人教版高一物理必修2机械能守恒定律学案Word下载.docx
- 文档编号:22454490
- 上传时间:2023-02-04
- 格式:DOCX
- 页数:50
- 大小:221.50KB
人教版高一物理必修2机械能守恒定律学案Word下载.docx
《人教版高一物理必修2机械能守恒定律学案Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《人教版高一物理必修2机械能守恒定律学案Word下载.docx(50页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
α≤π时,W<
0,力对物体做功,或称物体这个力做功;
③当α=
时,W=0,力对物体功.
(2)力对物体做正功,表示该力是动力;
力对物体做负功,表示该力是阻力.
(3)功的正、负并不表示方向,也不表示功的大小,只表示是动力做功还是阻力做功.
三、典型例题
例1.伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实:
如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,小球必将准确地终止于同它开始点相同高度的点,决不会更高一点,也不会更低一点.这说明,小球在运动过程中有一个“东西”是不变的,这个“东西”应是( )
A.弹力B.势能
C.速度D.能量
例2.用水平恒力F作用于质量为m的物体,使之在光滑的水平面上沿力的方向移动距离l,恒力F做功为W1;
再用该恒力作用在质量为2m的物体上,使之在粗糙的水平面上移动同样的距离l,恒力F做功为W2,则两次恒力做功的关系是( )
A.W1>
W2B.W1<
W2
C.W1=W2D.无法判断
例3.如图所示,质量为m=2kg的物体静止在水平地面上,受到与水平地面夹角为θ=37°
、大小F=10N的拉力作用,物体移动了l=2m,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.3,g取10m/s2.求:
(1)拉力F所做的功W1;
(2)摩擦力Ff所做的功W2;
(3)重力G所做的功W3;
(4)弹力FN所做的功W4;
(5)合力F合所做的功W.
例4.如图所示,物体A、B叠放在一起,A用绳系在固定的墙上,用力F拉着B右移.用F拉、FAB、FBA分别表示绳的拉力、A对B的摩擦力和B对A的摩擦力,则下列叙述中正确的是( )
A.F做正功,FAB做负功,FBA做正功,F拉不做功
B.F、FBA做正功,FAB、F拉不做功
C.F做正功,FAB做负功,FBA和F拉不做功
D.F做正功,其他力都不做功
四、选做例题
例5.如图所示,一辆拖车通过定滑轮将一重物G匀速提升,当拖车从A点水平移动到B点时,位移为s,绳子由竖直变为与竖直面成θ的角度,求拖车对重物所做的功.
五、板书设计:
六、教学后记:
备注栏
7-2功
(2)
1.会计算变力做功的大小.
2.知道作用力、反作用力做功的特点.
3.能够分析摩擦力做功的情况,并会计算一对摩擦力对两物体所做的功.
1.变力做功的计算
(1)平均值法:
力F是变力时,可求出力F的平均值,再利用公式W=F·
lcosα求解。
(2)图象法:
变力的功W可用F-l图线所包围的面积表示.l轴上方的面积表示力对物体做的正功的多少,l轴下方的面积表示力对物体做的负功的多少.
(3)分段法(或微元法):
当力的大小不变,力的方向时刻与速度同向(或反向)时,把物体的运动过程分为很多小段,这样每一小段可以看成直线,先求力在每一小段上的功,再求和即可.
(4)化变为恒法:
有时候表面看起来是变力做功,但是经过适当变换后可以转换成恒力做功.
2.作用力、反作用力做功的特点
虽然作用力、反作用力具有大小相等、方向相反的特点,但是作用力和反作用力做的功没有一定的关系,它们的做功情况大致有以下几种:
(1)两个力可以均不做功.
(2)其中一个力做功,另一个力可以不做功.
(3)其中一个力做正功,另一个力可以做负功.
(4)两个力可以均做正功或均做负功.
比较一对作用力和反作用力做的功时,不要只看到力的大小是否相等,方向是否相反,还要注意分析两物体在相应力的作用下的位移情况.
3.摩擦力做功的特点与计算
(1)静摩擦力做功的特点
①静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功.
②一对互为作用力和反作用力的静摩擦力所做功的总和等于零.
(2)滑动摩擦力做功的特点
①滑动摩擦力可以做正功,可以做负功,还可以不做功.
②相互摩擦的系统内,一对滑动摩擦力所做的总功为负值.
例1.如图所示,轻质弹簧的自然长度为L0,劲度系数为k,现用水平推力F推弹簧,使弹簧缩短Δx,求推力做的功.
例2.用水平拉力拉着滑块沿半径为R的水平圆轨道运动一周,如图所示,已知滑块与轨道间的动摩擦因数为μ,滑块质量为m,求此过程中摩擦力做的功.
例3.关于两个物体间的一对作用力和反作用力的做功情况,下列说法正确的是( )
A.作用力做功,反作用力一定做功
B.作用力做正功,反作用力一定做负功
C.作用力和反作用力可能都做负功
D.作用力和反作用力做的功一定大小相等
例4.质量为M的木板放在光滑水平面上,如图所示.一个质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑至B点,在木板上前进了l,同时木板前进了x,若滑块与木板间的动摩擦因数为μ,求摩擦力对滑块、对木板所做的功各为多少?
例5.如图所示,一根不计质量的轻绳通过定滑轮分别与M和m连接,置于光滑水平地面上,木板质量为M,长度为L,小木块质量为m,小木块与木板间的动摩擦因数为μ.开始时木块静止在木板左端,现用水平向右的拉力F将m拉至木板右端,拉力F至少做的功为( )
A.μmgLB.2μmgL
C.
D.μ(M+m)gL
7-3功率
1.理解功率的概念,能运用功率的定义式P=
进行有关的计算.
2.理解额定功率和实际功率的概念,了解平均功率和瞬时功率的含义.
3.根据功率的定义导出P=Fv,能用于分析、计算和解释现象,如分析汽车功率一定时,牵引力与速度的关系.
1.功率
(1)功率:
如果从开始计时至时刻t这段时间间隔内,力做的功为W,则功W与完成这些功所用时间t的叫做功率.公式为P=.
(2)功率是表示物体做功的物理量,它由物体所做的功和做这些功所需的时间共同决定,并不单纯由决定,也不单纯由做功决定.
(3)额定功率和实际功率
①额定功率是指电动机、内燃机等动力机械在额定转速下可以较长时间工作时输出的功率.
②实际输出功率往往额定功率,但在特殊情况下,如汽车越过障碍时,可以使实际输出功率在短时间内大于额定功率.
2.功率与速度
(1)一个力对物体做功的功率,等于这个力与受力物体运动速度的乘积,即P=Fv.
(2)P=Fv中三个量的制约关系
①P一定时,F与v成,如汽车上坡时减小速度以增大牵引力.
②v一定时,F与P成,如汽车速度不变时,加大油门可以增大牵引力.
③F一定时,P与v成,如汽车匀加速行驶时,速度增大,功率也增大.
(3)平均功率和瞬时功率
①平均功率:
时间t内功率的平均值,计算公式有:
=和
=F
.
②瞬时功率:
某一时刻功率的瞬时值,能精确地描述做功的快慢,计算公式有:
P=,其中v为瞬时速度,当F与v夹角为α时,P=Fvcosα.
3.机车的功率问题
(1)机车以恒定功率起动的情况.P一定,v变大,F变小a变小,当a=0时,v不变,机车匀速前进,这时F=Ff,而速度vmax=
为机车运行的最大速度,以后保持vmax匀速运动.
(2)机车以恒定加速度起动的情况.a一定,F一定,v增大,P增大,当P增大到P额时,变为以恒定功率起动,F减小,a减小,v还要增大,直到a=0,v最大,F=Ff,vmax=
,此后匀速.
例1.一台起重机将质量m=1×
103kg的货物从静止匀加速地竖直吊起,在2s末货物的速度v=4m/s.求起重机在2s内对货物做的功和在2s内的平均输出功率.(g取10m/s2)
例2.质量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t=3s内对物体所做的功;
(2)力F在t=3s内对物体所做功的平均功率;
(3)在3s末力F对物体做功的瞬时功率.
例3.质量为3kg的物体,从高30m处自由落下,问:
(g取10m/s2)
(1)第2s内重力做功的功率是多少?
(2)第2s末重力做功的功率是多少?
例4.汽车发动机的功率为60kW,若其总质量为5t,在水平路面上行驶时,所受阻力恒为5×
103N,试求:
(1)汽车所能达到的最大速度;
(2)若汽车以0.5m/s2的加速度由静止开始做匀加速运动,这一过程能维持多长时间?
例5.重为2×
104N的汽车,在水平路面上行驶,若保持40kW的输出功率不变,阻力为车重的0.02倍.求:
(1)行驶150m后,速度从10m/s增加到20m/s,此时汽车的加速度;
(2)汽车以恒定的功率启动后能达到的最大速度.
7-4重力势能
一、学习目标
1.认识重力做功与路径无关的特点.理解重力势能的概念.
2.理解重力做功与重力势能变化的关系.
3.知道重力势能具有相对性,知道重力势能是物体和地球系统所共有的.
1.重力做功
(1)重力做功的大小为WG=mgh=,即功的大小等于物重跟起点高度的乘积与物重跟终点高度的乘积两者之差.
(2)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
无关.
2.重力势能
(1)重力势能:
物体的重力势能等于它所受重力与所处高度的乘积.Ep=.
(2)标矢性:
重力势能是,只有大小,没有方向.
3.重力势能的相对性和系统性
(1)重力势能的相对性
①重力势能具有性,即Ep与选取的参考平面(零势能面).因此,在计算重力势能时,必须首先选取参考平面.
②重力势能的变化的,它与参考平面的选取.
(2)重力势能正、负的意义
重力势能的正负表示重力势能的大小,Ep>
0表明物体位于参考平面方;
Ep=0表明物体位于参考平面上;
Ep<
0表明物体位于参考平面方.正的重力势能总负的重力势能.
(3)重力势能是属于的,如果没有地球,就没有重力,也就谈不上重力势能了,所以,重力势能是地球与物体所组成的这个“”所共有的,而不是地球上的物体单独具有的.
4.重力做功与重力势能变化的关系
(1)关系:
重力做正功,重力势能减少,重力做的功等于重力势能的减少量;
重力做负功,重力势能增加,重力做的功等于重力势能的增加量,即WG=-ΔEp.
(2)当物体从高处向低处运动时,重力做正功,重力势能减小,也就是WG>
0,Ep1>
Ep2.这时,重力势能减小量等于重力所做的功.
(3)当物体从低处向高处运动时,重力做负功,重力势能增加,也就是WG<
0,Ep1<
Ep2.这时,重力势能增加量等于物体克服重力所做的功.
例1.沿着高度相同、坡度不同、粗糙程度也不同的斜面,向上拉同一物体到顶端,下列说法中正确的是( )
A.沿长度大的斜面上升克服重力做的功多
B.沿长度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功多
C.沿坡度大、粗糙程度大的斜面上升克服重力做的功少
D.上述几种情况重力做功同样多
例2.质量为20kg的薄铁板平放在二楼的地面上,二楼地面与楼外地面的高度差为5m.这块薄铁板相对二楼地面的重力势能为________J,相对楼外地面的重力势能为________J;
将薄铁板提高1m,若以楼外地面为参考平面,则薄铁板的重力势能变化了________J.(g取10m/s2)
例3.如图所示的两个轨道均光滑,它们的高度相同,均为h,使质量均为m的两个物体分别沿两个轨道由静止开始从顶端运动到底端.求:
(1)两个物体在运动过程中,重力势能的变化及重力对物体所做的功.
(2)若甲图是光滑的轨道,乙图是粗糙的轨道,则重力势能的变化量和重力所做的功如何变化?
例4.金茂大厦是上海的标志性建筑之一,它的主体建筑为地上101层,地下3层,高420.5m,是目前国内第一、世界第三高楼,如图所示.距地面341m的第88层为国内迄今最高的观光层,环顾四周,极目眺望,上海新貌尽收眼底.今有一质量为60kg的游客在第88层,(g取10m/s2)求:
(1)以地面为参考平面时游客的重力势能;
(2)以第88层为参考平面时游客的重力势能;
(3)以420.5m的楼顶为参考平面,若他乘电梯从
地面上升到88层,需克服重力做多少功?
例5.在离地80m处无初速度释放一小球,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参考平面.求:
(1)在第2s末小球的重力势能;
(2)在第3s内重力所做的功和重力势能的变化.
7-6实验:
探究功与速度变化的关系
1.会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度.
2.学习利用物理图象研究功与物体速度变化的关系.
3.通过纸带与打点计时器来探究功与速度的关系,体验探究过程和物理学的研究方法.
4.在实际探究过程中如何解决变力做功问题,如何将复杂的问题简单化.
1.实验目的
(1)通过实验探究力对物体做的功与的关系.
(2)体会探究的过程和探究时所采用的方法.
2.实验原理
以平板上的小车为研究对象,使它在力的作用下从静止开始运动.
(1)用测量小车的速度.
(2)通过测量力的大小及小车在力的作用下运动的距离,来计算力做的功.或为小车提供可以定量比较大小的作用力,确定各次做功的大小的定量关系.
(3)作出W-v图象或W-v2图象……,就可以分析两者的定量关系.
3.常见的两种实验方案
(1)方案一:
由重物通过滑轮牵引小车,当小车的质量比重物大得多时,可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力.如图所示.
改变重物的质量或者改变小车运动的距离,也就改变了牵引力做的功.从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.
(2)方案二:
使小车在橡皮筋的作用下弹出,如图所示.
改变橡皮筋的条数,橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的相应倍数,测出小车被弹出后的速度,能够找到牵引力对小车做的功与小车速度的关系.
4.实验器材
①一端带滑轮的长木板 ②小车 ③细绳④钩码若干 ⑤打点计时器和纸带 ⑥低压交流电源和导线 ⑦毫米刻度尺
①平板 ②小车 ③五、六根相同的橡皮筋④钉子 ⑤打点计时器和纸带 ⑥低压交流电源和导线⑦坐标纸 ⑧毫米刻度尺 ⑨铅笔
例1.关于探究功与物体速度变化的关系实验,下列叙述正确的是( )
A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
B.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致
C.放小车的长木板应该尽量使其水平
D.先接通打点计时器电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出
例2.利用打点计时器、纸带、橡皮筋等探究功与速度变化的关系时,得到如下数据:
速度大小及对应的弹力的功:
v/(m·
s-1)
0.00
0.80
1.10
1.28
1.53
1.76
1.89
W/J
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
速度平方大小及对应的弹力的功
v2/(m2·
s-2)
0.64
1.21
1.64
2.34
3.10
3.57
(1)根据以上数据作出功与速度大小的关系图象,以及功与速度平方的关系图象;
(2)根据图象得到的结论是什么?
例3.某同学利用图甲所示装置探究力对物体做的功与物体速度变化的关系,得到了下表的数据:
实验次数
1
2
3
4
5
橡皮筋条数
7
小车速度v/(m·
0.71
1.23
1.42
1.58
1.71
(注:
每条橡皮筋拉长的长度都一样)
(1)由表可以得出定性结论:
.
(2)设一条橡皮筋拉长到固定长度所做功为W0,大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v的图象.(画在图乙中)
(3)根据以上的W—v图象对W与v的关系作出初步判断:
_____________.
(4)根据数据完成下表的空白部分
橡皮筋做功
W0
W与v的关系
7-7动能和动能定理
(1)
1.知道动能的符号、单位和表达式,会根据动能的表达式计算物体的动能.
2.能从牛顿第二定律与运动学公式导出动能定理,理解动能定理的物理意义.
3.能应用动能定理解决简单的问题.
1.动能
(1)动能的概念
①定义:
物体由于而具有的能,用Ek表示.
②表达式:
Ek=,式中v是速度.
(2)动能的特点
①动能是,只有正值,与物体的速度方向.
②动能是状态量,它表示物体在某个状态下具有一定的速度时,也就具有一定的动能.
2.动能定理
(1)动能定理的内容
力在一个过程中对物体做的功,等于物体在这个过程中动能的,这个结论叫做动能定理.
(2)表达式:
W=Ek2-Ek1.
其中Ek2=
mv22表示一个过程的末动能,Ek1=
mv12表示这个过程的初动能.W表示这个过程中合外力做的功.
(3)关于动能定理的几点说明
①W的含义:
包含重力在内的所有外力所做功的.
②W与ΔEk的关系:
是引起物体动能变化的原因.如果合力对物体做正功,物体的动能增加;
如果合力对物体做负功,物体的动能减少;
如果合力对物体不做功,物体的动能不变.
3.应用动能定理解题的一般步骤
(1)选取研究对象(通常是单个物体),明确它的运动过程.
(2)对研究对象进行受力分析,明确各力做功的情况,求出外力做功的代数和.
(3)明确物体在初、末状态的动能Ek1、Ek2.
(4)列出动能定理的方程W=Ek2-Ek1,结合其他必要的解题方程,求解并验算.
例1.关于对动能的理解,下列说法正确的是( )
A.动能是普遍存在的机械能的一种基本形式,凡是运动的物体都具有动能
B.动能总是正值,但对于不同的参考系,同一物体的动能大小是不同的
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
例2.一架喷气式飞机,质量m=5.0×
103kg,起飞过程中从静止开始滑跑.当位移达到l=5.3×
102m时,速度达到起飞速度v=60m/s,在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍.求飞机受到的牵引力.(g取10m/s2)
例3.质量为m的物体静止在水平桌面上,它与桌面之间的动摩擦因数为μ,物体在水平力F作用下开始运动,发生位移x1时撤去力F,问物体还能运动多远?
例4.一辆汽车以v1=6m/s的速度沿水平路面行驶时,急刹车后能滑行x1=3.6m,如果以v2=8m/s的速度行驶,在同样路面上急刹车后滑行的距离x2应为( )
A.6.4mB.5.6m
C.7.2mD.10.8m
例5.一颗子弹速度为v时,刚好垂直射穿一块钢板.那么当其速度为2v时,可垂直射穿几块同样的钢板?
若要垂直射穿N块同样的钢板,则子弹的速度至少为多大?
7-7动能和动能定理
(2)
1.进一步理解动能定理,领会应用动能定理解题的优越性.
2.会利用动能定理分析变力做功、曲线运动以及多过程问题.
1.用动能定理求变力的功
利用动能定理求变力的功是最常用的方法,具体做法如下:
(1)如果物体只受到一个变力的作用,那么W=,只要求出做功过程中物体,也就知道了这个过程中变力所做的功.
(2)如果物体同时受到几个力的作用,但是其中只有一个力F是变力,其他力都是恒力,则可以先用恒力做功的公式求出几个恒力所做的功,然后再用来间接求变力做的功:
WF+W其他=ΔEk.
2.利用动能定理分析多过程问题
(1)对于多个物理过程要仔细分析,将复杂的过程分割成一个个子过程,分别对每个过程分析,得出每个过程遵循的规律.当每个过程都可以运用动能定理时,可以选择分段或全程应用动能定理,题目不涉及中间量时,选择全程应用动能定理更简单、方便.
(2)应用全程法解题求功时,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,弄清楚物体所受的力在哪段位移上做功,哪些力做功,做正功还是负功,正确写出总功.
3.应用动能定理处理曲线运动问题
动能定理常与平抛运动和圆周运动相结合,解决这类问题要特别注意:
(1)与平抛运动相结合时,要注意应用运动的合成与分解的方法,如分解位移或分解速度求平抛运动的有关物理量.
(2)与竖直平
- 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:
- 人教版高一 物理 必修 机械能 守恒定律
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)