《2020年高考物理一轮复习专题05机械能及其守恒定律考点归纳.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理一轮复习专题05机械能及其守恒定律考点归纳.docx（13页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、专题05 机械能及其守恒定律目录第一节功和功率2【基本概念、规律】2【重要考点归纳】2考点一恒力做功的计算2考点二功率的计算2考点三机车启动问题的分析3【思想方法与技巧】4变力做功的求解方法4第二节动能动能定理4【基本概念、规律】4【重要考点归纳】5考点一动能定理及其应用5考点二动能定理与图象结合问题6考点三利用动能定理求解往复运动6【思想方法与技巧】6第三节机械能守恒定律6【基本概念、规律】6【重要考点归纳】7考点一机械能守恒的判断方法7考点二机械能守恒定律及应用7【思想方法与技巧】8第四节功能关系能量守恒8考点一功能关系的应用9考点二摩擦力做功的特点及应用9【思想方法与技巧】9传送带模型中
2、的功能问题9功能观点在解决实际问题中的应用10实验五探究动能定理10实验六验证机械能守恒定律11第一节功和功率【基本概念、规律】一、功1做功的两个必要条件：力和物体在力的方向上发生的位移2公式：WFlcos_.适用于恒力做功其中为F、l方向间夹角，l为物体对地的位移3功的正负判断(1)90，力对物体做负功，或说物体克服该力做功(3)90，力对物体不做功特别提示：功是标量，比较做功多少看功的绝对值二、功率1定义：功与完成这些功所用时间的比值2物理意义：描述力对物体做功的快慢3公式(1)定义式：P，P为时间t内的平均功率(2)推论式：PFvcos_.(为F与v的夹角)【重要考点归纳】考点一恒力做功
3、的计算1恒力做的功直接用WFlcos 计算不论物体做直线运动还是曲线运动，上式均适用2合外力做的功方法一：先求合外力F合，再用W合F合lcos 求功适用于F合为恒力的过程方法二：先求各个力做的功W1、W2、W3，再应用W合W1W2W3求合外力做的功3.(1)在求力做功时，首先要区分是求某个力的功还是合力的功，是求恒力的功还是变力的功(2)恒力做功与物体的实际路径无关，等于力与物体在力方向上的位移的乘积，或等于位移与在位移方向上的力的乘积考点二功率的计算1平均功率的计算：(1)利用.(2)利用Fcos ，其中为物体运动的平均速度2瞬时功率的计算：利用公式PFvcos ，其中v为t时刻的瞬时速度注
4、意：对于变化的不能用PFvcos 计算平均功率3.计算功率的基本思路：(1)首先要明确所求功率是平均功率还是瞬时功率，对应于某一过程的功率为平均功率，对应于某一时刻的功率为瞬时功率(2)求瞬时功率时，如果F与v不同向，可用力F乘以F方向的分速度，或速度v乘以速度v方向的分力求解考点三机车启动问题的分析1两种启动方式的比较两种方式以恒定功率启动以恒定加速度启动Pt图和vt图OA段过程分析vFaa不变F不变vPFv直到P额Fv1运动性质加速度减小的加速直线运动匀加速直线运动，维持时间t0AB段过程分析FF阻a0F阻vFa运动性质以vm匀速直线运动加速度减小的加速运动BC段无FF阻a0以vm匀速运动
5、2.三个重要关系式(1)无论哪种运行过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vm(式中Fmin为最小牵引力，其值等于阻力F阻)(2)机车以恒定加速度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大，即vvm.(3)机车以恒定功率运行时，牵引力做的功WPt.由动能定理：PtF阻xEk.此式经常用于求解机车以恒定功率启动过程的位移大小3.分析机车启动问题时的注意事项(1)在用公式PFv计算机车的功率时，F是指机车的牵引力而不是机车所受到的合力(2)恒定功率下的加速一定不是匀加速，这种加速过程发动机做的功可用WPt计算，不能用WFl计算(因为F是变力)(3)以恒定牵引力加速时的功率
6、一定不恒定，这种加速过程发动机做的功常用WFl计算，不能用WPt计算(因为功率P是变化的)【思想方法与技巧】变力做功的求解方法一、动能定理法动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于求恒力功也适用于求变力功因使用动能定理可由动能的变化来求功，所以动能定理是求变力做功的首选二、平均力法如果力的方向不变，力的大小对位移按线性规律变化(即Fkxb)时，F由F1变化到F2的过程中，力的平均值为，再利用功的定义式Wlcos 来求功三、微元法当物体在变力的作用下做曲线运动时，若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角不变，可将曲线分成无限个小元段，每一小元段可认为恒力做功，总功即为各个小元段做功的
7、代数和通过微元法不难得到，在往返的运动中，摩擦力、空气阻力做的功，其大小等于力和路程的乘积四、等效转换法若某一变力的功和某一恒力的功相等，即效果相同，则可以通过计算该恒力做的功，求出该变力做的功，从而使问题变得简单，也就是说通过关联点，将变力做功转化为恒力做功，这种方法称为等效转换法五、图象法由于功WFx，则在Fx图象中图线和x轴所围图形的面积表示F做的功在x轴上方的“面积”表示正功，x轴下方的“面积”表示负功六、用WPt计算机车以恒定功率P行驶的过程，随速度增加牵引力不断减小，此时牵引力所做的功不能用WFx来计算，但因功率恒定，可以用WPt计算第二节动能动能定理【基本概念、规律】一、动能1定
8、义：物体由于运动而具有的能2表达式：Ekmv2.3单位：焦耳，1 J1 Nm1 kgm2/s2.4矢标性：标量二、动能定理1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变化2表达式：WEk2Ek1mvmv.3适用范围(1)动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动(2)既适用于恒力做功，也适用于变力做功(3)力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以不同时作用【重要考点归纳】考点一动能定理及其应用1对动能定理的理解(1)动能定理公式中等号表明了合外力做功与物体动能的变化间的两个关系：数量关系：即合外力所做的功与物体动能的变化具有等量代换关系因果关系：合外力的功是引起物体动能变
9、化的原因(2)动能定理中涉及的物理量有F、l、m、v、W、Ek等，在处理含有上述物理量的问题时，优先考虑使用动能定理2运用动能定理需注意的问题(1)应用动能定理解题时，不必深究物体运动过程中状态变化的细节，只需考虑整个过程的功及过程初末的动能(2)若过程包含了几个运动性质不同的分过程，既可分段考虑，也可整个过程考虑但求功时，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求出总功，计算时要把各力的功连同正负号一同代入公式3.应用动能定理解题的基本思路(1)选取研究对象，明确它的运动过程；(2)分析研究对象的受力情况和各力的做功情况：(3)明确研究对象在过程的初末状态的动能Ek1和Ek2；(
10、4)列动能定理的方程W合Ek2Ek1及其他必要的解题方程，进行求解考点二动能定理与图象结合问题解决物理图象问题的基本步骤1观察题目给出的图象，弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义2根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式3将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比，找出图线的斜率、截距、图线的交点，图线下的面积所对应的物理意义，分析解答问题或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物理量4.解决这类问题首先要分清图象的类型若是Fx图象，则图象与坐标轴围成的图形的面积表示做的功；若是vt图象，可提取的信息有：加速度(与F合对应)、速度(与动能
11、对应)、位移(与做功距离对应)等，然后结合动能定理求解考点三利用动能定理求解往复运动解决物体的往复运动问题，应优先考虑应用动能定理，注意应用下列几种力的做功特点：1重力、电场力或恒力做的功取决于物体的初、末位置，与路径无关；2大小恒定的阻力或摩擦力的功等于力的大小与路程的乘积【思想方法与技巧】涉及多个原型的力学综合题1.涉及多个原型的试题，一般都属于多过程或多状态问题，正确划分过程或确定研究状态是解题的前提，找出各子过程间的联系是解题的关键，确定遵守的规律是解题的核心第三节机械能守恒定律【基本概念、规律】一、重力势能1定义：物体的重力势能等于它所受重力与高度的乘积2公式：Epmgh.3矢标性：
12、重力势能是标量，正负表示其大小4特点(1)系统性：重力势能是地球和物体共有的(2)相对性：重力势能的大小与参考平面的选取有关重力势能的变化是绝对的，与参考平面的选取无关5重力做功与重力势能变化的关系重力做正功时，重力势能减小；重力做负功时，重力势能增大；重力做多少正(负)功，重力势能就减小(增大)多少，即WGEp1Ep2.二、弹性势能1定义：物体由于发生弹性形变而具有的能2大小：弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关，弹簧的形变量越大，劲度系数越大，弹簧的弹性势能越大3弹力做功与弹性势能变化的关系弹力做正功，弹性势能减小；弹力做负功，弹性势能增大三、机械能守恒定律1内容：在只有重力或弹力做功的物
13、体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变2表达式(1)守恒观点：Ek1Ep1Ek2Ep2(要选零势能参考平面)(2)转化观点：EkEp(不用选零势能参考平面)(3)转移观点：EA增EB减(不用选零势能参考平面)3机械能守恒的条件只有重力(或弹力)做功或虽有其他外力做功但其他力做功的代数和为零【重要考点归纳】考点一机械能守恒的判断方法1利用机械能的定义判断(直接判断)：分析动能和势能的和是否变化2用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功，或有其他力做功，但其他力做功的代数和为零，则机械能守恒3用能量转化来判断：若物体系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能
14、的转化，则物体系统机械能守恒4.(1)机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力为零；“只有重力做功”不等于 “只受重力作用”(2)分析机械能是否守恒时，必须明确要研究的系统(3)只要涉及滑动摩擦力做功，机械能一定不守恒对于一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等情况，除非题目特别说明，否则机械能必定不守恒考点二机械能守恒定律及应用1三种表达式的选择如果系统(除地球外)只有一个物体，用守恒观点列方程较方便；对于由两个或两个以上物体组成的系统，用转化或转移的观点列方程较简便2应用机械能守恒定律解题的一般步骤(1)选取研究对象(2)分析受力情况和各力做功情况，确定是否符合机械能守恒条件(3)确定初
15、末状态的机械能或运动过程中物体机械能的转化情况(4)选择合适的表达式列出方程，进行求解(5)对计算结果进行必要的讨论和说明3.(1)应用机械能守恒定律解题时，要正确选择系统和过程(2)对于通过绳或杆连接的多个物体组成的系统，注意找物体间的速度关系和高度变化关系(3)链条、液柱类不能看做质点的物体，要按重心位置确定高度【思想方法与技巧】机械能守恒定律和动能定理的综合应用1.在求解多个物体组成的系统的内力做功时，一般先对系统应用机械能守恒定律，再对其中的一个物体应用动能定理2.对通过细线(细杆)连接的物体系统，细线(细杆)对两物体做的功大小相等、符号相反，即对系统做的总功为零，其效果是使机械能在系
16、统内发生转移第四节功能关系能量守恒【基本概念、规律】一、功能关系1功是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量发生了转化2几种常见的功能关系功能量的变化合外力做正功动能增加重力做正功重力势能减少弹簧弹力做正功弹性势能减少电场力做正功电势能减少其他力(除重力、弹力外)做正功机械能增加二、能量守恒定律1内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变2表达式：(1)E1E2.(2)E减E增【重要考点归纳】考点一功能关系的应用1若涉及总功(合外力的功)，用动能定理分析2若涉及重力势能的变化，用重力做功与
17、重力势能变化的关系分析3若涉及弹性势能的变化，用弹力做功与弹性势能变化的关系分析4若涉及电势能的变化，用电场力做功与电势能变化的关系分析5若涉及机械能变化，用其他力(除重力和系统内弹力之外)做功与机械能变化的关系分析6若涉及摩擦生热，用滑动摩擦力做功与内能变化的关系分析考点二摩擦力做功的特点及应用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)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零(3)静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能2滑动摩擦力做功的特点(1)滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功(2)相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦
18、力做功将产生两种可能效果：机械能全部转化为内能；有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外一部分转化为内能(3)摩擦生热的计算：QFfs相对其中s相对为相互摩擦的两个物体间的相对路程考点三能量守恒定律及应用列能量守恒定律方程的两条基本思路：1某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；2某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等3.能量转化问题的解题思路(1)当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律(2)解题时，首先确定初末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和E减和
19、增加的能量总和E增，最后由E减E增列式求解【思想方法与技巧】传送带模型中的功能问题1模型概述传送带模型典型的有水平和倾斜两种情况，涉及功能角度的问题主要有：求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等，常依据功能关系或能量守恒定律求解2传送带模型问题中的功能关系分析(1)功能关系分析：WFEkEpQ.(2)对WF和Q的理解：传送带的功：WFFx传；产生的内能QFfs相对3传送带模型问题的分析流程4.(1)水平传送带：共速后不受摩擦力，不再有能量转化倾斜传送带：共速后仍有静摩擦力，仍有能量转移(2)滑动摩擦力做功，其他能量转化为内能，静摩擦力做
20、功，不产生内能功能观点在解决实际问题中的应用在新课程改革的形势下，高考命题加大了以生产、生活、科技为背景的试题比重，在实际问题中如何分析做功、分析能量的转化，是考生应具备的一种能力.一、在体育运动中的应用二、在生产科技中的应用实验五探究动能定理一、实验目的通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系二、实验原理探究功与速度变化的关系，可用如实验原理图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v，最后通过数据分析得出速度变化与功的关系三、实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等四、实验步骤1垫高木板的一端，平
21、衡摩擦力2拉伸的橡皮筋对小车做功：(1)用一条橡皮筋拉小车做功W.(2)用两条橡皮筋拉小车做功2W.(3)用三条橡皮筋拉小车做功3W.3测出每次做功后小车获得的速度4分别用各次实验测得的v和W绘制Wv或Wv2、Wv3图象，直到明确得出W和v的关系五、实验结论物体速度v与外力做功W间的关系Wv2.一、数据处理1求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离x，则v(其中T为打点周期)2实验数据处理在坐标纸上画出Wv和Wv2图象(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)根据图象得出Wv2.二、误差分析1误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比2没有完全平衡
22、摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差三、注意事项1平衡摩擦力的方法是轻推小车，由打在纸带上的点是否均匀判断小车是否匀速运动2测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的3橡皮筋应选规格一样的力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值4小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些实验六验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律二、实验原理通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律三、实验器材打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台(带
23、铁夹)、导线两根四、实验步骤1安装置：按实验原理图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路2打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落更换纸带重复做3次5次实验3选纸带：(1)用mghmv2来验证，应选点迹清晰，且1、2两点间距离接近2 mm的纸带(2)用mvmvmgh验证时，只要A、B之间的点迹清晰即可选用五、实验结论在误差允许的范围内，自由落体运动过程机械能守恒一、验证方案方案一：利用起始点和第n点计算代入ghn和v，如果在实验误差允许的范围内，ghnv，则验证
24、了机械能守恒定律方案二：任取两点计算1任取两点A、B测出hAB，算出ghAB.2算出vv的值3如果在实验误差允许的范围内，ghABvv，则验证了机械能守恒定律方案三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以v2为纵轴，以h为横轴，绘出v2h图线，若是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律二、误差分析1测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值2系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量Ekmv必定稍小于重力势能的减少量Epmghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力三、注意事项1打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力2重物应选用质量大、体积小、密度大的材料3测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vn，不能用vn或vngt来计算