《高考物理沖刺專題復(fù)習(xí)課件 第4單元-機械能（福建專用）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理沖刺專題復(fù)習(xí)課件 第4單元-機械能（福建專用）（197頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進入物理課堂 第四單元 知識框架 第四單元 考試說明 功和功率是物理學(xué)中兩個重要的基本概念 是學(xué)習(xí)動能定理 機械能守恒定律 功能關(guān)系的基礎(chǔ) 也是用能量觀點分析物理問題的切入點 能的概念 功和能的關(guān)系以及各種不同形式的能的相互轉(zhuǎn)化和守恒的規(guī)律是自然界中最重要的基本規(guī)律 它貫穿于整個物理學(xué)中 動能定理 機械能守恒定律是力學(xué)中的重點和難點 用能量觀點解題是解決動力學(xué)問題的途徑之一 高考命題具有以下特點 第四單元 復(fù)習(xí)策略 1 能力要求高 平時要加強綜合題的練習(xí) 學(xué)會將復(fù)雜的物理過程分解成若干個子過程 分析每一個過程的始末運動狀態(tài)量及物理過程中力 加速度 速度 能量的變化 對于生活 生產(chǎn)中的實際問題要建立相關(guān)物理模型 靈活運用牛頓定律 動能定理及能量轉(zhuǎn)化的方法提高解決實際問題的能力 2 綜合性強 考題的內(nèi)容經(jīng)常與牛頓運動定律 曲線運動 電磁學(xué)等方面知識綜合 物理過程復(fù)雜 綜合分析的能力要求較高 第四單元 復(fù)習(xí)策略 3 常出壓軸題 這部分知識能密切聯(lián)系生產(chǎn) 生活實際 聯(lián)系現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 因此每年高考的壓軸題 高難度的綜合題經(jīng)常涉及本單元知識 本單元的功和功率 動能和動能定理 重力的功和重力勢能 彈性勢能 機械能守恒定律是歷年高考的必考內(nèi)容 考查的知識點覆蓋面全 頻率高 題型全 第四單元 復(fù)習(xí)策略 本單元由于涉及知識多 方法多 模型多而成為難點 建議復(fù)習(xí)時重點突破以下重點或難點 1 理解概念 理解功 功率 動能 重力勢能 彈性勢能的概念 掌握功的計算方法 理解功率的含義 掌握動能 重力勢能 彈性勢能的物理意義 2 注意規(guī)律的掌握 掌握動能定理 并能運用動能定理分析與解決相關(guān)的力學(xué)問題 掌握機械能守恒定律 理解機械能守恒的條件 并能運用機械能守恒定律分析與解決相關(guān)的力學(xué)問題 第四單元 復(fù)習(xí)策略 3 注重功能關(guān)系的總結(jié) 功能關(guān)系是本單元的重點 也是貫穿整個高中物理的內(nèi)容之一 一定要總結(jié)全面 理解透徹 4 強化物理解題規(guī)律的選擇方法 隨著學(xué)習(xí)的深入 綜合題越來越多 是用牛頓定律和運動學(xué)公式 還是用能量的觀點處理問題 解題的途徑是什么 怎么選擇 需要掌握 第四單元 復(fù)習(xí)策略 第16講功 第16講 功 功1 概念 一個物體受到 的作用 如果在力的方向上發(fā)生 則這個力對物體做了功 2 做功的兩個必要因素 和物體在力的方向上發(fā)生的 3 公式 僅適用于 做功 其中 是F和l的夾角 力 力 W Flcos 位移 位移 恒力 第16講 考點整合 4 功是標量 但有正負之分 指力與位移之間的夾角 1 當(dāng)0 90 時 0 cos 1 則力對物體做 即外界給物體 能量 該力是動力 2 當(dāng) 90 時 cos 0 W 0 則力對物體 即外界和物體間無能量交換 3 當(dāng)90 180 時 1 cos 0 則力對物體做 即物體向外界 能量 力是阻力 5 合力的功 各個力分別對物體所做功的 正功 提供 不做功 負功 提供 代數(shù)和 第16講 考點整合 探究點一功的正負的判定 第16講 要點探究 第16講 要點探究 從能量轉(zhuǎn)化的角度看 當(dāng)b沿弧面由靜止下滑時 a就由靜止開始向右運動 即a的動能增大了 因此b對a的彈力做了正功 由于a和b組成的系統(tǒng)機械能守恒 a的機械能增加 b的機械能一定減少 因此a對b的支持力對b一定做了負功 第16講 要點探究 例1如圖16 2所示 小物塊位于光滑的斜面上 斜面位于光滑水平地面上 從地面上看 在小物塊沿斜面下滑過程中 斜面對小物塊的作用力 A 垂直于接觸面 不做功B 垂直于接觸面 做負功C 不垂直于接觸面 做負功D 不垂直于接觸面 做正功 第16講 要點探究 第16講 要點探究 B 解析 根據(jù)功的定義W Flcos 為了求斜面對小物塊的支持力所做的功 應(yīng)找到小物塊的位移 由于地面光滑 物塊與斜面構(gòu)成的系統(tǒng)在水平方向不受外力 初狀態(tài)系統(tǒng)保持靜止 當(dāng)物塊向左下滑動時 對斜面有斜向右下方向的壓力 因此斜面體必向右滑動 由于m M 則斜面體水平位移小于物塊水平位移 如圖所示 根據(jù)圖中的關(guān)系可以確定支持力與物塊位移夾角大于90 斜面對物塊做負功 應(yīng)選B項 點評 斜面對木塊的作用力就是斜面對木塊的支持力 始終與斜面垂直 但斜面的傾斜方向與位移的方向不在同一直線上 并且支持力與位移的夾角成鈍角 支持力做負功 第16講 要點探究 如圖16 3所示 質(zhì)量為m的木塊放在傾角為 的斜面上與斜面一起水平向左勻速運動 木塊 A 對斜面的壓力大小為mgsin B 所受的支持力對木塊不做功C 所受的摩擦力對木塊做負功D 所受的摩擦力方向可能沿斜面向下 變式題 第16講 要點探究 C 解析 以木塊為研究對象 對其進行受力分析 木塊做勻速直線運動 處于平衡狀態(tài) 木塊對斜面的壓力大小為mgcos A錯誤 木塊所受的支持力對木塊做正功 B錯誤 木塊所受的摩擦力沿斜面向上 對木塊做負功 C正確 D錯誤 第16講 要點探究 1 利用功的定義式W Flcos 求功 1 公式中F l必須對應(yīng)同一物體 l為物體相對地面的位移 為F l的夾角 2 此式一般情況下只適用于求恒力的功 2 根據(jù)動能定理計算合力的功用動能定理W Ek求功 當(dāng)F為變力時 高中階段往往考慮用這種方法求功 這里求得的功是該過程中外力對物體做的總功 或者說是合力做的功 探究點二恒力做功的計算 第16講 要點探究 3 利用功能關(guān)系求功功是能量轉(zhuǎn)化的量度 要注意分析參與轉(zhuǎn)化的能量的形式 重力對物體做的功等于物體重力勢能的減少量 彈簧彈力對物體做的功等于彈簧彈性勢能的減少量 電場力對帶電體做的功等于帶電體電勢能的減少量 分子力做的功等于分子勢能的減少量 合力對物體做的功等于物體動能的增加量 除重力 彈簧彈力以外的力對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)機械能的增加量 第16講 要點探究 第16講 要點探究 第16講 要點探究 第16講 要點探究 變式題 第16講 要點探究 第16講 要點探究 探究點三變力做功的計算 第16講 要點探究 第16講 要點探究 第16講 要點探究 第16講 要點探究 變式題 第16講 要點探究 第16講 要點探究 第17講功率 第17講 功率 快慢 第17講 功率 探究點一平均功率與瞬時功率的求解 第17講 要點探究 例1 2010 黃岡模擬 如圖17 1所示 質(zhì)量相同的兩物體處于同一高度 A沿固定在地面上的光滑斜面下滑 B自由下落 最后到達同一水平面 則 A 重力對兩物體做的功相同B 重力的平均功率相同C 到達底端時重力的瞬時功率PA PBD 到達底端時兩物體的動能相同 速度相同 第17講 要點探究 A 解析 由于兩個物體質(zhì)量相同 下落高度相同 所以重力對兩物體做的功相同 A選項正確 由于下落的時間不同 所以重力的平均功率不相同 B選項錯誤 根據(jù)機械能守恒可知 兩物體到達底端時動能相同 即速度大小相同 方向不同 D選項錯誤 由瞬時功率的計算式可得PA mgvcos PB mgv 因此 到達底端時重力的瞬時功率PA PB C選項錯誤 第17講 要點探究 變式題 第17講 要點探究 第17講 要點探究 探究點二機動車起動問題 第17講 要點探究 第17講 要點探究 第17講 要點探究 第17講 要點探究 例2汽車發(fā)動機的額定功率為60kW 汽車的質(zhì)量為5t 汽車在水平路面上行駛時 阻力是車重的0 1倍 g取10m s2 1 汽車保持額定功率不變從靜止啟動 求 汽車所能達到的最大速度是多大 當(dāng)汽車的加速度為2m s2時 速度是多大 當(dāng)汽車的速度為6m s時 加速度是多大 2 若汽車從靜止開始 保持以0 5m s2的加速度做勻加速直線運動 這一過程能維持多長時間 第17講 要點探究 第17講 要點探究 第17講 要點探究 第17講 要點探究 汽車在平直的公路上以恒定功率啟動 設(shè)阻力恒定 則在圖17 5中關(guān)于汽車運動過程中的加速度 速度隨時間變化的關(guān)系 下列說法中正確的是 A 汽車的加速度 時間圖象可用圖甲描述B 汽車的速度 時間圖象可用圖乙描述C 汽車的加速度 時間圖象可用圖丁描述D 汽車的速度 時間圖象可用圖丙描述 變式題1 第17講 要點探究 第17講 要點探究 2 2010 廈門模擬 質(zhì)量為m的汽車以恒定功率P沿傾角為 的傾斜路面向上行駛 最終以速度v勻速運動 若保持汽車的功率P不變 使汽車沿這個傾斜路面向下運動 最終勻速行駛 由此可知 汽車所受空氣和摩擦阻力大小不變 A 汽車的最終速度一定等于vB 汽車的最終速度可能小于vC 汽車所受的空氣和摩擦阻力之和一定大于mgsin D 汽車所受的空氣和摩擦阻力之和可能小于mgsin 變式題 第17講 要點探究 第17講 要點探究 例3跳繩是一種健身運動 設(shè)某運動員的質(zhì)量為50kg 他一分鐘跳繩180次 假定在每次跳躍時 腳與地面的接觸時間占跳躍一次所需時間的 則該運動員跳繩時在上升階段克服重力做功的平均功率是多少 g取10m s2 第17講 要點探究 探究點三生活情境中功率問題 第17講 要點探究 第17講 要點探究 第18講動能動能定理 第18講 動能動能定理 第18講 考點整合 變化量 Ek 4 說明 1 確定研究對象和研究過程 2 對研究對象進行受力分析 求出合外力做的功 3 對研究過程進行分析 求出過程的初 末動能 4 利用動能定理列式并解答 4 說明 1 凡涉及功 位移 初末速度的力學(xué)過程 一般優(yōu)先考慮使用動能定理求解 2 求合外力的功既可以直接求合力的功 也可以先求各力的功再取代數(shù)和 第18講 考點整合 第18講 考點整合 3 動能定理只適用于單個物體的過程 對系統(tǒng)所發(fā)生的過程不適合建立動能定理的方程 4 動能定理表達式是一個標量式 在某一個方向上應(yīng)用動能定理是沒有根據(jù)的 5 對一個物體所發(fā)生的多過程問題 可對全過程應(yīng)用動能定理求解 探究點一對動能定理的理解及使用的基本步驟 1 動能定理的理解 1 動能定理的計算式為標量式 v為相對同一參考系 一般以地面或相對地面靜止的物體為參考系 的速度 2 動能定理的研究對象是單一物體 或者是可以看成單一物體的物體系 3 動能定理適用于物體的直線運動 也適用于曲線運動 適用于恒力做功 也適用于變力做功 力可以是各種性質(zhì)的 第18講 要點探究 第18講 要點探究 力 既可以同時作用 也可以分段作用 只要求出作用過程中各力做功的多少和正負即可 這些正是動能定理解題的優(yōu)越性所在 4 若物體運動的過程中包含幾個不同過程 應(yīng)用動能定理時 可以分段考慮 也可以視全過程為一整體來處理 5 動能定理公式中等號的意義等號表明合力做功與物體動能的變化間的三個關(guān)系 數(shù)量關(guān)系 即合外力所做的功與物體動能的變化具有等量代換關(guān)系 可以通過計算物體動能的變化 求合力的功 進而求得某一力的功 第18講 要點探究 單位關(guān)系 國際單位都是焦耳 因果關(guān)系 合外力的功是物體動能變化的原因 6 動能定理中涉及的物理量有力 位移 質(zhì)量 速度 功 動能等 在處理含有上述物理量的力學(xué)問題時 可以考慮使用動能定理 由于只需要從力在整個位移內(nèi)做的功和這段位移始末兩狀態(tài)動能變化去考慮 無需注意其中運動狀態(tài)變化的細節(jié) 同時動能和功都是標量 無方向性 所以無論是直線運動還是曲線運動 計算都會特別方便 2 應(yīng)用動能定理解題的一般思路 1 確定研究對象和研究過程 注意動能定理可應(yīng)用于單個物體 也可應(yīng)用于系統(tǒng) 對系統(tǒng)應(yīng)用動能定理時應(yīng)考慮系統(tǒng) 第18講 要點探究 內(nèi)力做的功 2 對研究對象進行受力分析 研究對象以外的物體施于研究對象的力都要分析 含重力 3 寫出該過程中合外力做功的表達式 或分別寫出各個力做功 注意功的正負 的表達式 如果研究過程中物體受力情況有變化 要分別寫出該力在各個階段做功的表達式 4 寫出物體的初 末動能的表達式 5 按照動能定理列式求解 第18講 要點探究 例1 2010 濟南模擬 如圖18 1所示 電梯質(zhì)量為M 地板上放著一質(zhì)量為m的物體 鋼索拉電梯由靜止開始向上加速運動 當(dāng)上升高度為H時 速度達到v 則 第18講 要點探究 點評 用動能定理解題時 關(guān)鍵是對研究對象進行準確地受力分析及運動過程分析 并畫出物體運動過程的草圖 以便更準確地理解物理過程和各量關(guān)系 有些力在物體運動全過程中不是始終存在的 在計算外力做功時更應(yīng)引起注意 第18講 要點探究 2010 全國卷 如圖18 2所示 MNP為豎直面內(nèi)一固定軌道 其圓弧段MN與水平段NP相切于N P端固定一豎直擋板 M相對于N的高度為h NP長度為s 一物塊自M端從靜止開始沿軌道下滑 與擋板發(fā)生一次完全彈性碰撞后停止在水平軌道上某處 若在MN段的摩擦可忽略不計 物塊與NP段軌道間的滑動摩擦因數(shù)為 求物塊停止的地方與N點距離的可能值 變式題 第18講 要點探究 式題 第18講 要點探究 第18講 要點探究 探究點二用動能定理求解變力做功問題 對于恒力作用下的勻變速直線運動 若不涉及加速度和時間 利用動能定理求解一般比用牛頓定律及運動學(xué)公式求解要簡單得多 用動能定理還能解決一些在中學(xué)應(yīng)用牛頓定律難以解決的變力做功的問題 曲線運動等問題 第18講 要點探究 例2如圖18 3所示 質(zhì)量為m的物塊與轉(zhuǎn)臺之間能出現(xiàn)的最大靜摩擦力為物塊重力的k倍 物塊與轉(zhuǎn)軸OO 相距R 物塊隨轉(zhuǎn)臺由靜止開始轉(zhuǎn)動 當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到一定值時 物塊即將在轉(zhuǎn)臺上滑動 在物塊由靜止到滑動前的這一過程中 轉(zhuǎn)臺對物塊的靜摩擦力對物塊做的功為 A 0B 2 kmgRC 2kmgRD kmgR 第18講 要點探究 第18講 要點探究 點評 物體受到力的大小 方向不斷變化 力所做的功不能直接利用功的公式進行求解 但是力所做的功全部轉(zhuǎn)化為物體的動能 這種情況下 就可以利用動能定理和外力做功的等量關(guān)系求出答案 第18講 要點探究 變式題 2011 莆田模擬 如圖18 4所示 ABCD是一個盆式容器 盆內(nèi)側(cè)壁與盆底BC的連接處都是一段與BC相切的圓弧 BC為水平的 其距離d 0 50m 盆邊緣的高度為h 0 30m 在A處放一個質(zhì)量為m的小物塊并讓其從靜止出發(fā)下滑 已知盆內(nèi)側(cè)壁是光滑的 而盆底BC面與小物塊間的動摩擦因數(shù)為 0 10 小物塊在盆內(nèi)來回滑動 最后停下來 則停的地點到B的距離為 A 0 50mB 0 25mC 0 10mD 0 第18講 要點探究 第18講 要點探究 探究點三用動能定理求解多過程 多物體問題 1 應(yīng)用動能定理處理多過程問題的理論依據(jù)動能定理反映的是物體兩個狀態(tài)的動能變化與在這兩個狀態(tài)之間外力所做總功的量值關(guān)系 因此對由初始狀態(tài)到終止狀態(tài)這一過程中物體的運動性質(zhì) 運動軌跡 做功的力是恒力還是變力等諸多問題不必追究 就是說應(yīng)用動能定理不受這些問題的限制 2 用動能定理解決問題時 所選取的研究對象可以是單個物體 也可以是多個物體組成的系統(tǒng) 當(dāng)選取物體系統(tǒng)作為研究對象時 應(yīng)注意以下幾點 1 當(dāng)物體系統(tǒng)內(nèi)的相互作用是桿 繩間的作用力 或是靜摩擦力 或是剛性物體之間相互擠壓而產(chǎn)生的力時 作用力與 第18講 要點探究 反作用力的總功等于零 這時列動能定理方程時只要考慮物體系統(tǒng)所受的合外力的功即可 2 當(dāng)物體系統(tǒng)內(nèi)的相互作用力是彈簧 橡皮條的作用力 或是滑動摩擦力時 作用力與反作用力的總功不等于零 這時列動能定理方程時不但要考慮物體系統(tǒng)所受的合外力的功 還要考慮物體間的相互作用力的功 3 物體系統(tǒng)內(nèi)各個物體的速度不一定相同 列式時要分別表達不同物體的動能 3 多過程問題的求解策略 1 分析物體的運動 確定物體運動過程中不同階段的受力情況 分析各個力的功 2 分析物體各個過程中的初 末速度 在不同階段運用動 第18講 要點探究 能定理求解 此為分段法 這種方法解題時需分清物體各階段的運動情況 列式較多 3 如果能夠得到物體全過程初 末動能的變化及全過程中各力的功 對全過程列一個方程即可 4 運用動能定理應(yīng)注意的問題應(yīng)用動能定理解題時 在分析過程的基礎(chǔ)上無需深究物體運動過程中變化的細節(jié) 只考慮整個過程中的功及過程的始末的動能 若過程包含了幾個運動性質(zhì)不同的分過程 既可以分段考慮 也可以整個過程考慮 但求功時 有些力不是全過程都作用的 必須根據(jù)不同的情況分別對待求出總功 計算時要把各力的功連同符號 正 負 一同代入公式 第18講 要點探究 例3 2009 寧夏卷 冰壺比賽是在水平冰面上進行的體育項目 比賽場地示意如圖18 5所示 比賽時 運動員從起滑架處推著冰壺出發(fā) 在投擲線AB處放手讓冰壺以一定的速度滑出 使冰壺的停止位置盡量靠近圓心O 為使冰壺滑行得更遠 運動員可以用毛刷擦冰壺運行前方的冰面 使冰壺與冰面間的動摩擦因數(shù)減小 設(shè)冰壺與冰面間的動摩擦因數(shù)為 1 0 008 用毛刷擦冰面后動摩擦因數(shù)減少至 2 0 004 在某次比賽中 運動員使冰壺C在投擲線中點處以2m s的速度沿虛線滑出 為使冰壺C能夠沿虛線恰好到達圓心O點 運動員用毛刷擦冰面的長度應(yīng)為多少 g取10m s2 第18講 要點探究 第18講 要點探究 點評 解決多過程問題的關(guān)鍵是根據(jù)物體運動過程中的受力情況準確分析出物體所經(jīng)歷的各個階段的運動狀態(tài) 根據(jù)每個運動狀態(tài)的各個力的受力特點及做功特點利用動能定理就可以解決問題 第18講 要點探究 變式題 1質(zhì)量為M的機車牽引質(zhì)量為m的車廂在水平軌道上勻速前進 某時刻車廂與機車脫節(jié) 機車前進了L后 司機才發(fā)現(xiàn) 便立即關(guān)閉發(fā)動機讓機車滑行 假定機車與車廂所受阻力與其重力成正比且恒定 試求車廂與機車都停止時兩者的距離 第18講 要點探究 點評 當(dāng)題中涉及多個物體時 要注意靈活選取研究對象 找出各物體間位移或時間的關(guān)系 分別對各物體應(yīng)用動能定理 必要時列方程組求解 第18講 要點探究 2 2010 青島模擬 如圖18 6甲所示 一質(zhì)量為m 1kg的物塊靜止在粗糙水平面上的A點 從t 0時刻開始 物塊受到按如圖乙所示規(guī)律變化的水平力F作用并向右運動 第3s末物塊運動到B點時速度剛好為0 第5s末物塊剛好回到A點 已知物塊與粗糙水平面之間的動摩擦因數(shù) 0 2 g取10m s2 求 1 A與B間的距離 2 水平力F在5s內(nèi)對物塊所做的功 變式題 第18講 要點探究 第18講 要點探究 探究點四用動能定理求解彈簧問題 例4如圖18 7甲所示 一條輕質(zhì)彈簧左端固定在豎直墻面上 右端放一個可視為質(zhì)點的小物塊 小物塊的質(zhì)量為m 1 0kg 當(dāng)彈簧處于原長時 小物塊靜止于O點 現(xiàn)對小物塊施加一個外力F 使它緩慢移動 將彈簧壓縮至A點 壓縮量為x 0 1m 在這一過程中 所用外力F與壓縮量的關(guān)系如圖乙所示 然后撤去F釋放小物塊 讓小物塊沿桌面運動 已知O點至桌邊B點距離為L 2x 水平桌面的高為h 5 0m 計算時 可用滑動摩擦力近似等于最大靜摩擦力 g取10m s2 求 第18講 要點探究 1 在壓縮彈簧過程中 彈簧貯存的最大彈性勢能 2 小物塊到達桌邊B點時速度的大小 3 小物塊落地點與桌邊B的水平距離 第18講 要點探究 第18講 要點探究 點評 本題以彈簧為載體 結(jié)合圖象來綜合考查動能 動能定理的內(nèi)容 這種綜合度大但試題并不是太復(fù)雜 難度并不是太大的情況近來在高考試卷中常有出現(xiàn) 這類題的綜合信息強 對學(xué)生的能力要求也相對較高 使高考命題與新課標的要求靠得更緊密一些 是近年高考命題的基本趨勢 解得vB 2m s 3 物塊從B點開始做平拋運動下落時間t 1s水平距離s vBt 2m 第18講 要點探究 變式題 2009 福建卷 如圖18 8甲所示 在水平地面上固定一傾角為 的光滑絕緣斜面 斜面處于電場強度大小為E 方向沿斜面向下的勻強電場中 一勁度系數(shù)為k的絕緣輕質(zhì)彈簧的一端固定在斜面底端 整根彈簧處于自然狀態(tài) 一質(zhì)量為m 帶電荷量為q q 0 的滑塊從距離彈簧上端為s0處由靜止釋放 滑塊在運動過程中電量保持不變 設(shè)滑塊與彈簧接觸過程沒有機械能損失 彈簧始終處在彈性限度內(nèi) 重力加速度大小為g 1 求滑塊從靜止釋放到與彈簧上端接觸瞬間所經(jīng)歷的時間t1 2 若滑塊在沿斜面向下運動的整個過程中最大速度大小為vm 求滑塊從靜止釋放到速度大小為vm的過程中彈簧的彈力所做的功W 第18講 要點探究 3 從滑塊靜止釋放瞬間開始計時 請在圖乙中畫出滑塊在沿斜面向下運動的整個過程中速度與時間關(guān)系v t圖象 圖中橫坐標軸上的t1 t2及t3分別表示滑塊第一次與彈簧上端接觸 第一次速度達到最大值及第一次速度減為零的時刻 縱坐標軸上的v1為滑塊在t1時刻的速度大小 vm是題中所指的物理量 本小題不要求寫出計算過程 第18講 要點探究 第18講 要點探究 第19講機械能守恒定律 第19講 機械能守恒定律 第19講 考點整合 一 物體的機械能1 構(gòu)成 物體的機械能等于物體的動能與勢能之和 E Ek Ep 2 守恒類型 1 只受重力 僅動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化 2 除重力和彈簧彈力做功外 其他力不做功 3 除重力和彈力做功外 其他力做功的代數(shù)和為零 3 變化量的計算 1 E Ek Ep 第19講 考點整合 2 E W其他 物體的機械能的變化量等于除重力 彈簧彈力 外的其他力對物體做的功 二 機械能守恒定律1 定律內(nèi)容 在只有 做功的情形下 物體的 和 發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 機械能的總量保持不變 2 表達形式 重力 彈簧彈力 動能 勢能 第19講 考點整合 第19講 考點整合 在應(yīng)用機械能守恒定律守恒形式時 必須選取零勢能參考面 而且在同一問題中必須選取同一零勢能參考面 但應(yīng)用轉(zhuǎn)化形式 Ek Ep和轉(zhuǎn)移形式 EA EB時不必選取零勢能參考面 只要弄清楚過程中物體重力勢能的變化即可 第19講 要點探究 探究點一對機械能是否守恒的判斷 判斷機械能是否守恒的方法一般有兩種 1 根據(jù)機械能守恒的條件判斷 分析物體系統(tǒng)所受的力 判斷重力和彈力以外的力 不管是系統(tǒng)內(nèi)部物體間的力還是系統(tǒng)外部其他物體施加給系統(tǒng)內(nèi)物體的力 是否對物體做功 如果重力和彈力以外的力對物體系統(tǒng)做了功 則物體系統(tǒng)的機械能不守恒 否則 機械能守恒 第19講 要點探究 2 根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化判斷 對于一個物體系統(tǒng) 分析是否只存在動能和重力勢能 或彈性勢能 的相互轉(zhuǎn)化 如果只存在動能和重力勢能 或彈性勢能 的相互轉(zhuǎn)化 而不存在機械能和其他形式的能量的轉(zhuǎn)化 機械能守恒 否則 機械能不守恒 第19講 要點探究 例1如圖19 1所示四個圖中 木塊均在固定的斜面上運動 其中圖A B C中的斜面是光滑的 圖D中的斜面是粗糙的 圖A B中的F為木塊所受的外力 方向如圖中箭頭所示 圖A B D中的木塊向下運動 圖C中的木塊向上運動 在這四個圖所示的運動過程中機械能守恒的是 第19講 要點探究 例1C 解析 機械能守恒的條件是只有重力做功 A B圖中木塊受到三個力作用 即重力 支持力和推力F 有外力F做功 故不符合機械能守恒定律的適用條件 D中有摩擦力做功 故也不符合機械能守恒定律的適用條件 只有C選項機械能守恒 點評 機械能守恒定律的適用條件絕不是合外力的功等于零 更不是合外力等于零 而是看是否只有重力或彈力做功 第19講 要點探究 變式題 1如圖19 2所示 m1 m2 滑輪光滑 且質(zhì)量不計 在m1下降階段 不計空氣阻力 的過程中 下列說法正確的是 A m1的機械能守恒B m2的機械能守恒C m1和m2的總機械能減少D m1和m2的總機械能守恒 第19講 要點探究 D 解析 m1 m2除受重力外 分別還有繩的拉力 在m1下降時 拉力對m1做負功 在m2上升時 拉力對m2做正功 故m1 m2的機械能均不守恒 選項AB錯誤 將m1和m2視為一個系統(tǒng) 繩的拉力對m1 m2做功之和為零 只有重力做功 故m1和m2的總機械能守恒 選項D正確 第19講 要點探究 變式題 2 2011 銘選中學(xué) 如圖19 3所示 長為2L的不可伸長的細繩一端系于O點 一端系一質(zhì)量為m的物體 物體自與水平方向夾角30 繩拉直 由靜止釋放 問物體到達O點正下方處的速度是多少 第19講 要點探究 第19講 要點探究 探究點二涉及流體 鏈條 桿 繩的機械能守恒問題 繩索 鏈條這類的物體常發(fā)生形變 其重心位置不是固定不變的 確定其重心的位置是解決這類問題的關(guān)鍵 順便指出的是 質(zhì)量均勻分布的規(guī)則物體常以重心的位置來確定物體的重力勢能 第19講 要點探究 例2如圖19 4所示 總長為L的光滑勻質(zhì)鐵鏈跨過一個光滑的輕小滑輪 開始時下端A B相平齊 當(dāng)略有擾動時 其一端下落 則當(dāng)鐵鏈剛脫離滑輪的瞬間 鐵鏈的速度為多大 第19講 要點探究 第19講 要點探究 點評 對于繩索 鏈條之類的物體 由于發(fā)生形變 其重心位置相對物體并不是固定不變的 能否確定重心的位置 常是解決該類問題的關(guān)鍵 可以采用分段法求出每段的重力勢能 然后求和即為整體的重力勢能 也可采用等效法求出重力勢能的改變量 利用 Ek Ep求解時 不需要選取參考平面 且便于分析計算 第19講 要點探究 變式題 第19講 要點探究 第19講 要點探究 探究點三連接體的機械能守恒問題 在用機械能守恒定律解連接體問題時 一定要注意下面幾個問題 1 靈活地選取研究對象 應(yīng)用機械能守恒定律必須準確地選擇研究對象 研究對象選擇得當(dāng)則機械能守恒 研究對象選擇不得當(dāng)則機械能不守恒 2 正確判斷機械能是否守恒 判斷選定的研究對象的機械能是否守恒可從做功的角度或能量的轉(zhuǎn)化的角度考慮 3 如何選取物理過程 選取物理過程必須遵循兩個基本原則 一要符合求解要求 二要盡量使求解過程簡化 有時可選全過程 而有時則必須將全過程分解成幾個階段 然后再分別應(yīng)用機械能守恒定律求解 第19講 要點探究 例3 2010 福州模擬 如圖19 6所示 光滑圓柱半徑為R 被固定在水平平臺上 用輕繩跨過圓柱體與兩小球m1 m2相連 m1 m2分別為它們的質(zhì)量 開始時讓m1放在平臺上 兩邊繩繃直 兩球從靜止開始 m1上升 m2下降 當(dāng)m1上升到圓柱的最高點時 球m1對軌道的壓力為0 2m1g 求 1 小球m1上升到圓柱的最高點時 速度為多大 用g R表示 2 兩球從靜止開始至m1上升到圓柱的最高點 系統(tǒng)減少的勢能為多少 3 m2應(yīng)為m1的多少倍 第19講 要點探究 第19講 要點探究 第19講 要點探究 2010 山東卷 如圖19 7所示 傾角 30 的粗糙斜面固定在地面上 長為l 質(zhì)量為m 粗細均勻 質(zhì)量分布均勻的軟繩置于斜面上 其上端與斜面頂端齊平 用細線將物塊與軟繩相連 物塊由靜止釋放后向下運動 直到軟繩剛好全部離開斜面 此時物塊未到達地面 在此過程中 變式題 第19講 要點探究 第19講 要點探究 第20講 用能量觀點分析綜合問題 第20講用能量觀點分析綜合問題 一 功能關(guān)系1 功能原理 功是能的 的量度 1 做功的過程就是能量 的過程 2 做功多少與能的轉(zhuǎn)化量大小 即 W E 2 重要結(jié)論 1 物體動能的增量由 做的功來量度 Ek W外 2 物體重力勢能的增量由 做的功來量度 Ep WG 第20講 考點整合 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化 相等 相等 相等 合外力 克服重力 第20講 考點整合 3 物體機械能的增量由重力 彈簧彈力 以外的 做的功來量度 E機 W其他 當(dāng)W其他 0時 系統(tǒng)的機械能守恒 4 互為作用力和反作用力的一對摩擦力做的總功用來量度該過程中系統(tǒng)由于摩擦產(chǎn)生的熱量 系統(tǒng)增加的內(nèi)能Q s為這兩個物體間相對移動的路程 二 能量守恒定律的內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生 也不會憑空消失 它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式 或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體 在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中 能量的總量保持不變 其他力 fs 探究點一功能關(guān)系的一般應(yīng)用 做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程 做多少功就有多少某種形式的能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 這就是功能關(guān)系的普遍意義 功能關(guān)系的主要形式有以下幾種 1 重力做功過程中 重力勢能和其他形式能相互轉(zhuǎn)化 重力做正功 重力勢能減少 重力做負功 重力勢能增加 重力做的功等于重力勢能的減少量 WG Ep Ep1 Ep2 第20講 要點探究 2 彈簧的彈力做功過程中 彈性勢能和其他形式能相互轉(zhuǎn)化 彈簧的彈力對物體做正功 彈簧的彈性勢能減少 彈簧的彈力做負功 彈簧的彈性勢能增加 彈力做的功等于彈性勢能的減少量 WG Ep Ep1 Ep2 3 除重力 彈簧彈力的其他力做功過程中 機械能和其他形式的能相互轉(zhuǎn)化 除重力 彈簧彈力的其他力做的功等于機械能的減少量 W其他 E E1 E2 4 電場力做功過程中 電勢能和其他形式能相互轉(zhuǎn)化 電場力做正功 電勢能減少 電場力做負功 電勢能增加 電場力做的功等于電勢能的減少量 W電 Ep Ep1 Ep2 第20講 要點探究 5 安培力做正功 電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 克服安培力做功 其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 6 合外力做功過程中 物體的動能發(fā)生變化 合外力對物體做的功等于物體動能的增加量 動能定理 即W合 Ek 在應(yīng)用功能關(guān)系時應(yīng)注意搞清力對 誰 做功的問題 對 誰 做功就對應(yīng) 誰 的位移 并引起 誰 的能量變化 如子彈物塊模型中 摩擦力對子彈做的功必須用子彈的位移去求解 功引起子彈動能的變化 但不能說功就是能 也不能說 功變成能 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 可以說功在能量轉(zhuǎn)化的過程中扮演著重要的角色 第20講 要點探究 第20講 要點探究 例1 2011 泰安模擬 如圖20 1所示 卷揚機的繩索通過定滑輪用力F拉位于粗糙斜面上的木箱 使之沿斜面加速向上移動 在移動過程中 下列說法正確的是 A F對木箱做的功等于木箱增加的動能與木箱克服摩擦力所做的功之和B F對木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和C 木箱克服重力做功等于木箱增加的重力勢能D F對木箱做的功等于木箱增加的機械能 第20講 要點探究 第20講 要點探究 變式題 1 2010 福州模擬 在奧運比賽項目中 高臺跳水是我國運動員的強項 質(zhì)量為m的跳水運動員進入水中后受到水的阻力而做減速運動 設(shè)水對他的阻力大小恒為F 那么在他減速下降高度為h的過程中 下列說法正確的是 A 他的動能減少了FhB 他的重力勢能增加了mghC 他的機械能減少了FhD 他的機械能減少了 F mg h 第20講 要點探究 解析 根據(jù)功能關(guān)系 動能減少量 Ek W合 F mg h 重力勢能減少量 Ep WG mgh 機械能減少量 E W它 Fh C 第20講 要點探究 變式題 2 2010 三明模擬 如圖20 2所示 在抗洪救災(zāi)中 一架直升機通過繩索 用恒力F豎直向上拉起一個漂在水面上的木箱 使其由水面開始加速上升到某一高度 若考慮空氣阻力而不考慮空氣浮力 則在此過程中 以下說法錯誤的是 A 力F所做的功減去克服阻力所做的功等于重力勢能的增量B 木箱克服重力所做的功等于重力勢能的增量C 力F 重力 阻力三者合力所做的功等于木箱動能的增量D 力F和阻力的合力所做的功等于木箱機械能的增量 第20講 要點探究 解析 力F所做功等于系統(tǒng)克服阻力所做的功 重力勢能的增量與動能增量之和 A錯 A 探究點二功能關(guān)系在傳送帶問題中的應(yīng)用 1 摩擦力做功的特點 1 靜摩擦做功的特點 靜摩擦力對物體可以做正功 可以做負功 還可以不做功 一對靜摩擦力所做的功的代數(shù)總和一般等于零 特殊 爬桿類例外 在靜摩擦力做功的過程中 只有機械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 靜摩擦力做功起著傳遞機械能的作用 而沒有機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 也不產(chǎn)生熱 第20講 要點探究 第20講 要點探究 2 滑動摩擦力做功的特點 滑動摩擦力對物體可以做正功 可以做負功 還可以不做功 在相互摩擦的物體系統(tǒng)中 一對相互作用的滑動摩擦力對物體系統(tǒng)所做總功多少與路徑有關(guān) 其值是負值 等于摩擦力與相對路程的乘積 即Wf fs相對 負號表示系統(tǒng)克服摩擦力做功 系統(tǒng)損失的機械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能 即 E損 fs相對 Q熱 摩擦生熱 在一對滑對摩擦力做功的過程中 能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的情況是 一是相互摩擦的物體通過摩擦力做功 將部分機械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 二是部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 第20講 要點探究 2 物體在傳送帶上運動求解物體在傳送帶上運動的問題 首先對物體進行受力分析 根據(jù)牛頓第二定律求解物體運動的加速度 以地面為參考系 運用運動公式正確分析物體的運動過程 應(yīng)特別關(guān)注物體與傳送帶是否達到共同速度這一轉(zhuǎn)折點 這是摩擦力突變的臨界條件 要區(qū)分物體的位移和物體相對傳送帶的位移 再利用Q fs相對求滑動摩擦產(chǎn)生的熱量 利用功能關(guān)系求解有關(guān)問題 第20講 要點探究 例2如圖20 3所示為測定運動員體能的裝置 輕繩拴在腰間沿水平線跨過定滑輪 不計滑輪的質(zhì)量與摩擦 下懸重為G的物體 設(shè)人的重心相對地面不動 人用力向后蹬傳送帶 使水平傳送帶以速率v逆時針轉(zhuǎn)動 則 A 人對重物做功 功率為GvB 人對傳送帶的摩擦力大小等于G 方向水平向右C 在時間t內(nèi) 人對傳送帶做功消耗的能量為GvtD 若增大傳送帶的速度 人對傳送帶做功的功率不變 第20講 要點探究 例2C 解析 人用力向后蹬傳送帶的過程中 重物不動 人對重物不做功 選項A錯誤 對人進行受力分析可知 傳送帶對人的摩擦力水平向右 大小等于G 根據(jù)牛頓第三定律知 人對傳送帶的摩擦力大小等于G 方向水平向左 選項B錯誤 在時間t內(nèi) 人對傳送帶做功消耗的能量為W Pt Gvt 選項C正確 若增大傳送帶的速度 人對傳送帶做功的功率將增大 選項D錯誤 第20講 要點探究 點評 本題是傳送帶上物體的運動問題 通過受力分析 明確物體的受力情況 結(jié)合牛頓運動定律和功能關(guān)系求解有關(guān)問題 下面的變式題是傾斜傳送帶上物體的運動問題 第20講 要點探究 變式題 1如圖20 4所示 傾斜的傳送帶保持靜止 一木塊從頂端以一定的初速度勻加速下滑到底端 如果讓傳送帶沿圖中箭頭所示的方向勻速運動 同樣的木塊從頂端以同樣的初速度下滑到底端的過程中 與傳送帶保持靜止時相比 A 木塊從頂端滑到底端的過程中 所用的時間變長B 木塊從頂端滑到底端的過程中 所用的時間變短C 木塊在滑到底端的過程中 克服摩擦力所做的功變大D 木塊在滑到底端的過程中 系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能將變大 第20講 要點探究 解析 傳送帶運動時 木塊所受摩擦力仍然是沿傳送帶向上 木塊向下一直加速 加速度不變 因而滑到底端所用時間不變 故可判斷選項A B錯 但由于傳送帶運動時 木塊對地位移不變 木塊和傳送帶間的相對路程變大 故木塊克服摩擦力所做的功不變 摩擦力產(chǎn)生的內(nèi)能增多 選項C錯 D對 D 第20講 要點探究 變式題 2如圖20 5所示 繃緊的傳送帶與水平面的夾角 30 皮帶在電動機的帶動下 始終保持v0 2m s的速率運行 現(xiàn)把一質(zhì)量為m 10kg的工件 可看為質(zhì)點 輕輕放在皮帶的底端 經(jīng)時間1 9s 工件被傳送到h 1 5m的高處 取g 10m s2 求 1 工件與皮帶間的動摩擦因數(shù) 2 電動機由于傳送此工件多消耗的電能 第20講 要點探究 第20講 要點探究 探究點三能的轉(zhuǎn)化與守恒定律的應(yīng)用 1 對定律的理解 1 某種形式的能量減少 一定存在另外形式的能量增加 且減少量和增加量相等 2 某個物體的能量減少 一定存在別的物體的能量增加 且減少量和增加量相等 2 應(yīng)用定律解題應(yīng)注意的問題 1 分清共有多少種形式的能 如動能 勢能 電能 內(nèi)能 在變化 2 明確哪種形式的能量增加 哪種形式的能量減少 3 減少的總能量一定等于增加的總能量 據(jù)此列出方程 E減 E增 第20講 要點探究 第20講 要點探究 例3如圖20 6所示 某人乘雪橇從雪坡經(jīng)A點滑至B點 接著沿水平路面滑至C點停止 人與雪橇的總質(zhì)量為70kg 下表中記錄了沿坡滑下過程中的有關(guān)數(shù)據(jù) 請根據(jù)圖表中的數(shù)據(jù)解決下列問題 g 10m s2 1 人與雪橇從A到B的過程中 損失的機械能為多少 2 設(shè)人與雪橇在BC段所受阻力恒定 求阻力大小 第20講 要點探究 第20講 要點探究 點評 從能量的角度來看 功是度量能量轉(zhuǎn)化的物理量 功的正 負表示了能量的傳輸方向 外力對物體做正功 則外界向物體傳輸能量 外力對物體做負功 物體將一部分能量向外界傳輸 如本例中求人與雪橇從A到B的過程中損失的機械能為多少 由能量關(guān)系可知 就是求這一過程中克服阻力做了多少功 因此 許多問題都可以應(yīng)用能量守恒定律來解決 第20講 要點探究 變式題 1 2010 莆田模擬 如圖20 7所示 跳水運動員最后踏板的過程可以簡化為下述模型 運動員從高處落到處于自然狀態(tài)的跳板 A位置 上 隨跳板一同向下做變速運動到達最低點 B位置 對于運動員從開始與跳板接觸到運動至最低點的過程 下列說法中正確的是 A 運動員到達最低點時 其所受外力的合力為零B 在這個過程中 運動員的動能一直在減小C 在這個過程中 運動員的機械能先增加后減少D 在這個過程中 運動員所受重力對他做的功小于跳板的作用力對他做的功 第20講 要點探究 D 解析 本題的過程類似于小球自由下落壓縮彈簧的問題 運動員往下壓板時 先向下做加速度減小的加速運動 彈力等于重力即加速度為0時速度最大 而后往下做加速度增加的減速運動 最低點時速度為0但加速度最大 大于g 顯然 AB錯 由于彈力方向始終向上 彈力做負功 運動員的機械能一直減少 C錯 最終運動員靜止 速度為0 動能減小 根據(jù)動能定理 運動員所受重力對他做的功小于跳板的作用力對他做的功 D對 第20講 要點探究 變式題 2 第20講 要點探究 探究點四圖象在能量問題中的應(yīng)用 例4 2010 南通模擬 如圖20 9甲所示 一物塊在t 0時刻以初速度v0從足夠長的粗糙斜面底端向上滑行 物塊速度隨時間變化的圖象如圖20 9乙所示 t0時刻物塊到達最高點 3t0時刻物塊又返回底端 由此可以確定 A 物塊返回底端時的動能B 物塊所受摩擦力大小C 斜面傾角 D 3t0時間內(nèi)物塊克服摩擦力所做的功 第20講 要點探究 第20講 要點探究 第20講 要點探究 變式題 2010 海淀模擬 如圖20 10所示為豎直平面內(nèi)的直角坐標系 一個質(zhì)量為m的質(zhì)點在恒力F和重力的作用下 從坐標原點O由靜止開始沿直線OA斜向下運動 直線OA與y軸負方向成 角 90 不計空氣阻力 重力加速度為g 則以下說法正確的是 A 當(dāng)F mgtan 時 質(zhì)點的機械能守恒B 當(dāng)F mgsin 時 質(zhì)點的機械能守恒C 當(dāng)F mgtan 時 質(zhì)點的機械能增大D 當(dāng)F mgsin 時 質(zhì)點的機械能可能減小也可能增大 第20講 要點探究 B 解析 質(zhì)點做直線運動 所以恒力F和重力的合力沿OA方向 即恒力大小的范圍為F mgsin 當(dāng)F mgsin 時 恒力的方向與位移方向垂直 恒力不做功 選項B正確 D錯誤 當(dāng)mgsin F mg時 恒力有兩解 恒力的方向可能與位移的夾角大于90 也可能小于90 即恒力可能做正功 也可能做負功 選項A C錯誤 第21講 本單元實驗 第21講本單元實驗 實驗一探究動能定理1 實驗?zāi)康?探究外力對物體做功與物體 的關(guān)系 2 實驗器材與實驗裝置小車 前面帶小鉤 100g 200g砝碼 長木板 兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘 及紙帶 學(xué)生電源及導(dǎo)線 使用電火花計時器不用學(xué)生電源 5 6條等長的 刻度尺 實驗裝置如圖21 1所示 第21講 考點整合 彈性勢能 彈簧 紙帶 第21講 考點整合 實驗二驗證機械能守恒定律1 實驗?zāi)康?驗證機械能守恒定律 2 實驗器材與實驗裝置鐵架臺 含鐵夾 學(xué)生電源 紙帶 復(fù)寫紙 導(dǎo)線 毫米刻度尺 重物 帶紙帶夾 實驗裝置如圖21 2所示 3 注意事項 1 應(yīng)盡可能控制實驗條件 即應(yīng)滿足機械能守恒的條件 這就要求盡量減小各種阻力的影響 2 驗證機械能守恒時 可以 物體質(zhì)量 只要比較v和ghn是否相等即可驗證機械能是否守恒 打點計時器 不測出 探究點一實驗原理與實驗操作 一 探究動能定理1 實驗原理探究功與物體動能變化的關(guān)系 可通過改變力對物體做的功 測出力對物體做不同功時物體的速度 為簡化實驗 可將物體的初速度設(shè)置為零 用如圖21 3所示的裝置進行實驗 通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對小車做的功成倍增加 再通過打點計時器和紙帶來測量每次實驗后小車的末速度v 第21講 要點探究 第21講 要點探究 2 實驗步驟 1 按圖21 3將實驗儀器安裝好 同時平衡摩擦力 2 先用一條橡皮筋做實驗 用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1 設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為W1 將這一組數(shù)據(jù)記入表格 3 用兩條橡皮筋做實驗 實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同 這時橡皮筋對小車做的功為W2 測出小車獲得的速度v2 將數(shù)據(jù)記入表格 4 用3條 4條 橡皮筋做實驗 用同樣的方法測出功和速度 記入表格 5 用作圖法分析數(shù)據(jù) 得出結(jié)論 第21講 要點探究 第21講 要點探究 第21講 要點探究 第21講 要點探究 第21講 要點探究 例1用如圖21 6所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律 實驗所用的電源為學(xué)生電源 輸出電壓為6V的交流電和直流電兩種 重錘從高處由靜止開始落下 重錘上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點 對紙帶上的點的痕跡進行測量 即可驗證機械能守恒定律 第21講 要點探究 1 下面列舉了該實驗的幾個操作步驟 A 按照圖示的裝置安裝器件 B 將打點計時器接到電源的直流輸出端上 C 用天平測量出重錘的質(zhì)量 D 釋放懸掛紙帶的夾子 同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶 E 測量打出的紙帶上某些點之間的距離 F 根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能 指出其中沒有必要進行的或者操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E 將其選項對應(yīng)的字母填在下面的空行內(nèi) 并說明其原因 答 第21講 要點探究 2 利用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值 如圖21 7所示 根據(jù)打出的紙帶 選取紙帶上打出的連續(xù)五個點A B C D E 測出A點距起始點O的距離為s0 點A C間的距離為s1 點C E間的距離為s2 使用交流電的頻率為f 則根據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度a的表達式為 a 第21講 要點探究 3 在驗證機械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn) 重錘減小的重力勢能總是大于重錘動能的增加 其原因主要是在重錘下落過程中存在著阻力的作用 可以通過該實驗裝置測定該阻力的大小 若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣裙J的較準確的值為g 還需要測量的物理量是 試用這些物理量和紙帶上的測量數(shù)據(jù)表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小為F 第21講 要點探究 第21講 要點探究 點評 打點計時器是高中物理中最常用和最重要的儀器 要使用打點計時器 必須要配備的其他儀器有 交流電源 紙帶 導(dǎo)線和刻度尺 第21講 要點探究 變式題 2011 德州模擬 關(guān)于 探究動能定理 的實驗中 下列敘述正確的是 A 每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值B 每次實驗中 橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致C 放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平D 先接通電源 再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 第21講 要點探究 D 解析 本實驗不必測出橡皮筋做功的具體數(shù)值 只要測出以后每次實驗時橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可 A錯 每次實驗時橡皮筋拉伸的長度必須保持一致 只有這樣才能只能保證以后每次實驗時橡皮筋做的功是第一次的整數(shù)倍 否則 功的數(shù)值難以測定 B錯 小車運動過程中會受到阻力 只有使木板傾斜到一定程度 才能減小誤差 C錯 實驗時 應(yīng)該先接通電源 讓打點計時器開始工作 然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 D對 探究點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析 1 探究動能定理的實驗 1 數(shù)據(jù)處理 小車速度的測量 探究橡皮筋彈力做功和小車速度的關(guān)系 要測量彈力做功結(jié)束時小車的速度 即小車做勻速運動的速度 應(yīng)選用紙帶上點跡均勻的部分 圖象分析 以橡皮筋對小車做的功W為縱坐標 小車獲得的速度為橫坐標 以第一次實驗時的功W為單位 作出W v圖象 分析這條圖線 可以得知橡皮筋對小車做的功W與小車獲得的速度v的定量關(guān)系 第21講 要點探究 2 減小實驗誤差應(yīng)注意的問題 在長木板上 小車 鐵釘 打點計時器的位置應(yīng)調(diào)整適當(dāng) 以保證打在紙帶上的點便于處理 求出小車運動的速度 平衡摩擦力時 可使木板略微傾斜 保證小車脫離橡皮筋后做勻速運動 3 若小車的質(zhì)量較小 當(dāng)用多條橡皮筋時 打出的點過少 應(yīng)改用質(zhì)量稍大的小車 或加砝碼 以保證打出的點便于處理 第21講 要點探究 第21講 要點探究 第21講 要點探究 第21講 要點探究 本實驗的另一個誤差來源于長度的測量 屬偶然誤差 減小誤差的辦法是測下落距離時都從O點測量 一次將各點對應(yīng)的下落高度測量完 或者多次測量取平均值 重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功 所以系統(tǒng)誤差總是使動能的增加量略小于重力勢能的減少量 3 打點計時器問題探究動能定理和驗證機械能守恒定律實驗中均使用打點計時器 使用打點計時器時應(yīng)注意 1 應(yīng)先接通電源 待計時器打點穩(wěn)定后再松開紙帶 2 交流電頻率的變化會引起打點時間間隔變化而產(chǎn)生誤差 當(dāng)交流電頻率的升高時 實際打點時間間隔小于理論時間間隔 使測得的速度小于實際速度 3 計數(shù)點選擇不當(dāng) 振動片振動不均勻 紙帶放置方法不正確引起的摩擦都會產(chǎn)生實驗誤差 第21講 要點探究 例2為了探究力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系 現(xiàn)提供如圖21 8所示的器材 讓小車在橡皮筋的作用下彈出后 沿木板滑行 請思考探究思路并回答下列問題 打點計時器所用交流電頻率為50Hz 第21講 要點探究 1 為了消除摩擦力的影響 應(yīng)采取什么措施 2 當(dāng)我們分別用同樣的橡皮筋1條 2條 3條 并起來進行第1次 第2次 第3次 實驗時 每次實驗中橡皮筋拉伸的長度應(yīng)都保持一致 我們把第1次實驗時橡皮筋對小車做的功記為W 3 由于橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可以由打點計時器和紙帶測出 如圖21 9所示是其中四次實驗打出的部分紙帶 第21講 要點探究 第21講 要點探究 4 試根據(jù)第 2 3 中的信息 填寫下表 從表中數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是 第21講 要點探究 第21講 要點探究 點評 該題綜合考查了本實驗的注意事項 數(shù)據(jù)處理及結(jié)論 對考生的能力要求較高 第21講 要點探究 變式題 1在一次演示實驗中 一個壓緊的彈簧沿一粗糙水平面射出一個小物體 測得彈簧壓縮的距離d和小球在粗糙水平面滑動的距離s如下表所示 由此表可以歸納出小物體滑動的距離s跟彈簧壓縮的距離d之間的關(guān)系 并猜測彈簧的彈性勢能Ep跟彈簧壓縮的距離d之間的關(guān)系分別是 選項中k1 k2是常量 A s k1d Ep k2dB s k1d Ep k2d2C s k1d2 Ep k2dD s k1d2 Ep k2d2 第21講 要點探究 D 解析 從表中數(shù)據(jù)可以看出 滑動距離s與彈簧壓縮的距離d的平方成正比 即s k1d2 由于小球的動能全部來自于彈簧的彈性勢能 小球在滑動過程中動能又全部轉(zhuǎn)化為摩擦力做的功 所以彈性勢能與摩擦力做功相等 即D正確 第21講 要點探究 變式題 2 2010 安徽卷 利用圖21 10所示裝置進行驗證機械能守恒定律的實驗時 需要測量物體由靜止開始自由下落到某點時的瞬時速度v和下落高度h 某班同學(xué)利用實驗得到的紙帶 設(shè)計了以下四種測量方案 第21講 要點探究 第21講 要點探究 d 解析 由于摩擦阻力等因素的存在 物體加速度a g a b c三項均不正確 探究點三同類實驗拓展與創(chuàng)新 驗證機械能守恒定律的方法很多 在具體的實驗過程中有許多創(chuàng)新 但無論是哪種情況 都要先確定初末狀態(tài) 利用數(shù)據(jù)得到動能的變化量 與重力做功去比較 得出結(jié)論 第21講 要點探究 第21講 要點探究 例3用氣墊導(dǎo)軌裝置驗證機械能守恒定律 先非常仔細地把導(dǎo)軌調(diào)成水平 然后如圖21 11所示用墊塊把導(dǎo)軌一端墊高H 滑塊m上面裝l 3cm的擋光框 使它由軌道上端任一處滑下 測出它通過電門G1和G2時的速度v1和v2 就可以算出它由G1到G2這段過程中動能的增加量 Ek m v v 再算出重力勢能的減少量 Ep mgh 比較 Ek與 Ep的大小 便可驗證機械能是否守恒 1 滑塊的速度v1 v2如何求出 滑塊通過G1時的高度h如何求出 2 若測得圖中L 1m s 0 5m H 20cm m 500g 滑塊通過G1和G2的時間分別為5 0 10 2s和2 0 10 2s 當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭 9 80m s2 試判斷機械能是否守恒 第21講 要點探究 第21講 要點探究 第21講 要點探究 第21講 要點探究 點評 本實驗設(shè)計是對課本實驗原理的拓展 主要考查在新情景中對已學(xué)知識的遷移應(yīng)用 考查分析 處理實際問題的綜合能力 第21講 要點探究 變式題 如圖21 12甲所示 用包有白紙的總質(zhì)量為m的圓柱棒替代紙帶和重錘 蘸有顏料的毛筆固定在馬達上并隨之轉(zhuǎn)動 使