機械能要點

2023-01-24 15:12:03 字數 3686 閱讀 1890

一、功1.定義:物體受到力的作用、並在力的方向上發生了一段位移,就說力對物體做了功.

2.做功的兩個必要條件:力和物體在力的方向上發生的位移.

3.公式:w=flcosα,功的單位是焦耳,符號是j.

本式適用於恒力做功,其中α為f、 l方向間夾角,l為物體對地的位移.

4.正功與負功的判斷

(1)當0≤α<,f與l方向的夾角小於90°,f有利於物體運動,f對物體做正功.

(2)當<α≤π,f與l方向的夾角大於90°,f阻礙物體的運動,f對物體做負功.

(3)當α=時,cosα=0,w=0,f與l垂直,f在l方向上對物體不做功.

5、總功的求解

方法一:先求各個力對物體所做的功,再求各個功的代數和.求和時不能丟掉正、負號.

方法二:先求各個力的合力,再求合力的功.

方法三:利用動能定理w合=ek2-ek1=δek

二、功率

1.物理意義:描述力對物體做功快慢.

2.公式

(1)p= (p為時間t內的平均功率).

(2)p=fvcosα(α為f與v的夾角).當v為瞬時速度時,p為對應時刻的瞬時功率

對於機車,當牽引力等於阻力時,即f=ff時,此時勻速運動,速度最大,vm=.

當功率不變時,f與v成反比;當f不變時,p與v成正比;當v不變時,p與f成正比。

三、重力做的功

1.重力對物體做功只跟它的初末位置有關,與物體運動的路徑無關.

2.計算式:wg=mgh,h為初末位置的高度差.(求解時先把初、末位置找出來)

四、重力勢能

1.定義:物體由於被舉高而具有的勢能.

2.表示式:ep=mgh ,h為物體所處位置的高度.(先確定好參考平面)

3.矢標性:重力勢能是標量,但有正負,其意義表示物體的重力勢能比它在參考平面大還是小.

4.重力勢能的特點:

(1)重力勢能是物體和地球所共有的.

(2)重力勢能的大小與參考平面的選取有關,但重力勢能的變化與參考平面的選取無關.

五、重力做功與重力勢能的關係

(1)定性關係:重力對物體做正功,重力勢能就減小;重力對物體做負功,重力勢能就增大.重力做多少正功,重力勢能就減少多少;重力做多少負功,重力勢能就增加多少.

(2)定量關係:重力對物體做的功等於物體重力勢能的減小量.

即wg=-(ep2-ep1)=ep1-ep2=-δep.

重力勢能的變化僅與重力做功有關,與其他力做功多少無關.

六、動能

1.定義:物體由於運動而具有的能.

2.表示式:ek=mv2.

3.單位:焦耳,1 j=1 n·m=1 kg·m2/s2.

4.理解 (1)動能是狀態量,動能公式中的速度v指瞬時速度.

(2)動能是標量,且動能恒為正值.

(3)動能具有相對性.同一物體相對不同的參考係,速度會有不同值,因而動能也有不同值.計算動能時一般選地面為參考係.

5.動能的變化量:末狀態的動能與初狀態的動能之差,即δek=ek2-ek1=mv-mv.

七、動能定理

1.表述:力在乙個過程中對物體做的功,等於物體在這個過程中動能的變化量.

2.表示式:w合=ek2-ek1=δek,式中w合是各個外力對物體做的功的總和,δek是做功過程中始末兩個狀態動能的增量.

3.動能定理的應用

(1)應用動能定理解題應抓好「兩狀態,一過程」。

「兩狀態」即明確研究物件的始、末狀態的速度或動能情況;

「一過程」即明確研究過程,確定這一過程研究物件的受力情況和位置變化或位移資訊。

(2)應用動能定理解題的基本思路

八、機械能

1.定義:物體的動能和勢能(包括重力勢能和彈性勢能)統稱為機械能.

九、機械能守恆定律

1.內容:在只有重力或彈力做功的物體系統內,動能與勢能可以相互轉化,而總的機械能保持不變.

2.守恆條件

(1)物體只受重力作用,比如:自由落體運動、平拋運動.

(2)物體受其它力作用,其它力不做功,只有重力、彈力做功,動能和勢能相互轉化.

(3)物體受其它力作用,其它力做功,但是做功的代數和為零.

只要滿足上述條件之一,其機械能一定守恆.

3.表示式

(1)守恆觀點 :ek1+ep1=ek2+ep2

系統初狀態機械能的總和與末狀態機械能的總和相等

注意:應用時應選好重力勢能的零勢能面

(2)轉化觀點 :δek=-δep

表示系統(或物體)機械能守恆時,系統減少(或增加)的重力勢能等於系統增加(或減少)的動能

應用時關鍵在於分清重力勢能的增加量和減少量,可不選零勢能面而直接計算初末狀態的勢能差

十、功能關係

1.功和能

(1)功是能量轉化的量度,即做了多少功,就有多少能量發生了轉化.

(2)做功的過程一定伴隨有能量的轉化,而且能量的轉化必須通過做功來實現.

2.常用的功能關係

(1)合外力做功等於物體動能的改變量:w合=ek2-ek1=δek.

(2)重力做功等於物體重力勢能的減少量:wg=ep1-ep2=-δep.

(3)彈力做功等於彈性勢能的減少:w彈=ep1-ep2=-δep.

(4)除了重力、彈力之外的其他力所做的總功,等於物體機械能的改變,w其他=e2-e1=δe.

十一、能源與能量耗散

1.能源:能夠提供可利用能量的物質,是人類社會活動的物質基礎.

2.能量耗散:在能量的轉化過程中,一部分能量轉化為內能流散到周圍環境中,我們無法把這些內能收集起來重新利用,這種現象叫做能量的耗散.

3.能量耗散從能量轉化的角度反映出自然界中巨集觀過程的方向性.

十二、實驗:**功與速度變化的關係

1.不用直接測量橡皮筋對小車做的功,而是通過改變橡皮筋條數確定對小車做的功。

2. 平衡摩擦力:把放有打點計時器一端墊高,使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡。方法是不連線橡皮筋,輕推小車,使小車牽引紙帶勻速運動.

3.實驗中每次橡皮筋拉伸的長度都相同,且用相同規格的橡皮筋。這樣每條橡皮筋產生的彈性勢能相同。

4.為**橡皮筋彈力做功與小車速度的關係,需要測量的是彈力做功結束時小車的速度,即小車做勻速運動的速度.根據勻速運動的規律v=來計算小車勻速運動時的速度.

5.畫w與v2,圖象是直線.

十三、實驗:驗證機械能守恆定律

原理:1.在自由落體運動中,若物體下落高度h時的速度為v,則有mgh=mv2.故只需借助打點計時器,通過紙帶測出重物某時刻的下落高度h和該時刻的瞬時速度v,即可驗證機械能守恆定律.

2.確定瞬時速度的方法:如圖所示,測出第n個點相鄰前、後兩段相等時間t內下落的距離xn和xn+1,由公式vn=算出,或由vn=算出.

實驗驗證的是mv2是否等於mgh,即驗證v2是否等於gh,故不必測量重物的質量,只需測出h和v.

器材:鐵架臺(帶鐵夾)、打點計時器、重物(帶紙帶夾)、紙帶(數條)、複寫紙、導線、公釐刻度尺、學生電源.

注意事項:

1.把紙帶的一端用夾子固定在重物上,另一端穿過打點計時器的限位孔,用手豎直提起紙帶使重物停靠在打點計時器附近.(重物選質量大,體積小,紙帶要豎直提起以減少紙帶與限位孔間的摩擦)

2.先接通電源,後釋放紙帶,讓重物帶著紙帶自由下落.

3.選紙帶

(1)用mgh=mv2來驗證時,應選點跡清晰,且1、2兩點間距離小於或接近2 mm的紙帶。

(2)用驗證時,由於重力勢能的相對性,處理紙帶時,應選擇適當的點作為基準點,這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否為2 mm就無關緊要了,所以只要後面的點跡清晰就可選用。

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