高一下冊(cè)物理機(jī)械能守恒定律知識(shí)點(diǎn)歸納
高一下冊(cè)物理機(jī)械能守恒定律知識(shí)點(diǎn)歸納
機(jī)械能守恒定律是解答物理問(wèn)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(gè)狀態(tài)而不涉及物理過(guò)程,簡(jiǎn)化了力學(xué)問(wèn)題的求解。下面是學(xué)習(xí)啦小編給大家?guī)?lái)的高一下冊(cè)物理機(jī)械能守恒定律知識(shí)點(diǎn)歸納，希望對(duì)你有幫助。
高一下冊(cè)物理機(jī)械能守恒定律知識(shí)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(duì)物體做了功.
2.做功的兩個(gè)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(duì)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(dòng)力對(duì)物體做功還是阻力對(duì)物體做功,或者說(shuō)功的正、負(fù)表示是力對(duì)物體做了功,還是物體克服這個(gè)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(shì)能減小,重力做負(fù)功,重力勢(shì)能增加,合外力做正功,物體動(dòng)能增加,合外力做負(fù)功,物體動(dòng)能減小.
5.功的計(jì)算
(1)恒力的功,直接利用W=Fscosα來(lái)計(jì)算,變力的功可用動(dòng)能定理或功能關(guān)系計(jì)算.
(2)合外力的功:等于各個(gè)力對(duì)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(guò)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(wèn)題
?、賅=F·scosα是用來(lái)計(jì)算恒力的功，若是變力，求變力的功只有通過(guò)將變力轉(zhuǎn)化為恒力，再用W=Fscosα計(jì)算.
?、谟袃深惒煌牧Γ阂活愂桥c勢(shì)能相關(guān)聯(lián)的力，比如重力、彈簧的彈力以及電場(chǎng)力等，它們的功與路徑無(wú)關(guān)，只與位移有關(guān)或者說(shuō)只與始末點(diǎn)的位置有關(guān);另一類是滑動(dòng)摩擦力、空氣阻力等，在曲線運(yùn)動(dòng)或往返運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shì)能的變化求對(duì)應(yīng)的力做的功，根據(jù)動(dòng)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(duì)位移的平均力來(lái)計(jì)算，當(dāng)變力F是位移s的線性函數(shù)時(shí)，平均力 .
⑥作出變力F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)
①作用力和反作用力的做功
作用力與反作用力同時(shí)存在，作用力做功時(shí)，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.
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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(guò)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(méi)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(duì)靜摩擦力所做功的代數(shù)和總為零。
B.滑動(dòng)摩擦力做功的特點(diǎn)
(1)滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體做正功，也可以對(duì)物體做負(fù)功，當(dāng)然也可以不做功。
(2)一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的過(guò)程中，能量的轉(zhuǎn)化有兩個(gè)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(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積。
(3)滑動(dòng)摩擦力、空氣摩擦阻力等，在曲線運(yùn)動(dòng)或往返運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)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(shuō)明:①定義式求出的為平均功率,若功率一直不變,則為瞬時(shí)功率.
②導(dǎo)出式中若v為平均速度,則P為平均功率;若v為瞬時(shí)速度,則P為瞬時(shí)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(dòng)機(jī)名牌上的額定功率,指的是該機(jī)正常工作時(shí)的最大輸出功率.實(shí)際功率是機(jī)器工作時(shí)實(shí)際的輸出功率。并不是任何時(shí)刻發(fā)動(dòng)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(dòng)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(shí),F與v成反比;在F一定時(shí),P與v成正比.
6.機(jī)車的啟動(dòng)問(wèn)題
(1)在額定功率下啟動(dòng):
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(dòng),直到F=f,a=0,這時(shí)v達(dá)到最大值 .可見(jiàn)恒定功率的加速一定不是勻加速.這種加速過(guò)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).其速度圖象如圖所示.
(2)以恒定加速度a啟動(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,此時(shí)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(dòng)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(shí),a=0,這時(shí)速度達(dá)到最大值 .可見(jiàn)恒定牽引力的加速時(shí)功率一定不恒定.這種加速過(guò)程發(fā)動(dòng)
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(shì)能
1.重力做功的特點(diǎn)
重力做功與路徑無(wú)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(shì)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(shì)能.重力勢(shì)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(shì)能的大小和零勢(shì)能面的選取有關(guān),h是物體的重心到參考面(零重力勢(shì)能面)的高度.若物體在參考面以上,則重力勢(shì)能取正值;若物體在參考面以下,則重力勢(shì)能取負(fù)值.通常選取地面作為零勢(shì)能面.重力勢(shì)能是標(biāo)量,但有正負(fù).
3.重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系
重力對(duì)物體做多少正功,物體的重力勢(shì)能就減小多少;重力對(duì)物體做多少負(fù)功,物體的重力勢(shì)能就增加多少.重力對(duì)物體所做的功等于物體重力勢(shì)能的變化量,即:
WG=-(EP2-EP1)=EP1-EP2,或WG=-△EP.
重力勢(shì)能的變化量與零重力勢(shì)能面的選取無(wú)關(guān).
4.彈性勢(shì)能
物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫彈性勢(shì)能.彈簧彈性勢(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.Ep=1/2( kx2)
(二)動(dòng)能
1、動(dòng)能
(1)定義:物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能.
(2)計(jì)算公式: .國(guó)際單位:焦耳(J).
(3)①動(dòng)能只有大小,沒(méi)有方向,是個(gè)標(biāo)量.計(jì)算公式中v是物體具有的速率.動(dòng)能恒為正值.
②動(dòng)能是狀態(tài)量,動(dòng)能的變化(增量)是過(guò)程量.
?、蹌?dòng)能具有相對(duì)性,其值與參考系的選取有關(guān).一般取地面為參考系.
二、動(dòng)能定理
1.內(nèi)容:外力對(duì)物體做的總功等于物體動(dòng)能的變化.即:合外力做的功等于物體動(dòng)能的變化.
2.表達(dá)式:W總=Ek2-Ek1 或W合=ΔEK
3.對(duì)動(dòng)能定理的理解:
(1)W總是所有外力對(duì)物體做的總功,等于所有外力對(duì)物體做功的代數(shù)和,即:W合=W1+ W2+ W3+…….特別是在全過(guò)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.
(2)因動(dòng)能定理中功和能均與參考系的選取有關(guān),所以動(dòng)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(dòng)能定理適用單個(gè)物體，對(duì)于物體系統(tǒng)尤其是具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體系統(tǒng)不能盲目的應(yīng)用動(dòng)能定理.由于此時(shí)內(nèi)力的功也可引起物體動(dòng)能向其他形式能(比如內(nèi)能)的轉(zhuǎn)化.在動(dòng)能定理中.總功指各外力對(duì)物體做功的代數(shù)和.這里我們所說(shuō)的外力包括重力、彈力、摩擦力、電場(chǎng)力等.
(4)不論做什么運(yùn)動(dòng)形式,受力如何,動(dòng)能定理總是適用的.
(5)做功的過(guò)程是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程,動(dòng)能定理中的等號(hào)“=”的意義是一種因果聯(lián)系的數(shù)值上相等的符號(hào), 它并不意謂著“功就是動(dòng)能的增量”,也不意謂著“功轉(zhuǎn)變成動(dòng)能”,而意謂著“合外力的功是物體動(dòng)能變化的原因,合外力對(duì)物體做多少功物體的動(dòng)能就變化多少”.
(6)W總>0時(shí),Ek2>Ek1,物體的動(dòng)能增加;W總<0時(shí),Ek2
4.由牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推出動(dòng)能定理
設(shè)物體的質(zhì)量為m，在恒力F作用下，通過(guò)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(dòng)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(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能,即E=Ek+Ep.其中勢(shì)能包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)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(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.如果還有彈力做功,則發(fā)生動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)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(shí),需要規(guī)定重力勢(shì)能的參考平面.用⑵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(méi)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(méi)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(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(shuō)“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.另外物體動(dòng)能中的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(méi)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(guò)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(duì)象(物體或系統(tǒng)).
(2)明確研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，分析對(duì)象在過(guò)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(shì)面，確定研究對(duì)象在過(guò)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(guò)程中，動(dòng)能、勢(shì)能在過(guò)程中的增減量或各部分機(jī)械能在過(guò)程中的增減量來(lái)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(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)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(gè)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(gè)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(dòng)力學(xué)問(wèn)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(gè)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(dòng)過(guò)程，從而在頭腦中建立起一幅物體運(yùn)動(dòng)的正確圖景;
(2)研究物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有多少種形式的能(如動(dòng)能、勢(shì)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(lái)表示，然后列出恒等式
ΔE減=ΔE增。
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