第七章機械能守恒定律-展示頁
2025-06-25 18:46本頁面
【正文】 以用W＝Flcosa計算功．所以求變力做功的方法是：把物體通過各個小段所做的功加在一起，就等于變力在整個過程中所做的功．例如：物體在水平地面上沿曲線滑動，滑動摩擦力的大小不變，利用上述方法可求克服摩擦力所做的功W＝－fs，其中s為物體運動的路程．圖7－23．平均功率與瞬時功率的計算平均功率： 瞬時功率：P＝Fvtcosq例3 ，從100m高處自由下落，在下落前3s內(nèi)重力對物體做功______J，前3s內(nèi)重力的平均功率是______W，第3s末重力對物體做功的瞬時功率是______W．例4 質(zhì)量為m的物體，沿傾角為a的光滑斜面，由靜止開始下滑．當(dāng)物體下滑了距離s時，重力做功的瞬時功率為______．4．汽車的兩種起動方式(1)以恒定的功率起動起動過程：P恒定、v增大F減小a減小當(dāng)F減小到等于f時：Fmin＝f→a＝0，速度不再變化，達到最大值之后汽車以nm勻速運動．(2)以恒定的牽引力起動(設(shè)額定功率為P額)起動過程：F恒定、v增大P實增大→P實增大到與額定功率P額相等之后汽車在恒定的P額下繼續(xù)加速，牽引力F不再保持恒定：F恒定、v增大F減小a減小當(dāng)F減小到等于f時：Fmin＝f→a＝0，速度不再變化，達到最大值，之后汽車以nm勻速運動．例5 汽車發(fā)動機的額定功率為60kW，汽車的質(zhì)量為5t，汽車在水平路面上行駛時，g＝10m/s2．求：(1)若汽車保持額定功率從靜止起動后能達到的最大速度是多少？(2)若汽車從靜止開始，這一過程通過的位移是多大？用了多長時間？5．動能定理(1)在中學(xué)階段，動能定理中的研究對象為可當(dāng)做質(zhì)點的單個物體．它不僅適用于物體在恒力作用下的運動，也適用于物體在變力作用下的運動；不僅適用于直線運動，也適用于曲線運動．(2)公式中動能的變化DEk是對一個過程中物體末態(tài)動能Ek初態(tài)動能Ek1相比較而言的，所以一定是DEk＝Ek2－Ek1．DEk若為正值，則表示動能增大，DEk若為負(fù)值，則表示動能減?。?3)W總是指在研究的過程中，物體所受到的各個力做功的代數(shù)和，也可以理解為合力對物體所做的功．(4)在使用動能定理解題時，位移和速度要選擇統(tǒng)一的參考系．一般在中學(xué)物理中我們規(guī)定，都以地面為參考系．(5)使用動能定理解題時的一般步驟：(a)明確研究對象．(b)明確研究的運動過程，確定物體的初態(tài)動能Ek1和末態(tài)動能Ek2．(c)分析物體的受力情況，判斷各力是否做功，是做正功還是做負(fù)功，進一步求W總．(d)根據(jù)動能定理列方程求解．例6 質(zhì)量為m的物體從距地面高H處自由下落(不計空氣阻力)，落至地面后，陷入沙坑的深度為h．求物體在沙坑中所受到的阻力(設(shè)該過程中阻力大小不變)．(請你分別用三種方法求解)方法一：用牛頓定律和運動學(xué)公式求解方法二：分過程用動能定理求解方法三：全過程用動能定理求解(6)可以利用動能定理求解某個力所做的功例7 一輛汽車，質(zhì)量為m，它沿平直公路以恒定功率P0由靜止開始運動．經(jīng)過時間t，汽車達到最大速度vmax，則此過程中阻力所做的功為______．若此過程汽車的位移為s，則汽車所受阻力的大小為______(設(shè)汽車所受阻力恒定)．例8 如圖7－3所示，一個質(zhì)量為m的小球，用長為l的輕繩在水平拉力F的作用下，從最低點A緩慢地移到B點，此時輕繩與豎直方向的夾角為q．則在這個過程中力F所做的功為多少？圖7－36．機械能守恒定律(1)機械能包括：動能、重力勢能和彈性勢能．重力勢能屬于物體和地球組成的重力系統(tǒng)，彈性勢能屬于彈簧的彈力系統(tǒng)，所以，機械能守恒定律的適用對象是系統(tǒng)．(2)機械能守恒的條件：在系統(tǒng)內(nèi)，只有重力和彈力做功，其他內(nèi)力和外力都不做功．(3)使用機械能守恒定律解題的基本步驟：(a)明確研究對象．(b)分析研究對象的受力及其做功的情況，判斷是否滿足機械能守恒的條件．(c)確定研究過程，選擇合適的零勢能參考平面，分析物體在初、末狀態(tài)時的動能和勢能的情況．(d)根據(jù)機械能守恒定律，列方程求解．例9 一個物體從光滑斜面頂端由靜止開始下滑，斜面的高為1m，長為2m，不計空氣阻力，物體滑到斜面底端時的速度是多大？(分別用三種方法求解)方法一：用牛頓定律和運動學(xué)公式求解．方法二：用動能定理求解．方法三：用機械能守恒定律求解．7．功能關(guān)系：功是能量轉(zhuǎn)化的量度(1)合力的功是物體動能變化的量度：W總＝DEk(2)重力的功是重力勢能變化的量度：WG＝－DEp(3)彈簧彈力的功是彈性勢能變化的量度：W彈＝－DEp彈(4)除重力和彈簧彈力以外的其他力的功是機械能變化的量度：W其他力＝DE例10 一臺起重機沿豎直方向以加速度a吊起一質(zhì)量為M的重物．在上升h高度的過程中( )A．物體的重力勢能增加了MghB．物體的動能增加了MahC．物體的動能增加了M(g＋a)hD．物體的機械能增加了M(g＋a)hⅢ 探究實踐做一做1．估算自己上樓的功率，與其他同學(xué)比一比，看看誰的功率大．想一想需要測量哪些物理量，才能計算出上樓的功率．2．估測自行車受到的阻力騎自行車時，如果停止蹬腳蹬(設(shè)此時的速度為v0)，由于受到阻力f的作用，自行車前進一段距離s后就會停下來．根據(jù)動能定理有，可得實驗中需測出人停止蹬腳蹬后自行車前進的距離s，自行車和人的總質(zhì)量m，以及v0．初速度v0可通過以下三種方法測得：(1)在停止用力前，盡可能使自行車做勻速直線運動，通過測量時間和距離，計算出平均速度，以它為初速度v0.(2)測出自行車從停止用力到靜止時前進的距離和時間，再根據(jù)勻減速運動的規(guī)律，求出初速度v0(3)停止用力時，從車上自由釋放一個小石塊，測出釋放的高度和石塊在水平方向通過的距離，即可求得初速度v0．聯(lián)系生活、科技與社會1．觀察汽車中的變速桿，咨詢駕駛員，了解在什么情況下用低速擋，在什么情況下用高速擋，并從功率的角度分析一下．2．調(diào)查自己周圍的各種機械、電器，看看它們的功率與它們的體積和耗油量(耗電量)有什么關(guān)系？想一想，它們在工作時，能量轉(zhuǎn)化的情況是怎樣的？3．結(jié)合圖7－4，試說明汽油燃燒時釋放的化學(xué)能，能通過哪些途徑轉(zhuǎn)化成周圍環(huán)境的內(nèi)能．圖7－44．查找相關(guān)資料，了解什么是常規(guī)能源，常規(guī)能源的儲量與人類需求的矛盾，了解常規(guī)能源的使用與環(huán)境污染的關(guān)系．了解哪些能源是清潔能源，哪些能源是可再生能源．想一想1．在初中物理課中，我們學(xué)過杠桿、輪軸、斜面、滑輪和滑輪組等簡單機械的工作原理．我們發(fā)現(xiàn)，使用這些機械時，有的可以省力，有的可以改變力的方向，有的可以省距離，但就是不能省功．試思考這種情況和機械能守恒有何內(nèi)在的聯(lián)系．2．科學(xué)概念的力量在于它具有解釋和概括一大類自然現(xiàn)象的能力．可否盡可能多地歷數(shù)能量在這方面的表現(xiàn)？試舉出盡可能多的事例，說明不同形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化．3．歷史上有不少人希望設(shè)計一種機器，這種機器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功．這種機器被稱為永動機．歷史上，人們提出了很多種永動機的設(shè)計方案，經(jīng)過多次嘗試，做了各種努力，但永動機無一例外的歸于失?。胍幌?，這是為什么？下面是兩種永動機的設(shè)計方案，分析一下．設(shè)計方案一：如圖7－5所示，有人設(shè)計了這樣一臺“永動機”：距地面一定高度架設(shè)一個水槽，水從槽底的管中留出，沖擊一個水輪機，水輪機的軸上安裝一個抽水機和一個砂輪．方案的設(shè)計者指望抽水機把地面水槽里的水抽上去，這樣循環(huán)不已，機器不停地轉(zhuǎn)動，就可以永久地用砂輪磨制工件做功了．請你分析一下，高處水槽中水的勢能共轉(zhuǎn)變成哪幾種形式的能，說明這個機器是否能夠永遠運動下去．圖7－5設(shè)計方案二：如圖7－6所示，輪子中央有一個轉(zhuǎn)動軸，輪子的邊緣安裝著12個可以活動的短桿，每個短桿的一端裝有一個鐵球．方案的設(shè)計者認(rèn)為，右邊的球比左邊的球離軸遠些，因此右邊產(chǎn)生的力矩比左邊的大．這樣輪子就會永無休止地沿著箭頭所指的方向
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