高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展章末分层突破教师用书 沪科版必修.doc

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1、第4章能量守恒与可持续发展[自我校对]①无关②mgh③-WG④重力⑤-ΔEk    机械能守恒定律的适用对象及守恒条件1.研究对象可以以一个物体(其实是物体与地球构成的系统),也可以以几个相互作用的物体组成的系统为研究对象.2.守恒条件(1)从能量特点看:只有系统动能和势能相互转化,无其他形式能量之间(如内能)转化,则系统机械能守恒.如物体间发生相互碰撞、物体间发生相对运动,又有相互间的摩擦作用时有内能的产生,机械能一般不守恒.(2)从机械能的定义看:动能与势能之和是否变化.如一个物体沿斜面匀速(或减速)滑下,动能不变(

2、或减小),势能减小,机械能减少.一个物体沿水平方向匀速运动时机械能守恒,沿竖直方向匀速运动时机械能不守恒.(3)从做功特点看:只有重力和系统内的弹力做功.具体表现在:①只受重力(或系统内的弹力),如:所有做抛体运动的物体(不计阻力).②还受其他力,但只有重力(或系统内的弹力)做功. (2016·沈阳高一检测)如图41所示,倾角为θ的光滑斜面上有轻杆连接的A、B两个小物体,A的质量为m,B的质量为3m,轻杆长为L,A物体距水平地面的高度为h,水平地面光滑,斜面与水平地面的连接处是光滑圆弧,两物体从静止开始下滑.求:图41(

3、1)两物体在水平地面上运动时的速度大小;(2)在整个运动过程中,杆对B物体所做的功.【解析】 (1)A与B一起从斜面运动到水平地面的过程中,机械能守恒,设在水平地面上的共同速度为v,则mgh+3mg(h+Lsinθ)=×(m+3m)v2.解得v=.(2)设在整个运动过程中,杆对B物体做的功为W,根据动能定理有3mg(h+Lsinθ)+W=×3mv2解得W=-mgLsinθ.【答案】 (1)(2)-mgLsinθ力学中的功能关系做功的过程就是能量转化的过程,做功的数值就是能的转化数量,这是功能关系的普遍意义.不同形式的能的

4、转化又与不同形式的功相联系,这是贯穿整个物理学的一个重要思想.学会正确分析物理过程中的功能关系,对于提高解题能力是至关重要的.力学领域中功能关系的主要形式: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W=-ΔEp重力做功是重力势能变化的原因W>0势能减少W<0势能增加W=0势能不变弹簧弹力做功与弹性势能W=-ΔEp弹力做功是弹性势能变化的原因W>0势能减少W<0势能增加W=0势能不变合力做功与动能W=ΔEk合外力做功是物体动能变化的原因W>0动能增加W<0动能减少W=0动能不变除重力或系统内弹力外其他力做功与机

5、械能W=ΔE除重力或系统内弹力外其他力做功是机械能变化的原因W>0机械能增加W<0机械能减少W=0机械能守恒 如图42所示,一个质量为m的物体(可视为质点)以某一速度由A点冲上倾角为30°的固定斜面做匀减速直线运动,其加速度的大小为g,在斜面上上升的最大高度为h,则在这个过程中,物体(  )图42A.机械能损失了mghB.重力势能增加了3mghC.动能损失了mghD.机械能损失了mgh【解析】 重力做了mgh的负功,重力势能增加mgh,B错误;由于物体沿斜面以加速度g做减速运动,由牛顿第二定律可知mgsin30°+Ff=

6、mg,Ff=mg,摩擦力做功为WFf=-Ff·2h=-mgh,机械能损失mgh,A正确,D错误;由动能定理得ΔEk=-2mgh,即动能损失了2mgh,C错误.【答案】 A解决动力学问题的方法解决动力学问题所用到的知识有受力分析、牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律和能量守恒定律等,涉及动力学的综合题应根据题目要求灵活选用公式和规律.(1)涉及力和运动的瞬时性分析或恒力作用下物体做匀变速直线运动的问题时,可用牛顿运动定律.(2)对于物体在恒力作用下的运动问题,运用动能定理比运用牛顿运动定律解题过程要简单.(3)动能定理、

7、机械能守恒定律和功能关系在应用上有区别,在分不清的情况下,通常选用动能定理.(4)涉及动能与势能的相互转化、单个物体或系统机械能守恒的问题,通常选用机械能守恒定律,应用时要注意两点:①守恒条件;②哪段过程机械能守恒. 如图43所示,半径为R=0.45m的光滑的1/4圆周轨道AB与粗糙水平面BC相连,质量m=2kg的物块由静止开始从A点滑下经B点进入动摩擦因数μ=0.2的水平面,g取10m/s2.求:图43(1)物块经过B点时的速度大小vt和距水平面高度为3R/4时的速度大小v;(2)物块过B点后2s内所滑行的距离s;(3

8、)物块沿水平面运动过程中克服摩擦力做多少功?【解析】 (1)选水平面BC为零势能面.由机械能守恒定律得mgR=mv解得vt==m/s=3m/s又由机械能守恒定律得mgR=mg·R+mv2解得v==m/s=1.5m/s.(2)物块做减速运动的加速度大小为a===μg=0.2×10m/s2=2m/s2因为物块经过B点后运

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