约28370字。
第六章 机械能
大纲要求:
1.功、功率 Ⅱ
2.动能、做功与动能改变的关系 Ⅱ
3.重力势能、重力做功与重力势能改变的关系 Ⅱ
4.弹性势能 Ⅰ
5.机械能守恒定律 Ⅱ
6.动量知识和机械能知识的应用(包括碰撞、反冲、火箭) Ⅱ
7.航天技术的发展和宇宙航行 Ⅰ
知识网络:
单元切块:
按照考纲的要求,本章内容可以分成四个单元,即:功和功率;动能、势能、动能定理;机械能守恒定律及其应用;功能关系 动量能量综合。其中重点是对动能定理、机械能守恒定律的理解,能够熟练运用动能定理、机械能守恒定律分析解决力学问题。难点是动量能量综合应用问题。
§1 功和功率
知识目标
一、功的概念
1、定义: 力和力的作用点通过位移的乘积.
2.做功的两个必要因素:力和物体在力的方向上的位移
3、公式:W=FScosα(α为F与s的夹角).
说明:恒力做功大小只与F、s、α这三个量有关.与物体是否还受其他力、物体运动的速度、加速度等其他因素无关,也与物体运动的路径无关.
4.单位:焦耳(J) 1 J=1N•m.
5.物理意义:表示力在空间上的积累效应,是能的转化的量度
6.功是标量,没有方向,但是有正负.正功表示动力做功,负功表示阻力做功,功的正负表示能的转移方向.
①当0≤a<900时W>0,力对物体做正功;
②当α=900时W=0,力对物体不做功;
③当900<α≤1800时W<0,力对物体做负功或说成物脚体克服这个力做功,这两种说法是从二个角度来描述同一个问题.
二、注意的几个问题
①F:当F是恒力时,我们可用公式W=Fscosθ运算;当F大小不变而方向变化时,分段求力做的功;当F的方向不变而大小变化时,不能用W=Fscosθ公式运算(因数学知识的原因),我们只能用动能定理求力做的功.
②S:是力的作用点通过的位移,用物体通过的位移来表述时,在许多问题上学生往往会产生一些错觉,在后面的练习中会认识到这一点,另外位移S应当弄清是相对哪一个参照物的位移
③功是过程量:即做功必定对应一个过程(位移),应明确是哪个力在哪一过程中的功.
④什么力做功:在研究问题时,必须弄明白是什么力做的功.如图所示,在力F作用下物体匀速通过位移S则力做功FScosθ,重力做功为零,支持力做功为零,摩擦力做功-Fscosθ,合外力做功为零.
【例1】如图所示,在恒力F的作用下,物体通过的位移为S,则力F做的功为
解析:力F做功W=2Fs.此情况物体虽然通过位移为S.但力的作用点通过的位移为2S,所以力做功为2FS. 答案:2Fs
【例2】如图所示,质量为m的物体,静止在倾角为α的粗糙的斜面体上,当两者一起向右匀速直线运动,位移为S时,斜面对物体m的弹力做的功是多少?物体m所受重力做的功是多少?摩擦力做功多少?斜面对物体m做功多少?
解析:物体m受力如图所示,m有沿斜面下滑的趋势,f为静摩擦力,位移S的方向同速度v的方向.弹力N对m做的功W1=N•scos(900+α)=- mgscosαsinα,重力G对m做的功W2=G•s cos900=0.摩擦力f对m做的功W3=fsgscosαsinα.斜面对m的作用力即N和f的合力,方向竖直向上,大小等于mg(m处于平衡状态),则: w=F合scos900=mgscos900=o
答案:- mgscosαsinα,0, mgscosαsinα,0
点评:求功,必须清楚地知道是哪个力的功,应正确地画出力、位移,再求力的功.
【例3】如图所示,把A、B两球由图示位置同时由静止释放(绳开始时拉直),则在两球向左下摆动时.下列说法正确的是
A、 绳子OA对A球做正功
B、 绳子AB对B球不做功
C、 绳子AB对A球做负功
D、 绳子AB对B球做正功
解析:由于O点不动,A球绕O点做圆周运动,OA对球A不做功。对于AB段,我们可以想象,当摆角较小时.可以看成两个摆长不等的单摆,由单摆的周期公式就可以看出,A摆将先回到平衡位置.B摆将落后于A摆,AB绳对A球做负功,对B球做正功。答案:CD
扩展与研究:一个力对物体做不做功,是正功还是负功,判断的方法是:①看力与位移之间夹角,或者看力与速度方向之间的夹角:为锐角时,力对物体做正功,在上例中AB的拉力与
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