一方面，根据动能定理：摩擦力对 Q 做的功等于 Q 的动能增量，即21擦力对 P 做的功等于 P 的动能增量，即 20221这两个功的代数和也可以表示为 1部分恰好是系统损失的机械能讨论：这里 向 Q 转移的动能，|W QW P的值则表示这两个物体组成的系统的机械能向内能的转化量，即所生成的热例 5 如图质量为 物体 A 经轻质弹簧与下方地面上的质量为 物 8、体 B 相连，弹簧的劲度系数为 k，A 、B 都处于静止状态一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮一端连物体A，另一端连一轻挂钩开始时各段绳都处于伸直状态，A 上方的一段绳沿竖直方向现在挂钩上挂一质量为 物体 C 并从静止状态释放，已知它恰好能使 B 离开地面但不继续上升若将 C 换成另一个质量为 (m1m 3)的物体 D，仍从上述初始位置由静止状态释放，则这次 B 刚离开地时 D 的速度的大小是多少 ?已知重力加速度为 g分析：本题叙述了三个情景，一是 A、B 都处于静止状态的情景；二是在挂钩上挂一质量为物体 C 并从静止状态释放，恰好能使 B 离开地面但不继续上升的情景；三是将 C 换成另一个质量为 9、(m 1m 3)的物体 D，仍从初始位置由静止状态释放的情景解：以 A 为研究对象，A 物体受重力和弹簧的弹力 于平衡，设弹簧压缩量为据物体平衡条件得m 1 离开地面(A 不继续上升) 的状态是 B 受到地面的支持力等于零以 B 为研究对象，B 物体受重力、弹簧的弹力 F(地面的支持力 0)，处于平衡，此时弹簧处于伸长状态，伸长量设为 力方向向上，有 m 2物体 C 并从静止状态释放，直到恰好能使 B 离开地面但 物体上升 力势能增加 x1x 2)，动能增量为 0；C 下降 x1x 2，重力势能减小 x1x 2)，动能增量为 0；弹簧的长度发生变化，弹性势能的增量设为 E；以物体 A、C 和弹 10、簧组成的系统为研究对象，由于这个过程中，只有重力和弹簧的弹力做功，系统的机械能守恒，即Em 3g(x1x 2)m 1g(x1x 2) 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (m 1 物体 D，仍从初始位置由静止状态释放直到 B 刚好离开地面的过程中，系统的机械能守恒A 物体上升 力势能增加 x1x 2)，动能增量为 ；21体下降 x1x 2，重力势能减小(m 1m 3)g(x1x 2)，动能增量为 23)(v弹簧的长度发生变化，弹性势能的增量为 E由于第二个情景和第三个情景中弹簧的长度变化相同，所以两个情景中弹簧弹性势能的增量相同，即 E E同样，若以物体 A、D 和弹簧组成的系统为研究对象 11、，由于这个情景中，只有重力和弹簧弹力做功，所以系统的机械能守恒，即)()()(21)(21 212133 将式代入 式，得 k)(312讨论：(1)选择什么规律来解决问题是由问题所给出的具体的物理状态或物理过程所决定的本题中，先由牛顿第二定律出发，分析物体做什么性质的运动，由于加速度是变化的，受数学工具的限制，不能确定物体的速度是变化的，所以要进一步从机械能的角度分析系统各状态下的机械能变化的情况由于题目所给的物理过程满足机械能守恒，所以选择机械能守恒定律来求解问题(2)要认真分析题目所给的比较隐蔽的条件，如题中的“恰好能使 B 离开地面但不继续上升” (3)本题的难点还在于对于弹性势能的概念 12、的理解弹簧形变时弹力做功，弹性势能发生变化，弹性势能的大小跟弹簧的劲度系数 k 和所处状态弹簧的伸长量(或压缩量) 有关例 6 风能将成为 21 世纪大规模开发的一种可再生清洁能源，风力发电机是将风能(气流的动能) 转化为电能的装置其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等，如图所示我国甘肃省的安西地区，风力资源极其丰富，素有世界第二风库之称，而当地的经济又相当落后，因此充分利用风力资源，开展风力发电，是改变当地经济落后面貌的可行之路当地几乎全年有风，平均风速为 v10m/s 风力发电机共有三个相同的叶片，每个叶片近似为图所示的梯形，空气体密度 m 3，风能利用系数约 天发电20h，每户平均每天用 13、电 么一个拥有 90 户的自然村，需安装几台这样的风力发电机?光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ：风力发电机是利用风力推动其叶片旋转，从而带动发电机发电发电的过程是连续撞击叶片的空气(即风)的一部分动能转变为叶片旋转的动能，再通过发电机转变成电能解：设叶片总面积为 S， 05(213设风速垂直于叶片，单位时间与面积为 S 的叶片撞击的空气质量为：mm 的空气所具有的动能为： 32以发电机的电功率为： 5213天发电： E0台) 台讨论：这个题重点考察了联系实际、分析物理过程和建立物理模型的能力风力发电需要对空气的流体建模，找出单位时间，流向风能机的最大风能，这个就是考查学生建模能力和利用数学解决问题的能力四、综合训练1一物体放在水平面上，它的俯视图如图所示两个相互垂直的力 时作用在物体上，使物体沿图中 方向运动经过一段位移的过程中，力 物体所做。