《知識網(wǎng)絡建構與學科素養(yǎng)提升》機械能守恒定律PPT優(yōu)質課件
學科素養(yǎng)提升
一、功和功率的計算
1.功的計算
(1)恒力功:用公式W=Flcos α
其中l(wèi)表示力的作用點相對于地面位移的大小,某個力做功與物體運動狀態(tài)無關。
(2)總功的計算
①合力做的總功等于各個力做的功的代數(shù)和。
②動能定理:W總=ΔEk=Ek2-Ek1。
③另一種方法是先求出物體所受各力的合力,再用公式W總=F合lcos α計算,本方法僅限于恒力作用于做功全過程的情況。
[例1] 質量為20 kg的物體,在一與水平方向成一定角度的拉力作用下沿直線運動,因拉力發(fā)生變化,物體運動的v-t圖像如圖所示。求:
(1)0~10 s,合外力做的功;
(2)0~20 s,合外力做的功;
(3)20~40 s,合外力做的功;
(4)前40 s,合外力做的功。
2.功率的計算方法
(1)P=Wt:此式是功率的定義式,常用于求解某段時間內(nèi)的平均功率。
(2)P=Fv,此式一般用來計算瞬時功率,但當速度為平均速度v- 時,功率P- 為平均功率。
[例2] 一臺起重機將靜止在地面上、質量為m=1.0×103 kg的貨物勻加速豎直吊起,在2 s末貨物的速度v=4 m/s(取g=10 m/s2,不計額外功)。求:
(1)起重機在這2 s內(nèi)的平均功率;
(2)起重機在2 s末的瞬時功率。
二、動能定理的理解及應用
1.W總=W1+W2+W3+…是包含重力在內(nèi)的所有力做功的代數(shù)和,若合外力為恒力,也可這樣計算:W總=F合lcos α。
2.動能定理是計算物體位移或速率的簡捷途徑,當題目中涉及位移時可優(yōu)先考慮動能定理。
3.做功的過程是能量轉化的過程,動能定理表達式中的“=”的意義是一種因果聯(lián)系的數(shù)值上相等的符號,它并不意味著“功就是動能增量”,也不意味著“功轉變成了動能”,而是意味著“功引起物體動能的變化”。
動能定理公式兩邊每一項都是標量,因此動能定理是一個標量方程。
[例3] 如圖所示,足夠長的傾角為θ的粗糙斜面上,有一質量為m的滑塊距擋板P為L,以初速度v0沿斜面下滑,并與擋板發(fā)生碰撞,滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ,μ<tan θ,重力加速度為g。若滑塊與擋板碰撞過程中沒有機械能損失,求:
(1)滑塊第一次與擋板碰撞前瞬間的速度大;
(2)滑塊第一次與擋板碰撞后上升離開擋板P的最大距離。
三、機械能守恒的應用
1.當研究對象只有一個物體時(地球自然包括在內(nèi)),往往用是否“只有重力做功”來判定物體機械能是否守恒。機械能守恒方程mgh+12mv20=mgh′+12mv2。
2.當研究物體與彈簧組成的系統(tǒng)時,往往用是否“只有重力和彈力做功”來判定物體與彈簧組成的系統(tǒng)的機械能是否守恒。物體機械能與彈簧彈性勢能總和保持不變。
3.當研究對象有多個物體在內(nèi)時,往往用是否“沒有摩擦和介質阻力”來判定機械能是否守恒。方程:系統(tǒng)勢能的增加(減少)量等于動能的減少(增加)量,即:ΔEp增=ΔEk減。
四、生活中的能量轉化與守恒
1.機械能可與其他形式的能相互轉化,在轉化的過程中,能的總量是不變的。
2.某種形式的能量減少,一定存在其他形式的能量增加,且減少量和增加量一定相等。
3.某個物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等。
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