第四讲 机械能及其守恒定律-【暑假辅导班】2021年新高二物理暑假精品课程（粤教版）

第四讲 机械能及其守恒定律 【学习目标】 1.理解功的概念，知道做功的两个因素. 2.会用功的公式进行有关计算，明确功是标量. 3.理解正、负功的概念，会根据公式计算多个力所做的总功. 4.理解功率的概念，能运用功率的定义式P＝eq \f(W,t)及功率与速度的关系式P＝Fv进行有关分析和计算. 5.掌握动能的表达式和单位，知道动能是标量，能运用牛顿第二定律与运动学公式推导出动能定理，理解动能定理的物理意义，能运用动能定理解决简单的问题． 6.认识重力做功与物体运动路径无关的特点，理解重力势能及重力做功与重力势能变化的关系. 7.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化，能够根据动能定理、重力做功与重力势能变化间的关系，推导出机械能守恒定律. 8.学会从机械能转化与守恒的角度思考生产和生活中的机械运动. 9.熟练应用机械能守恒定律解决抛球运动、圆周运动等综合问题． 【基础知识】 一、功 1、功 1．功的定义：力对物体做的功等于力的大小、位移的大小以及力和位移夹角的余弦的乘积． 2．功的公式：W＝Fscos α，其中F、s、α分别为力的大小、位移的大小、力与位移方向的夹角． 3．单位：在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，符号是J. 4．功是标(填“标”或“矢”)量．当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的总功等于各个力分别对物体所做功的代数(填“矢量”或“代数”)和，也等于这几个力的合力对物体所做的功． 2、正功和负功 由W＝Fscos α可知 (1)当0≤α＜eq \f(π,2)时，W>0，力对物体做正功； (2)当eq \f(π,2)＜α≤π时，W<0，力对物体做负功，或称物体克服这个力做功； (3)当α＝eq \f(π,2)时，W＝0，力对物体不做功． 3、做功与能量变化的关系 1．能量：一个物体能够对其他物体做功，说明这个物体具有能量． 2．功和能的关系：功是能量变化的量度，做功的过程是能量转化的过程，做了多少功，就有多少能量发生转化． 二、功率 1、做功快慢的描述 功率 (1)意义：功率是表示物体做功快慢的物理量． (2)定义：力对物体所做的功W与做功所用时间t之比． (3)定义式：P＝eq \f(W,t).单位：瓦特，简称瓦，符号是W. (4)功率是标(填“标”或“矢”)量． 2、功率与力、速度 1．当作用在物体上的某个恒力的方向与物体运动方向在同一直线上时，这个力对物体做功的功率等于力与物体速度的乘积． 2．关系式：P＝Fv(F与v方向相同) (1)若v是物体的平均速度，则P＝Fv对应这段时间内的平均功率． (2)若v是物体的瞬时速度，则P＝Fv对应该时刻的瞬时功率． 3．应用：由功率和速度的关系知，汽车、火车等交通工具和各种起重机械，当发动机的功率P一定时，牵引力F与速度v成反(填“正”或“反”)比，要增大牵引力，就要减小速度． 3、生产和生活中常见机械的功率 在生产中，功率是衡量机械性能的重要指标．新能源汽车的各项性能指标，如发动机的输出功率等不亚于一般的燃油汽车．现代农业机械，输出功率不断提升．航空航天领域，发动机需要满足功率大、质量小、安全性好等要求． 三、动能　动能定理 1、动能 1．定义：物体由于运动而具有的能量． 2．表达式：Ek＝eq \f(1,2)mv2. 3．单位：与功的单位相同，国际单位为焦耳，符号为J. 4．标矢性：动能是标量，只有大小，没有方向． 2、动能定理 1．内容：合力对物体所做的功等于物体动能的变化量． 2．表达式：W＝Ek2－Ek1. 3．适用范围：动能定理既适用于恒力做功的情况，也适用于变力做功的情况；既适用于直线运动，也适用于曲线运动． 四、势能 1、重力做功 1．重力做功 (1)重力做功WG＝mgh1－mgh2，h1为初位置的高度，h2为末位置的高度． (2)重力做功的特点：重力做功只与运动物体的起点和终点的位置有关，而与运动物体所经过的路径无关． 2．重力势能 (1)定义：物体由于位于高处而具有的能量叫重力势能． (2)大小：物体的重力势能等于它所受重力的大小与所处高度的乘积，表达式为Ep＝mgh. (3)重力势能是标量． (4)单位：焦耳． (5)重力做功和重力势能变化的关系：重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加．关系式：WG＝Ep1－Ep2. 2、重力势能的相对性 1．参考平面：物体具有的重力势能总是相对于某个水平面来说的，这个水平面叫作参考平面，在参考平面上物体的重力势能规定为零． 2．重力势能的相对性：重力势能的大小与其位置的高度有关，选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是不同的，但两个不同位置重力势能的差值相同．(后两空选填“相同”或“不同”) 3．标矢性：重力势能为标量，其