高考物理知識(shí)點(diǎn)最后沖刺大全六機(jī)械能

六、機(jī)械能一、知識(shí)網(wǎng)絡(luò)一、知識(shí)網(wǎng)絡(luò)基本概念定義物理意義表示功力與力方向上位移的乘積力對(duì)空間（位移）的積效果W=F·scosα功率功與做功對(duì)應(yīng)時(shí)間的比值做功的快慢P=SKIPIF1<0=F·v·動(dòng)能由于運(yùn)動(dòng)具有的能反映物體處于某運(yùn)動(dòng)的快慢時(shí)所具有能的多少Ek=SKIPIF1<0mv2重力勢(shì)能地球上物體具有的與高度有關(guān)的能反映物體處于某相對(duì)高度時(shí)具有能的多少EB=mgh彈性勢(shì)能由于發(fā)生彈性形變具有的能反映彈性形變物體儲(chǔ)藏的勢(shì)能及對(duì)外做功的能力大小EB=SKIPIF1<0kx2機(jī)械能動(dòng)能和勢(shì)能（重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）統(tǒng)稱機(jī)械能反映機(jī)械運(yùn)動(dòng)中對(duì)外做功能力的大小E機(jī)＝Ｅk＋Ｅp基本規(guī)律內(nèi)容適用條件表示動(dòng)能定理外力對(duì)物體所做總功等于物體的能的變化量不管恒力、變力做功；不管直線、曲線運(yùn)動(dòng)都適用W總=Ek2-Ek1=SKIPIF1<0mv22-SKIPIF1<0mv21機(jī)械能守恒定律只有重力做功，物體機(jī)械能守恒只有重力做功才適用E初=E末能的轉(zhuǎn)化和守恒定律能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能無(wú)影無(wú)蹤的消失，不同形式的能量在相互轉(zhuǎn)化中守恒整個(gè)自然界，整個(gè)宇宙普遍適用E=C（常數(shù)）或△E=0概念概念1、功：⑴功的概念：一個(gè)物體在力的作用下，如果在力的方向上發(fā)生一段位移，我們就說這個(gè)力對(duì)物體做了功。這里特別強(qiáng)調(diào)：力和在力的方向上發(fā)生的位移，是做功的兩個(gè)不可缺少的因素。⑵功的公式：力對(duì)物體所做的功（W）、等于力的大?。‵）、位移的大?。╯）、力的方向和位移方向間的夾角的余弦三者的乘積。⑶功是標(biāo)量：功是由力的大小和位移的大小確定的，它沒有方向，是個(gè)標(biāo)量，⑷功的單位：在國(guó)際單位制中，功的單位是焦耳，符號(hào)J。1J就1N的力使物體在力的方向上發(fā)生1m位移所做的功。SKIPIF1<0 （請(qǐng)注意千萬(wàn)不要把力矩的單位與功的單位相混淆）⑸功的正負(fù)：當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)F做正功，當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)F不做功，當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)F做負(fù)功。⑹什么叫克服阻力做功：力對(duì)物體做負(fù)功時(shí)，通常也可說成是物體克服阻力做功。如剎車時(shí)摩擦力對(duì)汽車做負(fù)功，意味著汽車克服摩擦力做功；重力對(duì)豎直上拋物體做負(fù)功，意味著物體克服重力做功，計(jì)算物體克服某個(gè)力所做的功時(shí)，其值要取絕對(duì)值。另一種是外力克服阻力做功。如我們把一個(gè)質(zhì)量為m的物體勻速舉高時(shí)。我們必須用一個(gè)與物體所受到力G=mg大小相等、方向相反的外力，克服重力做功，物體被舉高為h時(shí)，外力克服重力所做的功為W=mgh。⑺一對(duì)作用力和反作用力做功的特點(diǎn)：①一對(duì)作用力和反作用力在同一段時(shí)間內(nèi)做的總功可能為正、可能為負(fù)、也可能為零。②一對(duì)互為作用反作用的摩擦力做的總功可能為零（靜摩擦力）、可能為負(fù)（滑動(dòng)摩擦力），但不可能為正。⑻關(guān)于摩擦力或介質(zhì)阻力做功的特點(diǎn)：摩擦力做功的大小是摩擦力與所作用的物體在力的方向上通過的路程，而非位移。⑼在兩個(gè)接觸面上因相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的熱量：Q=f滑s相對(duì)，其中f滑為滑動(dòng)摩擦力，s相對(duì)為接觸物的相對(duì)位移。2、功率：⑴功率的概念：功率是表示物體（施力物）做功快慢的物理量，表示了單位時(shí)間內(nèi)，施力物做功的多少。是用功與完成這些功所用時(shí)間的比值表示。⑵功率的公式：SKIPIF1<0 該式表示了在某一段時(shí)間t內(nèi)物體做功的平均功率。當(dāng)力的方向和位移的方向一致時(shí)，上式中的W=Fs，則：SKIPIF1<0重力的功率可表示為PG=mgvy，即重力的瞬時(shí)功率等于重力和物體在該時(shí)刻的豎直分速度之積。⑶功率的單位：在國(guó)際單位制中，功率的單位是瓦特。1瓦特=1焦耳/秒，符號(hào)：1W=1J/s除了“瓦”這個(gè)單位以外，技術(shù)上常用“千瓦”（KW）做功率的單位。⑷公式P=Fv中三個(gè)物理量的相依關(guān)系：當(dāng)力F與物體運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，P=Fv，在功率一定的情況下，力越大，速度就越小，如汽車從平地開始上坡時(shí)，在保持發(fā)動(dòng)機(jī)功率不變的條件下，需換檔降低速度以增大牽引力。在力大小不變時(shí)，功率越大，速度越大，如在豎直方向上勻速吊起重物，起重機(jī)輸出功率越大，起吊速度就越大。保持速度不變時(shí)，功率越大，力越大，如汽車從平路轉(zhuǎn)入上坡時(shí)，要保持速度不變，就需要加大油門增大牽引功率以增大牽引力。⑸注意區(qū)別P=SKIPIF1<0、P=Fvcosα、P=Fv三個(gè)公式的適用范圍：對(duì)P=SKIPIF1<0，P是時(shí)間t內(nèi)的平均功率；對(duì)P=Fvcosα，若v是瞬時(shí)速度，P是瞬時(shí)功率，若v是平均速度，P是平均功率；對(duì)P=Fv，F(xiàn)與v必須同方向，功率P與速度對(duì)應(yīng)，即瞬時(shí)速度對(duì)應(yīng)瞬時(shí)功率，平均速度對(duì)應(yīng)平均功率。⑹額定功率：任何一個(gè)動(dòng)力機(jī)器，它的功率都是有一定的限制的，這就是該機(jī)器的額定功率，額定功率都要在銘牌上標(biāo)明，機(jī)器工作時(shí)受額定功率的限制。而機(jī)器功率的發(fā)揮是可以人為控制的。如汽車可通過控制給油的多少（油門），確定功率的大小。但功率不管如何改變，功率的最大值是額定功率。⑺關(guān)于機(jī)車的兩種起動(dòng)方式：⑷汽車的兩種加速問題。當(dāng)汽車從靜止開始沿水平面加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，有兩種不同的加速過程，但分析時(shí)采用的基本公式都是P=Fv和F-f=mavafF①以額定功率起動(dòng)：由公式P=Fv和F-f=ma知a=SKIPIF1<0，由于P恒定，隨著v的增大，F(xiàn)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(dòng)，直到F=f，a=0，這時(shí)v達(dá)到最大值SKIPIF1<0?？梢姾愣üβ实募铀僖欢ú皇莿蚣铀?。這種加速過程發(fā)動(dòng)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）。vafF②以加速度a勻加速起動(dòng)：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(dòng)，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(shí)勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)束，其最大速度為SKIPIF1<0，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(dòng)了?？梢姾愣恳Φ募铀贂r(shí)功率一定不恒定。這種加速過程發(fā)動(dòng)機(jī)做的功只能用W=Fs計(jì)算，不能用W=Pt計(jì)算（因?yàn)镻為變功率）。例題：解析：要注意兩種加速運(yùn)動(dòng)過程的最大速度的區(qū)別。θLmF例題：如圖所示，質(zhì)量為m的小球用長(zhǎng)L的細(xì)線懸掛而靜止在豎直位置。在下列三種情況下，分別用水平拉力F將小球拉到細(xì)線與豎直方向成θ角的位置。在此過程中，拉力F做的功各是多少？⑴用F緩慢地拉；⑵F為恒力；⑶θLmFA.SKIPIF1<0B.SKIPIF1<0C.SKIPIF1<0D.SKIPIF1<0解：⑴若用F緩慢地拉，則顯然F為變力，只能用動(dòng)能定理求解。F做的功等于該過程克服重力做的功。選D⑵若F為恒力，則可以直接按定義求功。選B⑶若F為恒力，而且拉到該位置時(shí)小球的速度剛好為零，那么按定義直接求功和按動(dòng)能定理求功都是正確的。選B、D在第三種情況下，由SKIPIF1<0=SKIPIF1<0，可以得到SKIPIF1<0，可見在擺角為SKIPIF1<0時(shí)小球的速度最大。實(shí)際上，因?yàn)镕與mg的合力也是恒力，而繩的拉力始終不做功，所以其效果相當(dāng)于一個(gè)擺，我們可以把這樣的裝置叫做“歪擺”。例題：質(zhì)量為2t的農(nóng)用汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為30kW，汽車在水平路面行駛時(shí)能達(dá)到的最大時(shí)速為54km/h。若汽車以額定功率從靜止開始加速，當(dāng)其速度達(dá)到v=36km/h時(shí)的瞬時(shí)加速度是多大？解析：汽車在水平路面行駛達(dá)到最大速度時(shí)牽引力F等于阻力f，即Pm=fvm，而速度為v時(shí)的牽引力F=Pm/v，再利用F-f=ma，可以求得這時(shí)的a=0.50m/s23、功和能：⑴能的最基本性質(zhì)：能就是指能量，如果物體能夠做功，就說這個(gè)物體。如水流的機(jī)械能，帶動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，這是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；電動(dòng)機(jī)能電后，把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能；大力發(fā)電是把熱能轉(zhuǎn)化成電能，電熱取暖則又是把電能轉(zhuǎn)化成熱能；這些現(xiàn)象都告訴了我們各種不同形式的能是可以互相轉(zhuǎn)化的，而且在轉(zhuǎn)化過程中，能的總量是守恒的。這就是能的最基本性質(zhì)。⑵功和能的關(guān)系：功是能量轉(zhuǎn)化的量度①做功的過程就是能的轉(zhuǎn)化過程，能的轉(zhuǎn)化是通過做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的。②做多少功就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(用功的數(shù)值來(lái)量度能量轉(zhuǎn)化的多少)4、動(dòng)能：⑴動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量。一個(gè)物體由靜止開始運(yùn)動(dòng)，必須受有外力的作用，那么這個(gè)外力做了多少功，就表示了有多少其它形式能量轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能了。我們利用這個(gè)辦法可求出物體的動(dòng)能。⑵動(dòng)能公式的推導(dǎo)：在光滑的水平面上有一個(gè)質(zhì)量為m的靜止物體，在水平恒力作用下開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一段位移S，達(dá)到速度為SKIPIF1<0。在此過程中：外力做功W=Fs物體的動(dòng)能EKSKIPIF1<0功是能量轉(zhuǎn)化的量度SKIPIF1<0EK=W=FsSKIPIF1<0SKIPIF1<0．⑶動(dòng)能公式：SKIPIF1<0即物體的動(dòng)能等于它的質(zhì)量跟它的速度平方的乘積的一半。⑷動(dòng)能是標(biāo)量，在國(guó)際單位制中，動(dòng)能的單位是焦耳（J）。⑸關(guān)于物體動(dòng)能的變化：①速度SKIPIF1<0是一個(gè)描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，動(dòng)能SKIPIF1<0也是一個(gè)描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。速度變化時(shí)，動(dòng)能不一定變化。如物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，雖然速度在變化，但動(dòng)能是恒量。可是動(dòng)能變化時(shí)，速度一定發(fā)生變化。如物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，物體動(dòng)能變化，其運(yùn)動(dòng)速度也在變化。②物體在一直線上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度有正、負(fù)之分（表示方向），但物體的動(dòng)能卻永遠(yuǎn)是正值?？墒莿?dòng)能的變化量可以有正負(fù)。動(dòng)能的變化量表示了運(yùn)動(dòng)物體的終了狀態(tài)的動(dòng)能SKIPIF1<0減去其初始狀態(tài)的動(dòng)能SKIPIF1<0。如汽車加速運(yùn)動(dòng)，SKIPIF1<0，則動(dòng)能變化量為正值。若汽車做減速運(yùn)動(dòng)，即SKIPIF1<0，則其動(dòng)能變化量為負(fù)值。③物體動(dòng)能的變化是與外力做功有關(guān)的，這個(gè)“功”，指的是合外力做的功，或合功。如果以動(dòng)力做功為主，則物體動(dòng)能變化量為正。若以阻力做功為主，則物體動(dòng)能變化量為負(fù)。5、勢(shì)能：⑴勢(shì)能的概念：相互作用的物體間，由其相對(duì)位置所決定的能量。⑵勢(shì)能和種類：有重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能等。重力勢(shì)能：地球與地球附近的物體之間由于重力的作用而是有的勢(shì)能。彈性勢(shì)能：物體發(fā)生彈性形變時(shí)，由于其各部分間存在彈力的相互作用的是有的勢(shì)能。⑶重力勢(shì)能：公式Ep=mgh①表示物體的重力勢(shì)能等于物體的質(zhì)量、重力加速度和它所處的高度三者的乘積。②根據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，也可以看做是外力把物體舉高了h，外力做功W=mgh全轉(zhuǎn)化成物體的重力勢(shì)能，即Ep=mgh。③重力勢(shì)能是標(biāo)量。在國(guó)際單位制中，它的單位跟功的單位相同：焦耳（J）。④公式中h的含義要特別注意：重力勢(shì)能公式Ep=mgh中的h表示高度，用來(lái)表示物體所在的位置，是個(gè)狀態(tài)量，是由規(guī)定的高度零點(diǎn)（如地面）開始量度的，向上為正；而自由落體公式SKIPIF1<0中的h表示自由下落物體的位移，是個(gè)過程量，是由起始位置開始量度的，向下為正，二者不能混為一談。⑤重力做功的特點(diǎn)：重力對(duì)物體所做的功只跟起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)。⑥重力做功和重力勢(shì)能的變化：重力做正功,勢(shì)能減少；重力做負(fù)功，勢(shì)能增加。重力做多少功，就改變多少重力勢(shì)能。其數(shù)學(xué)表示式為WSKIPIF1<0=－△SKIPIF1<0＝SKIPIF1<0－SKIPIF1<0，式中SKIPIF1<0、SKIPIF1<0分別表示初態(tài)和終態(tài)的重力勢(shì)能。a重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少，減少的重力勢(shì)能等于重力所做的功；重力做負(fù)功時(shí)，重力勢(shì)能增加，增加的重力勢(shì)能等于克服重力所做的功．即重力做多少功，重力勢(shì)能就改變多少．b重力做功只跟初末位置的高度有關(guān)，跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)，即WSKIPIF1<0=mg△h。⑷彈性勢(shì)能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫彈性勢(shì)能。彈性勢(shì)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(shì)能越大。⑸勢(shì)能是相互作用的物體由相對(duì)位置而決定的一種能量。離開物體間的相互作用也就無(wú)所謂勢(shì)能。因此勢(shì)能只能屬于系統(tǒng)，說某個(gè)物體具有多少勢(shì)能，顯然是一種簡(jiǎn)略的說法。例題：如圖所示，勁度系數(shù)為K1的輕質(zhì)彈簧兩端分別與質(zhì)量為m1、m2的物體1、2拴接，勁度系數(shù)為K2的輕質(zhì)彈簧上端與物塊2拴接，下端壓在桌面上(不拴接)，整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)施力將物塊1緩慢地豎直上提，直到下面那個(gè)彈簧的下端脫離桌面．在此過程中，物塊2的重力勢(shì)能增加了，物塊1的重力勢(shì)能增加了。解析：該題難度較大，在方法的選用上應(yīng)注意借助整體法和隔離法輔助求解．在求解m1上升高度時(shí)，要找準(zhǔn)m1相對(duì)水平面的高度變化，不要漏加m2上升高度；考慮k1的變化時(shí)不要忽略彈簧k2的變化．很容易考慮不全面，顧此失彼．可做如下分析：下面彈簧受到壓力大小為(mSKIPIF1<0+mSKIPIF1<0)g，壓縮量SKIPIF1<0xSKIPIF1<0=SKIPIF1<0,要使其離開桌面，mSKIPIF1<0應(yīng)上升高度SKIPIF1<0xSKIPIF1<0,則增加的重力勢(shì)能為SKIPIF1<0ESKIPIF1<0＝mSKIPIF1<0gSKIPIF1<0xSKIPIF1<0=SKIPIF1<0,對(duì)彈簧k1拉起的過程中，k1是由壓縮狀態(tài)轉(zhuǎn)為拉伸狀態(tài)，壓縮的長(zhǎng)度SKIPIF1<0xSKIPIF1<0=SKIPIF1<0,當(dāng)kSKIPIF1<0離開桌面時(shí)，kSKIPIF1<0伸長(zhǎng)了SKIPIF1<0xSKIPIF1<0SKIPIF1<0=SKIPIF1<0，則上面物體能上升的高度為SKIPIF1<0xSKIPIF1<0+SKIPIF1<0xSKIPIF1<0SKIPIF1<0+SKIPIF1<0xSKIPIF1<0＝(mSKIPIF1<0+mSKIPIF1<0)g(SKIPIF1<0+SKIPIF1<0),所以mSKIPIF1<0增加的重力勢(shì)能為SKIPIF1<0ESKIPIF1<0=mSKIPIF1<0(mSKIPIF1<0+mSKIPIF1<0)(SKIPIF1<0+SKIPIF1<0)gSKIPIF1<0.規(guī)律規(guī)律1、動(dòng)能定理⑴動(dòng)能定理的表述合外力做的功等于物體動(dòng)能的變化。（這里的合外力指物體受到的所有外力的合力，包括重力）。表達(dá)式為W=ΔEK動(dòng)能定理也可以表述為：外力對(duì)物體做的總功等于物體動(dòng)能的變化。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，后一種表述比較好操作。不必求合力，特別是在全過程的各個(gè)階段受力有變化的情況下，只要把各個(gè)力在各個(gè)階段所做的功都按照代數(shù)和加起來(lái)，就可以得到總功。和動(dòng)量定理一樣，動(dòng)能定理也建立起過程量（功）和狀態(tài)量（動(dòng)能）間的聯(lián)系。這樣，無(wú)論求合外力做的功還是求物體動(dòng)能的變化，就都有了兩個(gè)可供選擇的途徑。和動(dòng)量定理不同的是：功和動(dòng)能都是標(biāo)量，動(dòng)能定理表達(dá)式是一個(gè)標(biāo)量式，不能在某一個(gè)方向上應(yīng)用動(dòng)能定理。⑵注意：①不管是否恒力做功，也不管是否做直線運(yùn)動(dòng)，該定理都成立；②對(duì)變力做功，應(yīng)用動(dòng)能定理要更方便、更迅捷。③動(dòng)能為標(biāo)量，但ΔEk=Ek2-Ek1仍有正負(fù)，分別表動(dòng)能的增減。⑶應(yīng)用動(dòng)能定理解題的步驟①確定研究對(duì)象和研究過程。和動(dòng)量定理不同，動(dòng)能定理的研究對(duì)象只能是單個(gè)物體，如果是系統(tǒng)，那么系統(tǒng)內(nèi)的物體間不能有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（原因是：系統(tǒng)內(nèi)所有內(nèi)力的總沖量一定是零，而系統(tǒng)內(nèi)所有內(nèi)力做的總功不一定是零）。③寫出該過程中合外力做的功，或分別寫出各個(gè)力做的功（注意功的正負(fù)）。如果研究過程中物體受力情況有變化，要分別寫出該力在各個(gè)階段做的功。④寫出物體的初、末動(dòng)能。⑤按照動(dòng)能定理列式求解。例題：如圖所示，斜面傾角為α，長(zhǎng)為L(zhǎng)，AB段光滑，BC段粗糙，且BC=2AB。質(zhì)量為m的木塊從斜面頂端無(wú)初速下滑，到達(dá)C端時(shí)速度剛好減小到零。求物體和斜面BC段間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ。αCBA解析：以木塊為對(duì)象，在下滑全過程中用動(dòng)能定理：重力做的功為mgLsinα，摩擦力做的功為SKIPIF1<0，支持力不做功。初、末動(dòng)能均為零。αCBAmgLsinαSKIPIF1<0=0，SKIPIF1<0從本例題可以看出，由于用動(dòng)能定理列方程時(shí)不牽扯過程中不同階段的加速度，所以比用牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程解題簡(jiǎn)潔得多。vv/fGGf例題：vv/fGGf解析：SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，可得H=v02/2g，SKIPIF1<0再以小球?yàn)閷?duì)象，在有空氣阻力的情況下對(duì)上升和下落的全過程用動(dòng)能定理。全過程重力做的功為零，所以有：SKIPIF1<0，解得SKIPIF1<0從本題可以看出：根據(jù)題意靈活地選取研究過程可以使問題變得簡(jiǎn)單。有時(shí)取全過程簡(jiǎn)單；有時(shí)則取某一階段簡(jiǎn)單。原則是盡量使做功的力減少，各個(gè)力的功計(jì)算方便；或使初、末動(dòng)能等于零。Lhs例題：質(zhì)量為M的木塊放在水平臺(tái)面上，臺(tái)面比水平地面高出h=0.20m，木塊離臺(tái)的右端L=1.7m。質(zhì)量為m=0.10M的子彈以v0=180m/s的速度水平射向木塊，并以v=90m/s的速度水平射出，木塊落到水平地面時(shí)的落地點(diǎn)到臺(tái)面右端的水平距離為s=1.6m，求木塊與臺(tái)面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為L(zhǎng)hs解析：本題的物理過程可以分為三個(gè)階段，在其中兩個(gè)階段中有機(jī)械能損失：子彈射穿木塊階段和木塊在臺(tái)面上滑行階段。所以本題必須分三個(gè)階段列方程：子彈射穿木塊階段，對(duì)系統(tǒng)用動(dòng)量守恒，設(shè)木塊末速度為v1，mv0=mv+Mv1……①木塊在臺(tái)面上滑行階段對(duì)木塊用動(dòng)能定理，設(shè)木塊離開臺(tái)面時(shí)的速度為v2，有：SKIPIF1<0……②木塊離開臺(tái)面后的平拋階段，SKIPIF1<0……③由①、②、③可得μ=0.50從本題應(yīng)引起注意的是：凡是有機(jī)械能損失的過程，都應(yīng)該分段處理。從本題還應(yīng)引起注意的是：不要對(duì)系統(tǒng)用動(dòng)能定理。在子彈穿過木塊階段，子彈和木塊間的一對(duì)摩擦力做的總功為負(fù)功。如果對(duì)系統(tǒng)在全過程用動(dòng)能定理，就會(huì)把這個(gè)負(fù)功漏掉。ABCDGGNN例題：如圖所示，小球以大小為v0的初速度由A端向右運(yùn)動(dòng)，到B端時(shí)的速度減小為vB；若以同樣大小的初速度由B端向左運(yùn)動(dòng)，到A端時(shí)的速度減小為vA。已知小球運(yùn)動(dòng)過程中始終未離開該粗糙軌道。比較ABCDGGNNvA>vBvA=vBvA<vB解析：2、機(jī)械能守恒定律⑴機(jī)械能守恒定律的兩種表述①在只有重力做功的情形下，物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。②如果沒有摩擦和介質(zhì)阻力，物體只發(fā)生動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化時(shí)，機(jī)械能的總量保持不變。⑵對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解：①機(jī)械能守恒定律的研究對(duì)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?shì)能就是小球和地球所共有的。另外小球的動(dòng)能中所用的v，也是相對(duì)于地面的速度。②當(dāng)研究對(duì)象（除地球以外）只有一個(gè)物體時(shí)，往往根據(jù)是否“只有重力做功”來(lái)判定機(jī)械能是否守恒；當(dāng)研究對(duì)象（除地球以外）由多個(gè)物體組成時(shí)，往往根據(jù)是否“沒有摩擦和介質(zhì)阻力”來(lái)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”。⑶機(jī)械能守恒定律的各種表達(dá)形式①SKIPIF1<0，即SKIPIF1<0；②SKIPIF1<0；SKIPIF1<0；SKIPIF1<0用①時(shí)，需要規(guī)定重力勢(shì)能的參考平面。用②時(shí)則不必規(guī)定重力勢(shì)能的參考平面，因?yàn)橹亓?shì)能的改變量與參考平面的選取沒有關(guān)系。尤其是用ΔE增=ΔE減，只要把增加的機(jī)械能和減少的機(jī)械能都寫出來(lái)，方程自然就列出來(lái)了。⑷解題步驟①確定研究對(duì)象和研究過程。②判斷機(jī)械能是否守恒。③選定一種表達(dá)式，列式求解。例題：如圖物塊和斜面都是光滑的，物塊從靜止沿斜面下滑過程中，物塊機(jī)械能是否守恒？系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒？Ns解析：以物塊和斜面系統(tǒng)為研究對(duì)象，很明顯物塊下滑過程中系統(tǒng)不受摩擦和介質(zhì)阻力，故系統(tǒng)機(jī)械能守恒。又由水平方向系統(tǒng)動(dòng)量守恒可以得知：斜面將向左運(yùn)動(dòng)，即斜面的機(jī)械能將增大，故物塊的機(jī)械能一定將減少。Ns有些同學(xué)一看本題說的是光滑斜面，容易錯(cuò)認(rèn)為物塊本身機(jī)械能就守恒。這里要提醒兩條：⑴由于斜面本身要向左滑動(dòng)，所以斜面對(duì)物塊的彈力N和物塊的實(shí)際位移s的方向已經(jīng)不再垂直，彈力要對(duì)物塊做負(fù)功，對(duì)物塊來(lái)說已經(jīng)不再滿足“只有重力做功”的條件。⑵由于水平方向系統(tǒng)動(dòng)量守恒，斜面一定會(huì)向右運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能也只能是由物塊的機(jī)械能轉(zhuǎn)移而來(lái)，所以物塊的機(jī)械能必然減少。ABO例題：如圖所示，質(zhì)量分別為2m和3m的兩個(gè)小球固定在一根直角尺的兩端A、B，直角尺的頂點(diǎn)O處有光滑的固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸。AO、BO的長(zhǎng)分別為2L和L。開始時(shí)直角尺的AO部分處于水平位置而B在O的正下方。讓該系統(tǒng)由靜止開始自由轉(zhuǎn)動(dòng)，求：⑴當(dāng)A到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，A小球的速度大小v；⑵B球能上升的最大高度h；⑶開始轉(zhuǎn)動(dòng)后B球可能達(dá)到的最大速度vABO解析：以直角尺和兩小球組成的系統(tǒng)為對(duì)象，由于轉(zhuǎn)動(dòng)過程不受摩擦和介質(zhì)阻力，所以該系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。⑴過程中A的重力勢(shì)能減少，A、B的動(dòng)能和B的重力勢(shì)能增加，A的即時(shí)速度總是B的2倍。SKIPIF1<0，解得SKIPIF1<0⑵B球不可能到達(dá)O的正上方，它到達(dá)最大高度時(shí)速度一定為零，設(shè)該位置比OA豎直位置向左偏了α角。2mg2Lcosα=3mgL(1+sinα)，此式可化簡(jiǎn)為4cosα-3sinα=3，利用三角公式可解得sin(53°-α)=sin37°，α=16°⑶B球速度最大時(shí)就是系統(tǒng)動(dòng)能最大時(shí)，而系統(tǒng)動(dòng)能增大等于系統(tǒng)重力做的功WG。設(shè)OA從開始轉(zhuǎn)過θ角時(shí)B球速度最大，SKIPIF1<0=2mg2Lsinθ-3mgL(1-cosθ)ABOv1v1/2OABαBOθαθA=mgL(4ABOv1v1/2OABαBOθαθA⑴⑵⑶本題如果用EP+EK=EP/+EK/這種表達(dá)形式，就需要規(guī)定重力勢(shì)能的參考平面，顯然比較煩瑣。用ΔE增=ΔE減就要簡(jiǎn)潔得多。K例題：如圖所示，粗細(xì)均勻的U形管內(nèi)裝有總長(zhǎng)為4L的水。開始時(shí)閥門K閉合，左右支管內(nèi)水面高度差為L(zhǎng)。打開閥門K后，左右水面剛好相平時(shí)左管液面的速度是多大？（管的內(nèi)部橫截面很小，摩擦阻力忽略不計(jì)）K解析：由于不考慮摩擦阻力，故整個(gè)水柱的機(jī)械能守恒。從初始狀態(tài)到左右支管水面相平為止，相當(dāng)于有長(zhǎng)L/2的水柱由左管移到右管。系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加。該過程中，整個(gè)水柱勢(shì)能的減少量等效于高L/2的水柱降低L/2重力勢(shì)能的減少。不妨設(shè)水柱總質(zhì)量為8m，則SKIPIF1<0，得SKIPIF1<0。本題在應(yīng)用機(jī)械能守恒定律時(shí)仍然是用Δ=Δ建立方程，在計(jì)算系統(tǒng)重力勢(shì)能變化時(shí)用了等效方法。需要注意的是：研究對(duì)象仍然是整個(gè)水柱，到兩個(gè)支管水面相平時(shí)，整個(gè)水柱中的每一小部分的速率都是相同的。3、功能關(guān)系做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，功是能的轉(zhuǎn)化的量度。能量守恒和轉(zhuǎn)化定律是自然界最基本的定律之一。而在不同形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的過程中，功扮演著重要的角色。本章的主要定理、定律都是由這個(gè)基本原理出發(fā)而得到的。需要強(qiáng)調(diào)的是：功是一種過程量，它和一段位移（一段時(shí)間）相對(duì)應(yīng)；而能是一種狀態(tài)量，它個(gè)一個(gè)時(shí)刻相對(duì)應(yīng)。兩者的單位是相同的（都是J），但不能說功就是能，也不能說“功變成了能”。“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”這一基本概念。⑴物體動(dòng)能的增量由外力做的總功來(lái)量度：W外=ΔEk，這就是動(dòng)能定理。⑵物體重力勢(shì)能的增量由重力做的功來(lái)量度：WG=-ΔEP，這就是勢(shì)能定理。⑶物體機(jī)械能的增量由重力以外的其他力做的功來(lái)量度：W其=ΔE機(jī)，（W其表示除重力以外的其它力做的功），這就是機(jī)械能定理。⑷當(dāng)W其=0時(shí)，說明只有重力做功，所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。⑸一對(duì)互為作用力反作用力的摩擦力做的總功，用來(lái)量度該過程系統(tǒng)由于摩擦而減小的機(jī)械能，也就是系統(tǒng)增加的內(nèi)能。fd=Q（d為這兩個(gè)物體間相對(duì)移動(dòng)的路程）。FGva例題：質(zhì)量為m的物體在豎直向上的恒力FFGvaA.物體的重力勢(shì)能增加了mgHB.物體的動(dòng)能減少了FHC.物體的機(jī)械能增加了FHD.物體重力勢(shì)能的增加小于動(dòng)能的減少解析：由以上三個(gè)定理不難得出正確答案是A、CABCD例題：如圖所示，一根輕彈簧下端固定，豎立在水平面上。其正上方A位置有一只小球。小球從靜止開始下落，在B位置接觸彈簧的上端，在CABCD解析：abc例題：如圖所示，a、b、c三個(gè)相同的小球，a從光滑斜面頂端由靜止開始自由下滑，同時(shí)b、c從同一高度分別開始自由下落和平拋。下列說法正確的有abcA.它們同時(shí)到達(dá)同一水平面B.重力對(duì)它們的沖量相同C.它們的末動(dòng)能相同D.它們動(dòng)量變化的大小相同解析：這道題看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上考察了平均速度、功、沖量等很多知識(shí)。另外，在比較中：a、b的初、末動(dòng)能相同，平均速度大小相同，但重力作用時(shí)間不同；b、c飛行時(shí)間相同（都等于自由落體時(shí)間），但初動(dòng)能不同。本題如果去掉b球可能更難做一些。例題：質(zhì)量為m的汽車在平直公路上以速度v勻速行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際功率為P。若司機(jī)突然減小油門使實(shí)際功率減為SKIPIF1<0并保持下去，汽車所受阻力不變，則減小油門瞬間汽車加速度大小是多少？以后汽車將怎樣運(yùn)動(dòng)？解析：由公式F-f=ma和P=Fv，原來(lái)牽引力F等于阻力f，減小油門瞬間v未變，由P=Fv，F(xiàn)將減半，合力變?yōu)镾KIPIF1<0，方向和速度方向相反，加速度大小為SKIPIF1<0；以后汽車做恒定功率的減速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)又逐漸增大，當(dāng)增大到F=f時(shí)，a=0，速度減到最小為v/2，再以后一直做勻速運(yùn)動(dòng)。這道題是恒定功率減速的問題，和恒定功率加速的思路是完全相同的。AB例題：質(zhì)量為M的小車A左端固定一根輕彈簧，車靜止在光滑水平面上，一質(zhì)量為m的小物塊B從右端以速度v0沖上小車并壓縮彈簧，然后又被彈回，回到車右端時(shí)剛好與車保持相對(duì)靜止。求這過程彈簧的最大彈性勢(shì)能EP和全過程系統(tǒng)摩擦生熱Q各多少？簡(jiǎn)述BAB解析：全過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，小物塊在車左端和回到車右端兩個(gè)時(shí)刻，系統(tǒng)的速度是相同的，都滿足：mv0=(m+M)v；第二階段初、末系統(tǒng)動(dòng)能相同，說明小物塊從車左端返回車右端過程中彈性勢(shì)能的減小恰好等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加，即彈簧的最大彈性勢(shì)能EP恰好等于返回過程的摩擦生熱，而往、返兩個(gè)過程中摩擦生熱是相同的，所以EP是全過程摩擦生熱Q的一半。又因?yàn)槿^程系統(tǒng)的動(dòng)能損失應(yīng)該等于系統(tǒng)因摩擦而增加的內(nèi)能，所以ΔEK=Q=2EP而SKIPIF1<0，∴SKIPIF1<0至于B相對(duì)于車向右返回過程中小車的速度變化，則應(yīng)該用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)分析：剛開始向右返回時(shí)刻，彈簧對(duì)B的彈力一定大于滑動(dòng)摩擦力，根據(jù)牛頓第三定律，小車受的彈力F也一定大于摩擦力f，小車向左加速運(yùn)動(dòng)；彈力逐漸減小而摩擦力大小不變，所以到某一時(shí)刻彈力和摩擦力大小相等，這時(shí)小車速度最大；以后彈力將小于摩擦力，小車受的合外力向右，開始做減速運(yùn)動(dòng)；B脫離彈簧后，小車在水平方向只受摩擦力，繼續(xù)減速，直到和B具有向左的共同速度，并保持勻速運(yùn)動(dòng)。例題：海岸炮將炮彈水平射出。炮身質(zhì)量（不含炮彈）為M，每顆炮彈質(zhì)量為m。當(dāng)炮身固定時(shí)，炮彈水平射程為s，那么當(dāng)炮身不固定時(shí)，發(fā)射同樣的炮彈，水平射程將是多少？解析：兩次發(fā)射轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的化學(xué)能E是相同的。第一次化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為炮彈的動(dòng)能；第二次化學(xué)能轉(zhuǎn)化為炮彈和炮身的動(dòng)能，而炮彈和炮身水平動(dòng)量守恒，由動(dòng)能和動(dòng)量的關(guān)系式SKIPIF1<0知，在動(dòng)量大小相同的情況下，物體的動(dòng)能和質(zhì)量成反比，炮彈的動(dòng)能SKIPIF1<0，由于平拋的射高相等，兩次射程的比等于拋出時(shí)初速度之比，SKIPIF1<0這是典型的把動(dòng)量和能量結(jié)合起來(lái)應(yīng)用的應(yīng)用題。要熟練掌握一個(gè)物體的動(dòng)能和它的動(dòng)量大小的關(guān)系；要善于從能量守恒的觀點(diǎn)（本題是系統(tǒng)機(jī)械能增量相同）來(lái)分析問題。ABCv2v例題：質(zhì)量為m的長(zhǎng)木板A靜止在光滑水平面上，另兩個(gè)質(zhì)量也是m的鐵塊B、C同時(shí)從A的左右兩端滑上A的上表面，初速度大小分別為v和2v，B、C與A間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ。⑴試分析B、C滑上長(zhǎng)木板A后，A的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何變化？⑵為使BABCv2v解析：B、C都相對(duì)于A滑動(dòng)時(shí)，A所受合力為零，保持靜止。這段時(shí)間為SKIPIF1<0。B剛好相對(duì)于A靜止時(shí)，C的速度為v，A開向左做勻加速運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)量守恒可求出A、B、C最終的共同速度SKIPIF1<0，這段加速經(jīng)歷的時(shí)間為SKIPIF1<0，最終A將以SKIPIF1<0做勻速運(yùn)動(dòng)。全