高考物理知識點：機械能

2016-02-23 11:39:51中國教育在線

　　1.功

　　(1)功的定義：力和作用在力的方向上通過的位移的乘積。是描述力對空間積累效應(yīng)的物理量，是過程量。

　　定義式：W=F·s·cosθ，其中F是力，s是力的作用點位移(對地)，θ是力與位移間的夾角。

　　(2)功的大小的計算方法：

　�、俸懔Φ墓筛鶕�(jù)W=F·S·cosθ進行計算，本公式只適用于恒力做功。②根據(jù)W=P·t，計算一段時間內(nèi)平均做功。③利用動能定理計算力的功，特別是變力所做的功。④根據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度反過來可求功。

　　(3)摩擦力、空氣阻力做功的計算：功的大小等于力和路程的乘積。

　　發(fā)生相對運動的兩物體的這一對相互摩擦力做的總功：W=fd(d是兩物體間的相對路程)，且W=Q(摩擦生熱)

　　2.功率

　　(1)功率的概念：功率是表示力做功快慢的物理量，是標(biāo)量。求功率時一定要分清是求哪個力的功率，還要分清是求平均功率還是瞬時功率。

　　(2)功率的計算①平均功率：P=W/t(定義式)表示時間t內(nèi)的平均功率，不管是恒力做功，還是變力做功，都適用。②瞬時功率：P=F·v·cosα P和v分別表示t時刻的功率和速度，α為兩者間的夾角。

　　(3)額定功率與實際功率：額定功率：發(fā)動機正常工作時的最大功率。實際功率：發(fā)動機實際輸出的功率，它可以小于額定功率，但不能長時間超過額定功率。

　　(4)交通工具的啟動問題通常說的機車的功率或發(fā)動機的功率實際是指其牽引力的功率。

　　①以恒定功率P啟動：機車的運動過程是先作加速度減小的加速運動，后以最大速度vm=P/f作勻速直線運動。

　　②以恒定牽引力F啟動：機車先作勻加速運動，當(dāng)功率增大到額定功率時速度為v1=P/F，而后開始作加速度減小的加速運動，最后以最大速度vm=P/f作勻速直線運動。

　　3.動能：物體由于運動而具有的能量叫做動能。表達(dá)式：Ek=mv2/2

　　(1)動能是描述物體運動狀態(tài)的物理量。

　　(2)動能和動量的區(qū)別和聯(lián)系

　　①動能是標(biāo)量，動量是矢量，動量改變，動能不一定改變;動能改變，動量一定改變。

　�、趦烧叩奈锢硪饬x不同：動能和功相聯(lián)系，動能的變化用功來量度;動量和沖量相聯(lián)系，動量的變化用沖量來量度。③兩者之間的大小關(guān)系為EK=P2/2m

　　★★★★4.動能定理：外力對物體所做的總功等于物體動能的變化。

　　表達(dá)式：

　　(1)動能定理的表達(dá)式是在物體受恒力作用且做直線運動的情況下得出的。但它也適用于變力及物體作曲線運動的情況。(2)功和動能都是標(biāo)量，不能利用矢量法則分解，故動能定理無分量式。

　　(3)應(yīng)用動能定理只考慮初、末狀態(tài)，沒有守恒條件的限制，也不受力的性質(zhì)和物理過程的變化的影響。所以，凡涉及力和位移，而不涉及力的作用時間的動力學(xué)問題，都可以用動能定理分析和解答，而且一般都比用牛頓運動定律和機械能守恒定律簡捷。

　　(4)當(dāng)物體的運動是由幾個物理過程所組成，又不需要研究過程的中間狀態(tài)時，可以把這幾個物理過程看作一個整體進行研究，從而避開每個運動過程的具體細(xì)節(jié)，具有過程簡明、方法巧妙、運算量小等優(yōu)點。

　　5.重力勢能

　　(1)定義：地球上的物體具有跟它的高度有關(guān)的能量，叫做重力勢能。

　�、僦亓菽苁堑厍蚝臀矬w組成的系統(tǒng)共有的，而不是物體單獨具有的。②重力勢能的大小和零勢能面的選取有關(guān)。③重力勢能是標(biāo)量，但有"+"、"-"之分。

　　(2)重力做功的特點：重力做功只決定于初、末位置間的高度差，與物體的運動路徑無關(guān)。WG=mgh。

　　(3)做功跟重力勢能改變的關(guān)系：重力做功等于重力勢能增量的負(fù)值。即：

　　6.彈性勢能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量。

　　★★★7.機械能守恒定律

　　(1)動能和勢能(重力勢能、彈性勢能)統(tǒng)稱為機械能，E=Ek+Ep。

　　(2)機械能守恒定律的內(nèi)容：在只有重力(和彈簧彈力)做功的情形下，物體動能和重力勢能(及彈性勢能)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總量保持不變。

　　(3)機械能守恒定律的表達(dá)式

　　(4)系統(tǒng)機械能守恒的三種表示方式：

　�、傧到y(tǒng)初態(tài)的總機械能E1等于末態(tài)的總機械能E2，即E1=E2

　�、谙到y(tǒng)減少的總重力勢能ΔEP減等于系統(tǒng)增加的總動能ΔEK增，即ΔEP減=ΔEK增

　�、廴粝到y(tǒng)只有A、B兩物體，則A物體減少的機械能等于B物體增加的機械能，即ΔEA減=ΔEB增

　　[注意]解題時究竟選取哪一種表達(dá)形式，應(yīng)根據(jù)題意靈活選取;需注意的是：選用①式時，必須規(guī)定零勢能參考面，而選用②式和③式時，可以不規(guī)定零勢能參考面，但必須分清能量的減少量和增加量。

　　(5)判斷機械能是否守恒的方法

　�、儆米龉砼袛啵悍治鑫矬w或物體受力情況(包括內(nèi)力和外力)，明確各力做功的情況，若對物體或系統(tǒng)只有重力或彈簧彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代數(shù)和為零，則機械能守恒。

　　②用能量轉(zhuǎn)化來判定：若物體系中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機械能守恒。

　�、蹖σ恍├K子突然繃緊，物體間非彈性碰撞等問題，除非題目特別說明，機械能必定不守恒，完全非彈性碰撞過程機械能也不守恒。

　　8.功能關(guān)系

　　(1)當(dāng)只有重力(或彈簧彈力)做功時，物體的機械能守恒。

　　(2)重力對物體做的功等于物體重力勢能的減少：WG=Ep1-Ep2。

　　(3)合外力對物體所做的功等于物體動能的變化：W合=Ek2-Ek1(動能定理)

　　(4)除了重力(或彈簧彈力)之外的力對物體所做的功等于物體機械能的變化：WF=E2-E1

　　9.能量和動量的綜合運用

　　動量與能量的綜合問題，是高中力學(xué)最重要的綜合問題，也是難度較大的問題。分析這類問題時，應(yīng)首先建立清晰的物理圖景，抽象出物理模型，選擇物理規(guī)律，建立方程進行求解。這一部分的主要模型是碰撞。而碰撞過程，一般都遵從動量守恒定律，但機械能不一定守恒，對彈性碰撞就守恒，非彈性碰撞就不守恒，總的能量是守恒的，對于碰撞過程的能量要分析物體間的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換。從而建立碰撞過程的能量關(guān)系方程。根據(jù)動量守恒定律和能量關(guān)系分別建立方程，兩者聯(lián)立進行求解，是這一部分常用的解決物理問題的方法。