第4章 机械能及其守恒定律 章末小结与质量评价（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（教科版2019）

一、知识体系建构——理清物理观念 二、综合考法融会——强化科学思维 功与功率的计算 [典例1]　质量为m＝20 kg的物体，在恒定的水平外力F的作用下，沿水平面做直线运动。0～2 s内F与运动方向相反，2～4 s内F与运动方向相同，物体的vt图像如图所示，g取10 m/s2，则(　　) A．拉力F的大小为100 N B．物体在4 s时拉力的瞬时功率为120 W C．4 s内拉力所做的功为480 J D．4 s内物体克服摩擦力做的功为320 J [解析]　由图像可得：0～2 s内物体做匀减速直线运动，加速度大小为a1＝＝ m/s2＝5 m/s2，匀减速过程有F＋f＝ma1① 2～4 s内物体做匀加速直线运动，匀加速过程加速度大小为a2＝＝ m/s2＝1 m/s2，有F－f＝ma2② 由①②联立解得f＝40 N，F＝60 N，故A错误；物体在4 s时拉力的瞬时功率为P＝Fv＝60×2 W＝120 W，故B正确；4 s内物体通过的位移为x＝×2×10 m－×2×2 m＝8 m，拉力做功为W＝－Fx＝－480 J，故C错误；4 s内物体通过的路程为s＝×2×10 m＋×2×2 m＝12 m，4 s内物体克服摩擦力做功为Wf＝fs＝40×12 J＝480 J，故D错误。 [答案]　B [融会贯通] 1．常见力做功的特点 做功的力 做功特点 重力 做功大小与路径无关，与物体的重力和初、末位置的高度差有关，WG＝mgΔh 静摩擦力 可以做正功、做负功、不做功 滑动摩擦力 可以做正功、做负功、不做功 一对静摩擦力 总功为零 一对滑动摩擦力 总功为负功，W总＝－fx相对 机车牵引力 P不变时，W＝Pt；F不变时，W＝Fl 2．功和功率的求解方法 (1)功的计算方法 　①利用W＝Fxcos α求功，此时F是恒力。 　②利用动能定理或功能关系求功。 　③利用W＝Pt求功。 (2)功率的计算方法 　①P＝：此式是功率的定义式，适用于任何情况下功率的计算，但常用于求解某段时间内的平均功率。 ②P＝Fvcos α，此式一般计算瞬时功率，但当速度为平均速度时，功率为平均功率。 [对点训练] 1．(20 2·绵阳高一检测)某物体在变力F作用下沿水平方向做直线运动，物体的质量 m＝10 kg，F随物体的坐标x的变化情况如图所示。若物体从坐标原点由静止出发，不计一切摩擦。借鉴教科书中学习直线运动时由vt图像求位移的方法，结合其他所学知识，根据图示的Fx图像可求出物体运动到x＝16 m处时的速度大小为(　　) A．3 m/s　　　　　　　 B．4 m/s C．2 m/s D. m/s 解析：选C　力F在运动过程中所做的总功WF＝10×4 J＝40 J，由动能定理得：WF＝mv2－0，解得物体运动到x＝16 m处的速度大小为v＝2 m/s，C正确。 功能关系的应用 [典例2]　如图所示，水平轻质弹簧一端固定在墙壁上的O点，另一端自由伸长到A点，OA 之间的水平面光滑。固定曲面在B处与水平面平滑连接。AB之间的距离s＝1 m。质量m＝0.2 kg的物块开始时静置于水平面上的B点，物块与水平面间的动摩擦因数μ＝0.4。现给物块一个水平向左的初速度v0＝5 m/s，g取10 m/s2。 (1)求弹簧被压缩到最短时所具有的弹性势能Ep； (2)求物块返回B点时的速度大小； (3)若物块能冲上曲面的最大高度h＝0.2 m，求物块沿曲面上滑过程所产生的热量。 [解析]　(1)对物块从B点至压缩弹簧最短的过程有－μmgs－W＝0－mv02 W＝Ep，代入数据解得Ep＝1.7 J。 (2)对物块从B点开始运动至返回B点的过程有 －μmg·2s＝mvB2－mv02 代入数据解得vB＝3 m/s。 (3)对物块沿曲面上滑的过程，由动能定理得 －W克f－mgh＝0－mvB2 又Q＝W克f，代入数据解得Q＝0.5 J。 [答案]　(1)1.7 J　(2)3 m/s　(3)0.5 J [融会贯通] 几种常见的功能关系理解 功能关系 表达式 物理意义 正功、负功含义 重力做功与重力势能　 WG＝Ep1－Ep2＝－ΔEp 重力做功是重力势能变化的原因 WG＞0 重力势能减少 WG＜0 重力势能增加 WG＝0 重力势能不变 弹簧弹力做功与弹性势能 W弹＝Ep1－Ep2＝－ΔEp 弹力做功是弹性势能变化的原因 W弹＞0 弹性势能减少 W弹＜0 弹性势能增加 W弹＝0 弹性势能不变 合力做功与动能 W合＝Ek2－Ek1＝ΔEk 合外力做功是物体动能变化的原因 W合＞0 动能增加 W合＜0 动能减少 W合＝0 动能不变 除重力或系