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(浙江專用)2022-2023學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律章末整合提升學(xué)案 新人教版必修2

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1、(浙江專用)2022-2023學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律章末整合提升學(xué)案 新人教版必修2 突破一 功和功率的計(jì)算 1.功的計(jì)算方法 (1)恒力做的功:W=Flcos α (2)合外力做的功 方法一:先求合外力F合,再用W合=F合lcos α求功。 方法二:先求各個(gè)力做的功W1、W2、W3……,再應(yīng)用W合=W1+W2+W3+……,求合外力做的功。 (3)變力做的功。 ①利用功率求功:此方法主要用于在發(fā)動(dòng)機(jī)功率保持恒定的條件下,求牽引力求功。 ②利用動(dòng)能定理或功能關(guān)系求功。 2.功率的計(jì)算方法 (1)P=:此式是功率的定義式,適用于任何情況下功率的計(jì)算。一般

2、用于求解某段時(shí)間內(nèi)的平均功率。 (2)P=Fv:當(dāng)v是瞬時(shí)速度時(shí),此式計(jì)算的是F的瞬時(shí)功率;當(dāng)v是平均速率時(shí),此式計(jì)算的是F的平均功率。 注意 求平均功率選用公式P=和P=Fv均可,但必須注意是哪段時(shí)間或哪一個(gè)過(guò)程中的平均功率;求瞬時(shí)功率通常選用公式P=Fv,必須注意是哪個(gè)力在哪個(gè)時(shí)刻(或狀態(tài))的功率。 【例1】 一物體靜止在粗糙水平地面上?,F(xiàn)用一大小為F1的水平拉力拉動(dòng)物體,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后其速度變?yōu)関。若將水平拉力的大小改為F2,物體從靜止開始經(jīng)過(guò)同樣的時(shí)間后速度變?yōu)?v。對(duì)于上述兩個(gè)過(guò)程,用WF1、WF2分別表示拉力F1、F2所做的功,Wf1、Wf2分別表示前后兩次克服摩擦力所做的功

3、,則(  ) A.WF2>4WF1,Wf2>2Wf1 B.WF2>4WF1, Wf2=2Wf1 C.WF2<4WF1,Wf2=2Wf1 D.WF2<4WF1, Wf2<2Wf1 解析 兩次物體均做勻加速運(yùn)動(dòng),由于時(shí)間相等,兩次的末速度之比為1∶2,則由v=at可知兩次的加速度之比為=,=,又兩次的平均速度分別為、v,故兩次的位移之比為=,由于兩次的摩擦阻力相等,由Wf=Ffx可知,Wf2=2Wf1;由F1-Ff=ma1,F(xiàn)2-Ff=ma2知,F(xiàn)2<2F1,根據(jù)WF1=F1x1,WF2=F2x2可知,WF2<4WF1。選項(xiàng)C正確。 答案 C 【例2】 如圖1所示,用細(xì)繩系一小球懸掛

4、于O點(diǎn),現(xiàn)把它拉至水平位置A點(diǎn)靜止釋放,在它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中,小球重力做功的功率(  ) 圖1 A.一直增大    B.先增大后減小 C.不變 D.一直減小 解析 小球由A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中小球的速度一直增大,但在重力方向上的速度先增大后減小,在A點(diǎn)速度為零,而在B點(diǎn)小球速度方向水平,與重力方向垂直,由P=Fvcos α知PA=0,PB=0,所以小球重力做功的功率先增大后減小,選項(xiàng)B正確。 答案 B 突破二 對(duì)動(dòng)能定理的理解與應(yīng)用 動(dòng)能定理一般應(yīng)用于單個(gè)物體,研究過(guò)程中可以是直線運(yùn)動(dòng),也可以是曲線運(yùn)動(dòng);既適用于恒力做功,也適用于變力做功;既適用于各個(gè)力同時(shí)作用在物體上,也適

5、用于不同的力分階段作用在物體上,凡涉及力對(duì)物體做功過(guò)程中動(dòng)能的變化問題幾乎都可以使用,但使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 1.明確研究對(duì)象和研究過(guò)程,找出始、末狀態(tài)的速度情況。 2.對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析(包括重力、彈力等),明確各力做功大小及功的正、負(fù)情況。 3.有些力在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不是始終存在,物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受力等情況均發(fā)生變化,則在考慮外力做功時(shí),必須根據(jù)不同情況分別對(duì)待,正確表示出總功。 4.若物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中包含幾個(gè)不同的子過(guò)程, 解題時(shí),可以分段考慮,也可視為一個(gè)整體過(guò)程考慮,列出動(dòng)能定理方程求解。 【例3】 如圖2所示,一半徑為R的半圓形軌道豎直固定放置,軌道兩端等高。質(zhì)量為m的質(zhì)

6、點(diǎn)自軌道端點(diǎn)P由靜止開始滑下,滑到最低點(diǎn)Q時(shí),對(duì)軌道的正壓力為2mg,重力加速度大小為g,質(zhì)點(diǎn)自P滑到Q的過(guò)程中,克服摩擦力所做的功為(  ) 圖2 A.mgR B.mgR C.mgR D.mgR 解析 在Q點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)受到豎直向下的重力和豎直向上的支持力,兩力的合力充當(dāng)向心力,所以有FN-mg=m,F(xiàn)N=2mg,聯(lián)立解得v=,下滑過(guò)程中,根據(jù)動(dòng)能定理可得mgR-Wf=mv2,解得Wf=mgR,所以克服摩擦力做功mgR,C正確。 答案 C 突破三 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用 機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式 【例4】 如圖3所示,豎直平面內(nèi)有一光滑圓弧軌道,其半徑為R=0.5

7、m,平臺(tái)與軌道的最高點(diǎn)等高。一質(zhì)量m=0.8 kg 的小球從平臺(tái)邊緣的A處水平射出,恰能沿圓弧軌道上P點(diǎn)的切線方向進(jìn)入軌道內(nèi)側(cè),軌道半徑OP與豎直線的夾角為53°,已知sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,g取10 m/s2。試求: 圖3 (1)小球從平臺(tái)上的A點(diǎn)射出時(shí)的速度大小v0; (2)小球從平臺(tái)上的射出點(diǎn)A到圓弧軌道入射點(diǎn)P之間的水平距離l; (3)小球到達(dá)圓弧軌道最低點(diǎn)時(shí)的速度大??; (4)小球沿軌道通過(guò)圓弧的最高點(diǎn)Q時(shí)對(duì)軌道的內(nèi)壁還是外壁有彈力,并求出彈力的大小。 解析 (1)小球從A到P的高度差為:h=R(1+cos 53°) 從A到P是平拋運(yùn)動(dòng),

8、根據(jù)分運(yùn)動(dòng)公式,有:h=gt2 vy=gt 在P點(diǎn)由速度的合成得 tan 53°= 聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得:v0=3 m/s。 (2)從A到P是平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)分位移公式,有:l=v0t h=gt2 聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得:l=1.2 m (3)從A到圓弧軌道最低點(diǎn),根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有: mv=mg2R+mv 代入數(shù)據(jù)解得:v1= m/s (4)小球從A到達(dá)Q時(shí), 根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知:vQ=v0=3 m/s; 在Q點(diǎn),根據(jù)牛頓第二定律,有:FN+mg=m 解得:FN=-mg+m=-0.8×10 N+0.8× N=6.4 N>0。根據(jù)牛頓第三定律,小球?qū)壍赖耐獗谟袎毫?/p>

9、,為6.4 N。 答案 (1)3 m/s (2)1.2 m (3) m/s (4)外壁 6.4 N 突破四 功能關(guān)系 力學(xué)中常見的幾對(duì)功能關(guān)系 (1)重力做功與重力勢(shì)能: 表達(dá)式:WG=-ΔEp。 WG>0,表示重力勢(shì)能減少;WG<0,表示重力勢(shì)能增加。 (2)彈簧彈力做功與彈性勢(shì)能: 表達(dá)式:W彈=-ΔEp。 W彈>0,表示彈簧勢(shì)能減少;W彈<0,表示彈性勢(shì)能增加。 (3)合力做功與動(dòng)能: 表達(dá)式:W合=ΔEk。 W合>0,表示動(dòng)能增加;W合<0,表示動(dòng)能減少。 (4)除重力或系統(tǒng)彈力外其他力做功與機(jī)械能: 表達(dá)式:W其他=ΔE。 W其他>0,表示機(jī)械能增加;W

10、其他<0,表示機(jī)械能減少;W其他=0,表示機(jī)械能守恒。 【例5】 如圖4所示,在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道,半徑OA水平、OB豎直,一個(gè)質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點(diǎn)由靜止開始自由下落,小球沿軌道到達(dá)最高點(diǎn)B時(shí)恰好對(duì)軌道沒有壓力。已知AP=2R,重力加速度為g,則小球從P到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中(  ) 圖4 A.重力做功2mgR B.機(jī)械能減少mgR C.合外力做功mgR D.克服摩擦力做功mgR 解析 重力做功與路徑無(wú)關(guān),所以WG=mgR,選項(xiàng)A錯(cuò);小球在B點(diǎn)時(shí)所受重力提供向心力,即mg=m,所以v=,從P點(diǎn)到B點(diǎn),由動(dòng)能定理知:W合=mv2=mgR,故選項(xiàng)C錯(cuò);根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒知:機(jī)械能的減少量為|ΔE|=|ΔEp|-|ΔEk|=mgR,故選項(xiàng)B錯(cuò);克服摩擦力做的功等于機(jī)械能的減少量,等于mgR,故選項(xiàng)D正確。 答案 D

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