【物理】高中物理力学知识汇总(全):功率动能势能机械能守恒定
来源:    发布时间: 2018-10-13 17:39   32 次浏览   大小:  16px  14px  12px
【物理】高中物理力学知识汇总(全):功率动能势能机械能守恒定

  (3)应用动能解题,一般比应用牛顿第二定律解题要简便,故在一般讨论力与位移关系的题目中,优先考虑使用动能。

  第一,选取研究对象,明确它的运动过程。广 东 高 考 在 线 微 信 平 台

  第二,分析研究对象的受力情况和各个力情况:受哪些力?每个力是否?做正功还是做负功?多少?然后求它们的代数和。

  (1)重力势能:EP=mgh,h是物体重心到零势能面的高度差。重力势能是物体与地球共有的,其大小与零势能面的选取有关。重力势能是标量,但有“正”,“负”值,正值表示物体重心在零势能面以上,负值表示物体重心在零势能面以下。

  重力对物体做多少正功,物体的重力势能就减少多少;反之,重力对物体做多少负功,物体的重力势能就会增加多少,即

  (2)弹性势能:物体因发生弹性形变而具有的势能叫弹性势能,为理解和记忆方便,可以给读者给出公式:

  k是弹簧的劲度系数,x是弹簧的形变量,本公式仅适用于弹簧的弹性势能,考试中不要求用此公式计算。

  (1)内容:在只有重力(或系统内弹力)的情形下,物体的重力势能(或弹性势能)和动能发生相互,但总的机械能保持不变。

  例1.汽车发动机的功率为60kW,若其总质量为5t,在水平面上行驶时,所受阻力恒定为5.0×103N。试求:

  (2)若汽车以0.5m/s2的加速度由静止开始做匀加速运动,这一过程能维持多长时间?

  点评:机车起动过程中,发动机的功率指牵引力的功率,发动机的额定功率指的是该机器正常工作时的最大输出功率,实际输出功率可在零和额定值之间取值。

  (1)机车以恒定功率运动:若在平直道上运动过程中所受阻力f不变。运动后的情况是,由于牵引力

  机车以恒定加速度运动时,开始牵引力不变,当其速度增大至一定值v时,其功率达到最大值P,此时有

  以后若再使它们的速度增加,由于机车的功率不变,机车的牵引力减小,从而加速度也减小,直至加速度a=0时,机车速度最大,以后将做匀速直线运动,做匀速直线运动的速度

  由上可见,在功率不变的情况下,机动车的牵引力F与速度v成反比,但若功率可变,即实际功率小于额定功率时,当机动车的牵引力增大时,只要增大实际功率,运动速度也可增大。

  例2.人的心脏每跳一次大约输送8×10-5m3的血液,正血压(可看做心脏压送血液的压强)的平均值约为1.5×104Pa,心跳约每分钟70次,据此估测心脏工作的平均功率约为_________W。解析:设想人的血液是在一圆柱形血管中被输送,血管截面积为S,则作用力F=pS,血液被输送的距离

  点评:与实际相联系的物理题目,情景新颖,条件隐蔽,要求具有较强的分析推理能力,能从试题中提取有用信息,善于还原物理模型,灵活运用所学知识解决问题。

  例3.如图1所示,物体在离斜面底端4m处由静止滑下,若动摩擦因数均为0.5,斜面倾角37,斜面与平面间由一小段圆弧连接,求物体能在水平面上滑行多远。

  解析:物体在斜面上受重力mg、支持力N1、摩擦力f1的作用,沿斜面加速下滑(∵μ=0.5tgθ=0.75),到水平面后,在摩擦力f2作用下做减速运动,直至停止。

  点评:(1)在应用动能解题时,认真分析物理过程,认真分析受力都常必要的,若不先明确物体在各段的受力情况、力的大小和方向及对应位移,不明确功的“+”“-”号的意义,就很容易出错。

  (2)上例中,物体运动的全过程中,加速度是变化的,但初、末状态速度均为零,而力与位移均为已知或待求,显然取全程为研究过程列式比分两个阶段列式要简单。

  例4.如图3所示,总长为L的光滑匀质跨过一个光滑的轻小滑轮,开始时底端相齐,当略有扰动时其一端下落,则刚脱离滑轮的瞬间的速度多大?

  由于在运动过程中只有重力,机械能守恒。设单位长度的质量为ρ,且选初状态下端所在平面为零势能面,则初状态的机械能

  例5.如图4所示,质量都为m的A、B两环用细线相连后分别套在光滑细杆OP和竖直光滑细杆OQ上,线m,将线拉直后使A和B在同一高度上都由静止,当运动到使细线角时,A和B的速度分别为vA和vB,求vA和vB的大小。

  解析:将vA、vB都分解成平行于细线和垂直于细线),由于在运动过程中线的长度不变,A和B在沿线的方向上相对速度为零,即在平行于线的方向上,A和B的分速度相等,利用这一条件可求出A和B的速度vA和vB的大小之比,再由机械能守恒定律列方程可求vA、vB的大小。

  例6.如图6所示,质量为M、内有半径为R的半圆形轨道的槽体放在光滑平面上,左端紧靠一台阶,质量为m的小物体从A点由静止,若槽内光滑,求小物体上升的最大高度。

  解析:小物体m向下运动过程中,槽体静止不动时,只有重力,m的机械能守恒;m过了最低点后,M在m的压力下向右加速运动,此时m一边相对M沿圆弧向上滑,一方面随M一起向右加速运动,m与M组成的系统只有重力和内部弹力,机械能守恒,当m滑到最高点时,m相对于M速度为零,m和M具有共同的向右的速度。

  点评:对于相互作用的物体组成的物体系,往往需要将动量守恒定律和机械能守恒定律结合起来使用,需注意分析哪个过程符合上述规律,这也是力学综合题目最常见的类型。

  另外,当m在M上滑到最高点时,二者相对静止瞬间,速度相等,是一个重要的临界条件。