高一下冊物理機械能守恒定律知識點歸納
高一下冊物理機械能守恒定律知識點歸納
機械能守恒定律是解答物理問題的重要規(guī)律,運用機械能守恒定律解題只涉及物體的始末兩個狀態(tài)而不涉及物理過程,簡化了力學問題的求解。下面是學習啦小編給大家?guī)淼母咭幌聝晕锢頇C械能守恒定律知識點歸納，希望對你有幫助。
高一下冊物理機械能守恒定律知識點
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,就叫做力對物體做了功.
2.做功的兩個不可缺少的因素:力和物體在力的方向上發(fā)生的位移.
3.恒力對物體做功大小的計算式為: W =Fscosα,單位:J.
其中F應是恒力,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,但功是標量.
(1)功的正、負的判斷:若00≤α<900,則F做正功; 若α=900,則F不做功;若900<α≤1800,則F做負功.
(2)功的正負的意義:功是標量,所以功的正、負不表示方向.功的正、負也不表示大小。功的正、負表示是動力對物體做功還是阻力對物體做功,或者說功的正、負表示是力對物體做了功,還是物體克服這個力做了功.功的正、負還表示能量轉化的方向,如:重力做正功,重力勢能減小,重力做負功,重力勢能增加,合外力做正功,物體動能增加,合外力做負功,物體動能減小.
5.功的計算
(1)恒力的功,直接利用W=Fscosα來計算,變力的功可用動能定理或功能關系計算.
(2)合外力的功:等于各個力對物體做功的代數(shù)和,即:W合=W1+ W2+ W3+……也可先求合力，再利用W=F合scosα求解。
6.功是能量轉化的量度.做功過程一定伴隨能量的轉化,并且做多少功就有多少能量發(fā)生轉化.
7.變力做功問題
?、賅=F·scosα是用來計算恒力的功，若是變力，求變力的功只有通過將變力轉化為恒力，再用W=Fscosα計算.
?、谟袃深惒煌牧Γ阂活愂桥c勢能相關聯(lián)的力，比如重力、彈簧的彈力以及電場力等，它們的功與路徑無關，只與位移有關或者說只與始末點的位置有關;另一類是滑動摩擦力、空氣阻力等，在曲線運動或往返運動時，這類力(大小不變)的功等于力和路程(不是位移)的積.
?、鄹鶕?jù)功和能關系求變力的功.如根據(jù)勢能的變化求對應的力做的功，根據(jù)動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.
?、萸蟪鲎兞對位移的平均力來計算，當變力F是位移s的線性函數(shù)時，平均力 .
?、拮鞒鲎兞隨位移變化的圖象，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
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作用力與反作用力同時存在，作用力做功時，反作用力可能做功，也可能不做功，可能做正功，也可能做負功，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.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
(1)靜摩擦力可以做正功，也可以做負功，還可以不做功。
(2)在靜摩擦力做功的過程中，只有機械能的相互轉移(靜摩擦力起著傳遞機械能的作用)，而沒有機械能轉化為其他形式的能.
(3)相互摩擦的系統(tǒng)內，一對靜摩擦力所做功的代數(shù)和總為零。
B.滑動摩擦力做功的特點
(1)滑動摩擦力可以對物體做正功，也可以對物體做負功，當然也可以不做功。
(2)一對滑動摩擦力做功的過程中，能量的轉化有兩個方面：一是相互摩擦的物體之間機械能的轉移;二是機械能轉化為內能。轉化為內能的量值等于滑動摩擦力與相對位移的乘積。
(3)滑動摩擦力、空氣摩擦阻力等，在曲線運動或往返運動時等于力和路程(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: ,導出公式 ,其中α是F與v的夾角.
說明:①定義式求出的為平均功率,若功率一直不變,則為瞬時功率.
?、趯С鍪街腥魐為平均速度,則P為平均功率;若v為瞬時速度,則P為瞬時功率,式中α為力F與物體速度v之間的夾角.
3.功率是標量.
4.功率的單位有W、kW、馬力.其換算關系為:1kW=1000W,1馬力=735W.
5.發(fā)動機名牌上的額定功率,指的是該機正常工作時的最大輸出功率.實際功率是機器工作時實際的輸出功率。并不是任何時刻發(fā)動機的實際功率都等于額定功率,實際功率可在零和額定功率之間取值.
發(fā)動機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,F與v成反比;在F一定時,P與v成正比.
6.機車的啟動問題
(1)在額定功率下啟動:
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動,直到F=f,a=0,這時v達到最大值 .可見恒定功率的加速一定不是勻加速.這種加速過程發(fā)動機做的功只能用W=Pt計算，不能用W=Fs計算(因為F為變力).其速度圖象如圖所示.
(2)以恒定加速度a啟動:
由公式P=Fv和F-f=ma知,由于F恒定,所以a恒定,汽車做勻加速運動,而隨著v的增大，P也將不斷增大,直到P達到額定功率Pm,功率不能再增大了.這時勻加速運動結束,此時速度為 ,此后汽車要想繼續(xù)加速就只能做恒定功率的變加速運動了,由于機車的功率不變,速度增大,牽引力減小,從而加速度也減小,直到F=f時,a=0,這時速度達到最大值 .可見恒定牽引力的加速時功率一定不恒定.這種加速過程發(fā)動
機做的功只能用W=F?s計算，不能用W=P?t計算(因為P為變功率).
三、機械能
(一)勢能
1.重力做功的特點
重力做功與路徑無關,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的能,叫重力勢能.重力勢能是地球和物體組成的系統(tǒng)共有的,而不是物體單獨具有的.
Ep=mgh,重力勢能的大小和零勢能面的選取有關,h是物體的重心到參考面(零重力勢能面)的高度.若物體在參考面以上,則重力勢能取正值;若物體在參考面以下,則重力勢能取負值.通常選取地面作為零勢能面.重力勢能是標量,但有正負.
3.重力做功與重力勢能變化的關系
重力對物體做多少正功,物體的重力勢能就減小多少;重力對物體做多少負功,物體的重力勢能就增加多少.重力對物體所做的功等于物體重力勢能的變化量,即:
WG=-(EP2-EP1)=EP1-EP2,或WG=-△EP.
重力勢能的變化量與零重力勢能面的選取無關.
4.彈性勢能
物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量叫彈性勢能.彈簧彈性勢能的大小與形變量及勁度系數(shù)有關,彈簧的形變量越大、勁度系數(shù)越大,彈簧的彈性勢能越大.Ep=1/2( kx2)
(二)動能
1、動能
(1)定義:物體由于運動而具有的能量叫做動能.
(2)計算公式: .國際單位:焦耳(J).
(3)①動能只有大小,沒有方向,是個標量.計算公式中v是物體具有的速率.動能恒為正值.
②動能是狀態(tài)量,動能的變化(增量)是過程量.
?、蹌幽芫哂邢鄬π?其值與參考系的選取有關.一般取地面為參考系.
二、動能定理
1.內容:外力對物體做的總功等于物體動能的變化.即:合外力做的功等于物體動能的變化.
2.表達式:W總=Ek2-Ek1 或W合=ΔEK
3.對動能定理的理解:
(1)W總是所有外力對物體做的總功,等于所有外力對物體做功的代數(shù)和,即:W合=W1+ W2+ W3+…….特別是在全過程的各個階段受力有變化的情況下，只要把各個力在各個階段所做的功都按照代數(shù)和加起來，就可以得到總功.
(2)因動能定理中功和能均與參考系的選取有關,所以動能定理也與參考系的選取有關,一般以地球為參考系.
(3)動能定理適用單個物體，對于物體系統(tǒng)尤其是具有相對運動的物體系統(tǒng)不能盲目的應用動能定理.由于此時內力的功也可引起物體動能向其他形式能(比如內能)的轉化.在動能定理中.總功指各外力對物體做功的代數(shù)和.這里我們所說的外力包括重力、彈力、摩擦力、電場力等.
(4)不論做什么運動形式,受力如何,動能定理總是適用的.
(5)做功的過程是能量轉化的過程,動能定理中的等號“=”的意義是一種因果聯(lián)系的數(shù)值上相等的符號, 它并不意謂著“功就是動能的增量”,也不意謂著“功轉變成動能”,而意謂著“合外力的功是物體動能變化的原因,合外力對物體做多少功物體的動能就變化多少”.
(6)W總>0時,Ek2>Ek1,物體的動能增加;W總<0時,Ek2
4.由牛頓第二定律與運動學公式推出動能定理
設物體的質量為m，在恒力F作用下，通過位移為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)運動學公式2as=vt2一v02……②
由①②得：FS=?mvt2-?mv02
四、機械能守恒定律
1.機械能:物體的動能和勢能統(tǒng)稱為機械能,即E=Ek+Ep.其中勢能包括重力勢能和彈性勢能.
2. 機械能守恒定律:在只有重力做功的情形下,物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉化,但機械能的總量保持不變.如果還有彈力做功,則發(fā)生動能、重力勢能和彈性勢能的相互轉化,但機械能的總量仍保持不變.
3.表達式:
(1) ;(2)
用⑴時,需要規(guī)定重力勢能的參考平面.用⑵時則不必規(guī)定重力勢能的參考平面，因為重力勢能的改變量與參考平面的選取沒有關系.
4.機械能守恒的條件: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.對機械能守恒定律的理解
(1)機械能守恒定律的研究對象一定是系統(tǒng)，至少包括地球在內.通常我們說“小球的機械能守恒”其實一定也就包括地球在內,因為重力勢能就是小球和地球所共有的.另外物體動能中的v,也是相對于地面的速度.
(2)當研究對象(除地球以外)只有一個物體時,往往根據(jù)是否“只有重力做功”來判定機械能是否守恒;當研究對象(除地球以外)由多個物體組成時,往往根據(jù)是否“沒有摩擦和介質阻力”來判定機械能是否守恒.
(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,就可以認為是“只有重力做功”.
6.應用機械能守恒定律解題的基本步驟
(1)根據(jù)題意選取研究對象(物體或系統(tǒng)).
(2)明確研究對象的運動過程，分析對象在過程中的受力情況，弄清各力做功的情況，判斷機械能是否守恒.
(3)恰當?shù)剡x取零勢面，確定研究對象在過程中的始態(tài)和末態(tài)的機械能.
(4)根據(jù)機械能守恒定律的不同表達式列式方程，若選用了增(減)量表達式，(3)就應成為確定過程中，動能、勢能在過程中的增減量或各部分機械能在過程中的增減量來列方程進行求解.
五、能量的轉化和守恒定律
(一)、內容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或從一個物體轉移到另一個物體。在轉化或轉移的過程中其總量不變，這就是能的轉化和守恒定律。能量守恒定律可從下面兩個角度理解：
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)、應用能量守恒定律解決動力學問題
1、能量守恒應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、應用能量守恒定律解題的步驟是：
(1)分析物體的運動過程，從而在頭腦中建立起一幅物體運動的正確圖景;
(2)研究物體在運動過程中有多少種形式的能(如動能、勢能、內能、電能等)在轉化，關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的力做的功來表示，然后列出恒等式
ΔE減=ΔE增。
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