1、第四单元 机械能 第四单元 机械能 知识框架 第四单元 知识框架 第四单元 知识框架 考试说明 第四单元 考试说明 复习策略 功和功率是物理学中两个重要的基本概念，是学习动能定理、机械能守恒定律、功能关系的基础，也是用能量观点分析物理问题的切入点能的概念、功和能的关系以及各种不同形式的能的相互转化和守恒的规律是自然界中最重要的基本规律，它贯穿于整个物理学中动能定理、机械能守恒定律是力学中的重点和难点，用能量观点解题是解决动力学问题的途径之一高考命题具有以下特点：第四单元 复习策略 1能力要求高：平时要加强综合题的练习，学会将复杂的物理过程分解成若干个子过程，分析每一个过程的始末运动状态量及物理
2、过程中力、加速度、速度、能量的变化，对于生活、生产中的实际问题要建立相关物理模型，灵活运用牛顿定律、动能定理及能量转化的方法提高解决实际问题的能力2综合性强：考题的内容经常与牛顿运动定律、曲线运动、电磁学等方面知识综合，物理过程复杂，综合分析的能力要求较高第四单元 复习策略 3常出压轴题：这部分知识能密切联系生产、生活实际，联系现代科学技术，因此每年高考的压轴题、高难度的综合题经常涉及本单元知识本单元的功和功率、动能和动能定理、重力的功和重力势能、弹性势能、机械能守恒定律是历年高考的必考内容，考查的知识点覆盖面全，频率高，题型全第四单元 复习策略 本单元由于涉及知识多、方法多、模型多而成为难点
3、，建议复习时重点突破以下重点或难点：1理解概念：理解功、功率、动能、重力势能、弹性势能的概念、掌握功的计算方法，理解功率的含义，掌握动能、重力势能、弹性势能的物理意义2注意规律的掌握：掌握动能定理，并能运用动能定理分析与解决相关的力学问题掌握机械能守恒定律、理解机械能守恒的条件，并能运用机械能守恒定律分析与解决相关的力学问题第四单元 复习策略 3注重功能关系的总结：功能关系是本单元的重点，也是贯穿整个高中物理的内容之一，一定要总结全面、理解透彻4强化物理解题规律的选择方法：随着学习的深入，综合题越来越多，是用牛顿定律和运动学公式，还是用能量的观点处理问题？解题的途径是什么？怎么选择？需要掌握第
4、四单元 复习策略 第16讲 功 第16讲 功 考点整合 功 1.概念：一个物体受到_的作用，如果在力的方向上发生_，则这个力对物体做了功2.做功的两个必要因素：_和物体在力的方向上发生的_3.公式：_，仅适用于_做功，其中是F和l的夹角 力力WFlcos位移位移恒力第16讲 考点整合 4.功是标量，但有正负之分：(指力与位移之间的夹角)(1)当090时，0cos1，则力对物体做_，即外界给物体_能量，该力是动力；(2)当90时，cos0，W0，则力对物体_，即外界和物体间无能量交换(3)当90180时，1cos0，则力对物体做_，即物体向外界_能量，力是阻力5.合力的功：各个力分别对物体所做功
5、的_ _ _ _ _ 正功提供不做功负功提供代数和第16讲 考点整合 要点探究 探究点一 功的正负的判定1.根据力和位移的方向的夹角 判断(此法常用于恒力做功)当 02时，F 做正功；当 2时，F 不做功；当2 时，F 做负功2.根据力和瞬时速度方向的夹角 判断(此法常用于判断质点做曲线运动时变力做功的正负)当 02时，F 做正功；当 2时，F 不做功；当2 时，F 做负功第16讲 要点探究 3从能量的转化角度进行判断(此法常用于判断两个相联系的物体)用动能变化判断：动能增加，则合外力做正功；动能减少，则合外力做负功；动能不变，则合外力不做功例如，弧面体 a 放在光滑水平面上，弧面光滑，使物体
6、 b自弧面的顶端自由下滑，如图 161 所示试判定 a、b 间弹力做功的情况第16讲 要点探究 从能量转化的角度看，当b沿弧面由静止下滑时，a就由静止开始向右运动，即a的动能增大了，因此b对a的弹力做了正功由于a和b组成的系统机械能守恒，a的机械能增加，b的机械能一定减少，因此a对b的支持力对b一定做了负功.第16讲 要点探究 例1 如图162所示，小物块位于光滑的斜面上，斜面位于光滑水平地面上从地面上看，在小物块沿斜面下滑过程中，斜面对小物块的作用力()A.垂直于接触面，不做功 B垂直于接触面，做负功C.不垂直于接触面，做负功 D不垂直于接触面，做正功第16讲 要点探究 第16讲 要点探究
7、B 解析 根据功的定义WFlcos，为了求斜面对小物块的支持力所做的功，应找到小物块的位移由于地面光滑，物块与斜面构成的系统在水平方向不受外力初状态系统保持静止，当物块向左下滑动时，对斜面有斜向右下方向的压力，因此斜面体必向右滑动由于mM，则斜面体水平位移小于物块水平位移，如图所示根据图中的关系可以确定支持力与物块位移夹角大于90，斜面对物块做负功应选B项 点评 斜面对木块的作用力就是斜面对木块的支持力，始终与斜面垂直，但斜面的倾斜方向与位移的方向不在同一直线上，并且支持力与位移的夹角成钝角，支持力做负功第16讲 要点探究 如图163所示，质量为m的木块放在倾角为 的斜面上与斜面一起水平向左匀
8、速运动，木块()A.对斜面的压力大小为mgsin B.所受的支持力对木块不做功 C.所受的摩擦力对木块做负功 D.所受的摩擦力方向可能沿斜面向下 第16讲 要点探究 C 解析 以木块为研究对象，对其进行受力分析，木块做匀速直线运动，处于平衡状态，木块对斜面的压力大小为mgcos，A错误；木块所受的支持力对木块做正功，B错误；木块所受的摩擦力沿斜面向上，对木块做负功，C正确、D错误 第16讲 要点探究 1.利用功的定义式WFlcos求功(1)公式中F、l必须对应同一物体，l为物体相对地面的位移，为F、l的夹角(2)此式一般情况下只适用于求恒力的功2.根据动能定理计算合力的功用动能定理WEk求功当
9、F为变力时，高中阶段往往考虑用这种方法求功这里求得的功是该过程中外力对物体做的总功(或者说是合力做的功)探究点二 恒力做功的计算第16讲 要点探究 3.利用功能关系求功功是能量转化的量度要注意分析参与转化的能量的形式：重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量，弹簧弹力对物体做的功等于弹簧弹性势能的减少量，电场力对带电体做的功等于带电体电势能的减少量，分子力做的功等于分子势能的减少量，合力对物体做的功等于物体动能的增加量，除重力、弹簧弹力以外的力对系统做的功等于系统机械能的增加量第16讲 要点探究 4.总功的计算(1)利用平行四边形定则求出合力，再根据 WF 合lcos 计算功注意 应是合力 F
10、 合与位移 l 的夹角(2)分别求各个外力做的功：W1F1l1cos1，W2F2l2cos2再求各个外力做的功的代数和.第16讲 要点探究 例 2 如图 164 所示，在倾角为 30的斜面上，一条轻绳的一端固定在斜面上，绳子跨过连在滑块上的定滑轮，绳子另一端受到一个方向总是竖直向上，大小恒为 F100 N 的拉力，使物块沿斜面向上滑行 1 m(滑轮右边的绳子始终与斜面平行)的过程中，拉力 F 做的功是()A.100 J B150 JC.200 J D条件不足，无法确定第16讲 要点探究 第16讲 要点探究 B 解析 拉力 F 的功等效为图中 F1、F2 两个恒力做功的代数和，即 WF2lF1l
11、cos60，而 F1F2F100 N，所以 WFl(1cos60)150 J即 B 选项正确点评 功的定义式 WFlcos 中的 l 在本题中是指绳上力的作用点的位移，即是受力物体的位移一滑块在水平地面上沿直线滑行，t0 时其速度为 1m/s，从此刻开始在滑块运动方向上再施加一水平作用力 F，力F 和滑块的速率 v 随时间的变化规律分别如图 165 甲和乙所示设在第 1 s 内、第 2 s 内、第 3 s 内力 F 对滑块做的功分别为 W1、W2、W3，则以下关系正确的是()A.W1W2W3B.W1W2W3C.W1W3W2D.W1W2W3第16讲 要点探究 B 解析 力 F 做的功等于恒力 F
12、 与滑块运动的位移(vt 图象中图线与坐标轴围成的面积)的乘积，第 1 s 内，位移为一个小三角形面积 S；第 2 s 内，位移也为一个小三角形面积 S；第 3 s 内，位移为两个小三角形面积 2S，故 W11S，W23S，W34S，所以 W1W2W3.第16讲 要点探究 探究点三 变力做功的计算1.用动能定理 WEk 或功能关系 WE(功是能量转化的量度)，即用能量的增量等效代换变力所做的功(可计算变力的功和恒力的功)2.当变力的功率 P 一定时，可用 WPt 求功，如机车牵引力做的功3.将变力做功转化为恒力做功(1)当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程(
13、不是位移)的乘积如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等(2)当力的方向不变，大小随位移做线性变化时，可先求出力对位移的平均值 FF1F22，再由 WFlcos 计算，如弹簧弹力做功第16讲 要点探究(3)利用力位移图象中图线与坐标轴所围的“面积”求变力做功如图 166 所示，与位移方向相同的力随位移变化规律为直线 AB 时，发生位移 s1 过程中力 F 做的功等于四边形 ABEO 的“面积”；力随位移变化规律为曲线 CD 时，发生位移 s1 过程中力 F 做的功等于 CDEO 的“面积”第16讲 要点探究 例 3 如图 167 所示，一质量为 m 的小球用长为 L 的轻绳悬挂于 O 点(1)小球在水
14、平拉力 F 的作用下从平衡位置 P 点缓慢地移到 Q 点，此时悬线与竖直方向的夹角为；(2)小球在水平恒力 F 作用下由 P 点移动到 Q 点，此时悬线与竖直方向的夹角为.求上述(1)(2)两种情况下拉力 F 所做的功各为多大？第16讲 要点探究(1)mgL(1cos)(2)FLsin 解析(1)将小球“缓慢”地移动，可认为小球一直处于平衡状态当轻绳与竖直方向的夹角为 时，根据平衡条件有 Fmgtan.可见，当 由 0 增大到 的过程中，F 一直增大，属于变力做功小球从 P 到 Q 的过程中，动能不变，由于绳的拉力不做功，故拉力 F 做的功等于克服重力做的功，故有 WmgL(1cos)(2)恒
15、力 F 做的功 WFLsin.点评 在遇到求功的问题时，一定要注意分析是求恒力的功还是变力的功，如果是求变力的功，看能否转化为求恒力功的问题，不能转化的，还可以借助动能定理和能的转化和守恒定律来求解.第16讲 要点探究 在水平面上，有一弯曲的槽道 A B，槽道由半径分别为R2和 R 的两个半圆构成如图 168 所示，现用大小恒为 F的拉力将一光滑小球从 A 点沿槽道拉至 B 点，若拉力 F 的方向时刻与小球运动方向一致，则此过程中拉力所做的功为()A.0BFRC.32FRD2FR第16讲 要点探究 C 解析 把圆轨道分成 s1、s2、s3sn 微小段，拉力在每一段上为恒力，则在每一段上做的功 W1Fs1，W2Fs2，W3Fs3，WnFsn.拉力在整个过程中所做的功 WW1W2WnF(s1s2sn)F(R2R)32FR.第16讲 要点探究
