機械能

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高三 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)



機械能
1.深刻理解功的概念
功是力的空間積累效應(yīng)。它和位移相對應(yīng)(也和時間相對應(yīng))。計算功的方法有兩種:
⑴按照定義求功。即:W=Fscosθ。 在高中階段,這種方法只適用于恒力做功。當 時F做正功,當 時F不做功,當 時F做負功。
這種方法也可以說成是:功等于恒力和沿該恒力方向上的位移的乘積。
⑵用動能定理W=ΔEk或功能關(guān)系求功。當F為變力時,高中階段往往考慮用這種方法求功。
這種方法的依據(jù)是:做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程,功是能的轉(zhuǎn)化的量度。如果知道某一過程中能量轉(zhuǎn)化的數(shù)值,那么也就知道了該過程中對應(yīng)的功的數(shù)值。
(3).會判斷正功、負功或不做功。判斷方法有:○1用力和位移的夾角α判斷;○2用力和速度的夾角θ判斷定;○3用動能變化判斷.
(4)了解常見力做功的特點:
重力做功和路徑無關(guān),只與物體始末位置的高度差h有關(guān):W=mgh,當末位置低于初位置時,W>0,即重力做正功;反之則重力做負功。
滑動摩擦力做功與路徑有關(guān)。當某物體在一固定平面上運動時,滑動摩擦力做功的絕對值等于摩擦力與路程的乘積。
在彈性范圍內(nèi),彈簧做功與始末狀態(tài)彈簧的形變量有關(guān)系。
(5)一對作用力和反作用力做功的特點:○1一對作用力和反作用力在同一段時間內(nèi)做的總功可能為正、可能為負、也可能為零;○2一對互為作用反作用的摩擦力做的總功可能為零(靜摩擦力)、可能為負(滑動摩擦力),但不可能為正。
2.深刻理解功率的概念
(1)功率的物理意義:功率是描述做功快慢的物理量。
(2)功率的定義式: ,所求出的功率是時間t內(nèi)的平均功率。
(3)功率的計算式:P=Fvcosθ,其中θ是力與速度間的夾角。該公式有兩種用法:①求某一時刻的瞬時功率。這時F是該時刻的作用力大小,v取瞬時值,對應(yīng)的P為F在該時刻的瞬時功率;②當v為某段位移(時間)內(nèi)的平均速度時,則要求這段位移(時間)內(nèi)F必須為恒力,對應(yīng)的P為F在該段時間內(nèi)的平均功率。
(4)重力的功率可表示為PG=mgVy,即重力的瞬時功率等于重力和物體在該時刻的豎直分速度之積。
2、斜面上的彈力做功和摩擦力做功問題
3、滑輪系統(tǒng)拉力做功的計算方法
當牽引動滑輪兩根細繩不平行時,但都是恒力,此時若將此二力合成為一個恒力再計算這個恒力的功,則計算過程較復(fù)雜。但若等效為兩個恒力功的代數(shù)和,將使計算過程變得非常簡便。
4、求某力的平均功率和瞬時功率的方法
平均功率的計算:
5、機車的啟動問題
問題1:.機車起動的最大速度問題
問題2:機車勻加速起動的最長時間問題
問題3:.機車運動的最大加速度問題。
功和功率的計算
1、求變力做功的幾種方法
功的計算在中學(xué)物理中占有十分重要的地位,中學(xué)階段所學(xué)的功的計算公式W=FScosa只能用于恒力做功情況,對于變力做功的計算則沒有一個固定公式可用,本對變力做功問題進行歸納總結(jié)如下:
(1)等值法
等值法即若某一變力的功和某一恒力的功相等,則可以同過計算該恒力的功,求出該變力的功。而恒力做功又可以用W=FScosa計算,從而使問題變得簡單。
(2)、微元法
當物體在變力的作用下作曲線運動時,若力的方向與物體運動的切線方向之間的夾角不變,且力與位移的方向同步變化,可用微元法將曲線分成無限個小元段,每一小元段可認為恒力做功,總功即為各個小元段做功的代數(shù)和。
三、平均力法
如果力的方向不變,力的大小對位移按線性規(guī)律變化時,可用力的算術(shù)平均值(恒力)代替變力,利用功的定義式求功。
(4)、圖象法
(5)、能量轉(zhuǎn)化法求變力做功
功是能量轉(zhuǎn)化的量度,已知外力做功情況可計算能量的轉(zhuǎn)化,同樣根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化也可求外力所做功的多少。因此根據(jù)動能定理、機械能守恒定律、功能關(guān)系等可從能量改變的角度求功。
①、用動能定理求變力做功
動能定理的內(nèi)容是:外力對物體所做的功等于物體動能的增量。它的表達式是W外=ΔE,W外可以理解成所有外力做功的代數(shù)和,如果我們所研究的多個力中,只有一個力是變力,其余的都是恒力,而且這些恒力所做的功比較容易計
算,研究對象本身的動能增量也比較容易計算時,用動能定理就可以求出這個變力所做的功。
③、用功能原理求變力做功
功能原理的內(nèi)容是:系統(tǒng)所受的外力和內(nèi)力(不包括重力和彈力)所做的功的代數(shù)和等于系統(tǒng)的機械能的增量,如果這些力中只有一個變力做功,且其它力所做的功及系統(tǒng)的機械能的變化量都比較容易求解時,就可用功能原理求解變力所做的功。
④、用公式W=Pt求變力做功
機械能及機械能守恒定律的應(yīng)用
一、對機械能守恒定律的理解
1、對機械能中的重力勢能的理解
機械能中的重力勢能是一個相對值,只有選定了零勢能參考面才有物體相對于零勢面的重力勢能。在機械能守恒關(guān)系式中初、末兩狀態(tài)的機械能應(yīng)相對于同一參考面。
2、對機械能守恒定律條的理解
對機械能守恒定律成立條的理解關(guān)系到能否正確應(yīng)用該定律,對該定律的理解可從以下兩個方面:
(1)、從力做功的角度理解機械能守恒定律成立的條。
對某一物體,若只有重力(或彈簧的彈力)做功,其它力不做功,則該物體的機械能守恒。
(2)、從能量轉(zhuǎn)化的角度理解機械能守恒定律成立的條。
對某一系統(tǒng),物體間只有動能和重力勢能及彈性勢能相互轉(zhuǎn)化,系統(tǒng)跟外界沒有發(fā)生機械能的傳遞,機械能也沒有轉(zhuǎn)變成其它形式的能(如沒有熱能產(chǎn)生),則系統(tǒng)的機械能守恒。
3、對于機械能守恒定律中“守恒”的理解。
正確理解機械能守恒定律中“守恒”的涵義,對于正確寫出守恒的數(shù)學(xué)表達式十分重要,同時對守恒的理解不同,其對應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式也不同。對守恒的理解主要有以下三種:
(1)、所謂守恒即系統(tǒng)的初態(tài)的總機械能E1等于末態(tài)的總機械能E2,其相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達式為:E1=E2。
(2)、系統(tǒng)的機械能守恒可理解為系統(tǒng)的能量只在動能和重力勢能之間相互轉(zhuǎn)化。系統(tǒng)重力勢能的變化量和系統(tǒng)動能的變化量數(shù)值大小相等,即ΔEp=-ΔEk。
(3)、如果系統(tǒng)是有A、B兩個物體組成的,對于機械能守恒可理解為系統(tǒng)的機械能只在A、B兩物體之間相互轉(zhuǎn)化,A物體的機械能的變化量和B物體的機械能的變化量數(shù)值大小相等,即ΔEA=-ΔEB。
二、機械能守恒定律的應(yīng)用
1、物體運動中的機械能守恒
2、變質(zhì)量問題中的機械能守恒
 3、多物體組成的系統(tǒng)的機械能守恒問題
4、彈簧問題中的機械能守恒
功能關(guān)系
1、常見力做功與能量變化的對應(yīng)關(guān)系
①重力功:重力勢能和其他能相互轉(zhuǎn)化 ②彈簧的彈力做功:彈性勢能和其他能相互轉(zhuǎn)化
③滑動摩擦力做功:機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ④電場力做功:電勢能與其他能相互轉(zhuǎn)化
⑤安培力做功:電能和其它形式能相互轉(zhuǎn)化
⑥分子力做功:分子勢能和分子動能之間的能的轉(zhuǎn)化
⑦合外力做功:動能和其他形式能之間的轉(zhuǎn)化
⑧重力、彈力外的其他力做功:機械能和其他形式能之間的轉(zhuǎn)化
2、功是能量的轉(zhuǎn)化的量度 W=ΔE
沖量、動量與動量定理
1、沖量---求恒力和變力沖量的方法。
恒力F的沖量直接根據(jù)I=Ft求,而變力的沖量一般要由動量定理或F-t圖線與橫軸所夾的面積求。
2、動量---動量及動量變化的求解方法。
求動量的變化要用平行四邊形定則或動量定理。
3、動量定理:
應(yīng)用動量定理解題的思路和一般步驟為:
10明確研究對象和物理過程;20分析研究對象在運動過程中的受力情況;
30選取正方向,確定物體在運動過程中始末兩狀態(tài)的動量;40依據(jù)動量定理列方程、求解。
小結(jié):三問法應(yīng)用動量定理:
一問能否用(涉及力、時間和速度變化的問題,不涉及加速度與位移)
二問研究對象與過程;三問動量的變化與合沖量


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