高一下冊物理機(jī)械能守恒定律知識點(diǎn)歸納
高一下冊物理機(jī)械能守恒定律知識點(diǎn)歸納
機(jī)械能守恒定律是解答物理問題的重要規(guī)律,運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題只涉及物體的始末兩個狀態(tài)而不涉及物理過程,簡化了力學(xué)問題的求解。下面是學(xué)習(xí)啦小編給大家?guī)淼母咭幌聝晕锢頇C(jī)械能守恒定律知識點(diǎn)歸納，希望對你有幫助。
高一下冊物理機(jī)械能守恒定律知識點(diǎn)
一、功
1.概念:物體受到力的作用,并在力的方向上發(fā)生一段位移,就叫做力對物體做了功.
2.做功的兩個不可缺少的因素:力和物體在力的方向上發(fā)生的位移.
3.恒力對物體做功大小的計(jì)算式為: W =Fscosα,單位:J.
其中F應(yīng)是恒力,α是F和s方向之間的夾角，scosα即為在力的方向上發(fā)生的位移。
4.功有正負(fù),但功是標(biāo)量.
(1)功的正、負(fù)的判斷:若00≤α<900,則F做正功; 若α=900,則F不做功;若900<α≤1800,則F做負(fù)功.
(2)功的正負(fù)的意義:功是標(biāo)量,所以功的正、負(fù)不表示方向.功的正、負(fù)也不表示大小。功的正、負(fù)表示是動力對物體做功還是阻力對物體做功,或者說功的正、負(fù)表示是力對物體做了功,還是物體克服這個力做了功.功的正、負(fù)還表示能量轉(zhuǎn)化的方向,如:重力做正功,重力勢能減小,重力做負(fù)功,重力勢能增加,合外力做正功,物體動能增加,合外力做負(fù)功,物體動能減小.
5.功的計(jì)算
(1)恒力的功,直接利用W=Fscosα來計(jì)算,變力的功可用動能定理或功能關(guān)系計(jì)算.
(2)合外力的功:等于各個力對物體做功的代數(shù)和,即:W合=W1+ W2+ W3+……也可先求合力，再利用W=F合scosα求解。
6.功是能量轉(zhuǎn)化的量度.做功過程一定伴隨能量的轉(zhuǎn)化,并且做多少功就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化.
7.變力做功問題
?、賅=F·scosα是用來計(jì)算恒力的功，若是變力，求變力的功只有通過將變力轉(zhuǎn)化為恒力，再用W=Fscosα計(jì)算.
②有兩類不同的力：一類是與勢能相關(guān)聯(lián)的力，比如重力、彈簧的彈力以及電場力等，它們的功與路徑無關(guān)，只與位移有關(guān)或者說只與始末點(diǎn)的位置有關(guān);另一類是滑動摩擦力、空氣阻力等，在曲線運(yùn)動或往返運(yùn)動時，這類力(大小不變)的功等于力和路程(不是位移)的積.
?、鄹鶕?jù)功和能關(guān)系求變力的功.如根據(jù)勢能的變化求對應(yīng)的力做的功，根據(jù)動能定理求變力做的功，等等.
?、芨鶕?jù)功率恒定，求變力的功，W=Pt.
?、萸蟪鲎兞對位移的平均力來計(jì)算，當(dāng)變力F是位移s的線性函數(shù)時，平均力 .
?、拮鞒鲎兞隨位移變化的圖象，圖象與位移軸所圍均“面積”即為變力做的功.
8.幾種力做功的特點(diǎn)
?、僮饔昧头醋饔昧Φ淖龉?/p>
作用力與反作用力同時存在，作用力做功時，反作用力可能做功，也可能不做功，可能做正功，也可能做負(fù)功，不要以為作用力與反作用力大小相等、方向相反，就一定有作用力、反作用力的功數(shù)值相等，一正一負(fù).所以作用力與反作用力做功不一定相等.
?、谀Σ亮Φ淖龉?/p>
A、靜摩擦力做功的特點(diǎn)
(1)靜摩擦力可以做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功。
(2)在靜摩擦力做功的過程中，只有機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)移(靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用)，而沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.
(3)相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi)，一對靜摩擦力所做功的代數(shù)和總為零。
B.滑動摩擦力做功的特點(diǎn)
(1)滑動摩擦力可以對物體做正功，也可以對物體做負(fù)功，當(dāng)然也可以不做功。
(2)一對滑動摩擦力做功的過程中，能量的轉(zhuǎn)化有兩個方面：一是相互摩擦的物體之間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移;二是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量值等于滑動摩擦力與相對位移的乘積。
(3)滑動摩擦力、空氣摩擦阻力等，在曲線運(yùn)動或往返運(yùn)動時等于力和路程(不是位移)的乘積
二、功率
1.概念:功跟完成這些功所用時間的比值叫做功率.功率是表示物體做功快慢的物理量.
2.功率的定義式: ,導(dǎo)出公式 ,其中α是F與v的夾角.
說明:①定義式求出的為平均功率,若功率一直不變,則為瞬時功率.
?、趯?dǎo)出式中若v為平均速度,則P為平均功率;若v為瞬時速度,則P為瞬時功率,式中α為力F與物體速度v之間的夾角.
3.功率是標(biāo)量.
4.功率的單位有W、kW、馬力.其換算關(guān)系為:1kW=1000W,1馬力=735W.
5.發(fā)動機(jī)名牌上的額定功率,指的是該機(jī)正常工作時的最大輸出功率.實(shí)際功率是機(jī)器工作時實(shí)際的輸出功率。并不是任何時刻發(fā)動機(jī)的實(shí)際功率都等于額定功率,實(shí)際功率可在零和額定功率之間取值.
發(fā)動機(jī)的額定功率是牽引力的功率,而不是合外力的功率.P=Fv中,F指的是牽引力.在P一定時,F與v成反比;在F一定時,P與v成正比.
6.機(jī)車的啟動問題
(1)在額定功率下啟動:
由公式P=Fv和F-f=ma知,由于P恒定，隨著v的增大,F必將減小,a也必將減小,汽車做加速度不斷減小的加速運(yùn)動,直到F=f,a=0,這時v達(dá)到最大值 .可見恒定功率的加速一定不是勻加速.這種加速過程發(fā)動機(jī)做的功只能用W=Pt計(jì)算，不能用W=Fs計(jì)算(因?yàn)镕為變力).其速度圖象如圖所示.
(2)以恒定加速度a啟動:
由公式P=Fv和F-f=ma知,由于F恒定,所以a恒定,汽車做勻加速運(yùn)動,而隨著v的增大，P也將不斷增大,直到P達(dá)到額定功率Pm,功率不能再增大了.這時勻加速運(yùn)動結(jié)束,此時速度為 ,此后汽車要想繼續(xù)加速就只能做恒定功率的變加速運(yùn)動了,由于機(jī)車的功率不變,速度增大,牽引力減小,從而加速度也減小,直到F=f時,a=0,這時速度達(dá)到最大值 .可見恒定牽引力的加速時功率一定不恒定.這種加速過程發(fā)動
機(jī)做的功只能用W=F?s計(jì)算，不能用W=P?t計(jì)算(因?yàn)镻為變功率).
三、機(jī)械能
(一)勢能
1.重力做功的特點(diǎn)
重力做功與路徑無關(guān),只決定于初、末位置間的高度差h,重力做功的大小WG=mgh.若物體從高處下降,重力做正功,反之,物體克服重力做功.
2.重力勢能
地球上的物體由于受到重力的作用而具有的跟它的高度有關(guān)的能,叫重力勢能.重力勢能是地球和物體組成的系統(tǒng)共有的,而不是物體單獨(dú)具有的.
Ep=mgh,重力勢能的大小和零勢能面的選取有關(guān),h是物體的重心到參考面(零重力勢能面)的高度.若物體在參考面以上,則重力勢能取正值;若物體在參考面以下,則重力勢能取負(fù)值.通常選取地面作為零勢能面.重力勢能是標(biāo)量,但有正負(fù).
3.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系
重力對物體做多少正功,物體的重力勢能就減小多少;重力對物體做多少負(fù)功,物體的重力勢能就增加多少.重力對物體所做的功等于物體重力勢能的變化量,即:
WG=-(EP2-EP1)=EP1-EP2,或WG=-△EP.
重力勢能的變化量與零重力勢能面的選取無關(guān).
4.彈性勢能
物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫彈性勢能.彈簧彈性勢能的大小與形變量及勁度系數(shù)有關(guān),彈簧的形變量越大、勁度系數(shù)越大,彈簧的彈性勢能越大.Ep=1/2( kx2)
(二)動能
1、動能
(1)定義:物體由于運(yùn)動而具有的能量叫做動能.
(2)計(jì)算公式: .國際單位:焦耳(J).
(3)①動能只有大小,沒有方向,是個標(biāo)量.計(jì)算公式中v是物體具有的速率.動能恒為正值.
②動能是狀態(tài)量,動能的變化(增量)是過程量.
?、蹌幽芫哂邢鄬π?其值與參考系的選取有關(guān).一般取地面為參考系.
二、動能定理
1.內(nèi)容:外力對物體做的總功等于物體動能的變化.即:合外力做的功等于物體動能的變化.
2.表達(dá)式:W總=Ek2-Ek1 或W合=ΔEK
3.對動能定理的理解:
(1)W總是所有外力對物體做的總功,等于所有外力對物體做功的代數(shù)和,即:W合=W1+ W2+ W3+…….特別是在全過程的各個階段受力有變化的情況下，只要把各個力在各個階段所做的功都按照代數(shù)和加起來，就可以得到總功.
(2)因動能定理中功和能均與參考系的選取有關(guān),所以動能定理也與參考系的選取有關(guān),一般以地球?yàn)閰⒖枷?
(3)動能定理適用單個物體，對于物體系統(tǒng)尤其是具有相對運(yùn)動的物體系統(tǒng)不能盲目的應(yīng)用動能定理.由于此時內(nèi)力的功也可引起物體動能向其他形式能(比如內(nèi)能)的轉(zhuǎn)化.在動能定理中.總功指各外力對物體做功的代數(shù)和.這里我們所說的外力包括重力、彈力、摩擦力、電場力等.
(4)不論做什么運(yùn)動形式,受力如何,動能定理總是適用的.
(5)做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程,動能定理中的等號“=”的意義是一種因果聯(lián)系的數(shù)值上相等的符號, 它并不意謂著“功就是動能的增量”,也不意謂著“功轉(zhuǎn)變成動能”,而意謂著“合外力的功是物體動能變化的原因,合外力對物體做多少功物體的動能就變化多少”.
(6)W總>0時,Ek2>Ek1,物體的動能增加;W總<0時,Ek2
4.由牛頓第二定律與運(yùn)動學(xué)公式推出動能定理
設(shè)物體的質(zhì)量為m，在恒力F作用下，通過位移為S，其速度由v0變?yōu)関t，
則：根據(jù)牛頓第二定律F=ma……① 根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式2as=vt2一v02……②
由①②得：FS=?mvt2-?mv02
四、機(jī)械能守恒定律
1.機(jī)械能:物體的動能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能,即E=Ek+Ep.其中勢能包括重力勢能和彈性勢能.
2. 機(jī)械能守恒定律:在只有重力做功的情形下,物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,但機(jī)械能的總量保持不變.如果還有彈力做功,則發(fā)生動能、重力勢能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化,但機(jī)械能的總量仍保持不變.
3.表達(dá)式:
(1) ;(2)
用⑴時,需要規(guī)定重力勢能的參考平面.用⑵時則不必規(guī)定重力勢能的參考平面，因?yàn)橹亓菽艿母淖兞颗c參考平面的選取沒有關(guān)系.
4.機(jī)械能守恒的條件:只有重力或彈力做功,包括以下三種情況:
(1)只有重力和彈力作用,沒有其他力作用;
(2)有重力、彈力以外的力作用,但這些力不做功;
(3)有重力、彈力以外的力做功,但這些力做功的代數(shù)和為零.
5.對機(jī)械能守恒定律的理解
(1)機(jī)械能守恒定律的研究對象一定是系統(tǒng)，至少包括地球在內(nèi).通常我們說“小球的機(jī)械能守恒”其實(shí)一定也就包括地球在內(nèi),因?yàn)橹亓菽芫褪切∏蚝偷厍蛩灿械?另外物體動能中的v,也是相對于地面的速度.
(2)當(dāng)研究對象(除地球以外)只有一個物體時,往往根據(jù)是否“只有重力做功”來判定機(jī)械能是否守恒;當(dāng)研究對象(除地球以外)由多個物體組成時,往往根據(jù)是否“沒有摩擦和介質(zhì)阻力”來判定機(jī)械能是否守恒.
(3)“只有重力做功”不等于“只受重力作用”,在該過程中,物體可以受其它力的作用,只要這些力不做功,或所做功的代數(shù)和為零,就可以認(rèn)為是“只有重力做功”.
6.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的基本步驟
(1)根據(jù)題意選取研究對象(物體或系統(tǒng)).
(2)明確研究對象的運(yùn)動過程，分析對象在過程中的受力情況，弄清各力做功的情況，判斷機(jī)械能是否守恒.
(3)恰當(dāng)?shù)剡x取零勢面，確定研究對象在過程中的始態(tài)和末態(tài)的機(jī)械能.
(4)根據(jù)機(jī)械能守恒定律的不同表達(dá)式列式方程，若選用了增(減)量表達(dá)式，(3)就應(yīng)成為確定過程中，動能、勢能在過程中的增減量或各部分機(jī)械能在過程中的增減量來列方程進(jìn)行求解.
五、能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律
(一)、內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變，這就是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。能量守恒定律可從下面兩個角度理解：
1、某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。
2、某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量一定與增加量相等。
這也是我們列能量守恒定律方程式的兩條基本思路。
(二)、應(yīng)用能量守恒定律解決動力學(xué)問題
1、能量守恒應(yīng)從下面兩方面去理解：
(1)某種形式的能減少，一定存在其它形式的能增加，且減少量一定等于增加量。
(2)某個物體的能量的減少，一定存在其它物體的能量增加，且減少量一定等于增加量。
2、應(yīng)用能量守恒定律解題的步驟是：
(1)分析物體的運(yùn)動過程，從而在頭腦中建立起一幅物體運(yùn)動的正確圖景;
(2)研究物體在運(yùn)動過程中有多少種形式的能(如動能、勢能、內(nèi)能、電能等)在轉(zhuǎn)化，關(guān)鍵是弄清什么形式的能增加，什么形式的能減少。
(3)增加的能量和減少的能量用相應(yīng)的力做的功來表示，然后列出恒等式
ΔE減=ΔE增。
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