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高中物理必修2第7章 机械能守恒定律运动知识点总结

7-1  能量 & 功 & 功率

一、能量的转化和守恒

1.能量的物理意义:一个物体如果具备了对外做功的本领,我们就说这个物体具有能量。能量是状态量,是标量,与物体的某一状态相对应。能量的表现形式多种多样,如动能、势能等。

2.能量守恒与转化定律:能量只能从一种形式转化成另一种形式,或从一个物体转移到另一个物体,但能的总量保持不变,这就是能量守恒和转化定律。

3.寻找守恒量的方法:寻找守恒量必须讲究科学的方法:如观察此消彼长的物理量、研究其相互的关系、科学构思巧妙实验、精确地论证、推理和计算等。

二、功

1.概念:如果一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,这个力就对物体做了功。

2.公式:W=Flcosθ[F为该力的大小,l为力发生的位移,θ为位移l与力F之间的夹角]。

注:功仅与F、S、θ有关,与物体所受的其它外力、速度、加速度无关。

3.单位:焦耳,简称“焦”,符号J。

4.标量但它有正功、负功。功的正负表示能量传递的方向,或表示动力做功还是阻力做功,即表示做过的效果

5.物理意义:功是能量转化的量度。功是一个过程所对应的量,因此功是过程量。

6.合力的功:①总功等于各个力对物体做功的代数和:

            ②总功等于合外力所做的功:W=Flcosθ

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7-2  重力做功 & 重力势能 & 弹性势能

一、重力做功

1.特点:重力做的功由重力大小和重力方向上发生的位移(数值方向上的高度差)决定。

2.公式:WG=mg·Δh。

3.注意:重力做功与物体的运动路径无关,只决定于运动初始位置的高度差。

二、重力势能

1.定义:物体由于位于高处而具有的能量。

2.表达式:Ep=mgh[h为物体重心到参考平面的竖直高度],单位J。

3.影响因素:物体的质量m和所在的高度h。

4.标量:正负不表示方向。

重力势能为正,表示物体在参考面的上方;重力势能为负,表示物体在参考面的下方;重力势能为零,表示物体在参考面的上

5.重力势能的变化:ΔEp=Ep2-Ep1,即末状态与初状态的重力势能的差值。

6.对Ep=mgh的理解

①其中h为物体重心的高度。

②重力势能具有相对性,是相对于选取的参考平面而言的。选择不同的参考平面,确定出的物体高度不一样,重力势能也不同。

③重力势能可正可负,在参考平面上方重力势能为正值,在参考平面下方重力势能为负值。重力势能是标量,其正负表示比参考平面高或低。

注:a、在计算重力势能时,应该明确选取参考平面。

b、选择哪个水平面作为参考平面,可视研究问题的方便而定,通常选择地面作为参考平面。

7.系统性:重力势能属于地球和物体所组成的系统,通常说物体具有多少重力势能,只是一种简略的说法。

8.重力做功与重力势能变化的关系:重力势能变化的过程也就是重力做功的过程,重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加,即满足WG=-ΔEp=Ep1-Ep2

三、弹性势能

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7-3  动能 & 动能定理

 

一、动能

1.概念:物体由于运动而具有的能量,称为动能。

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3.意义动能定理指出了外力对物体所做的总功与物体动能变化之间的关系。即外力对物体所做的总功,对应于物体动能的变化,变化的大小由做功的多少来量度。

4.适用情况①适用于受恒力作用的直线运动,也适用于变力作用的曲线运动;

            ②不涉及加速度和时间的问题中,首选动能定律;

            ③求解多个过程的问题;

            ④变力做功。

5.解题步骤①明确研究对象,找出研究对象初末运动状态(对应的速度)及其对应的过程;

            ②对研究对象进行受力分析;

            ③弄清外力做功的大小和正负,计算时将正负号代入;

            ④当研究对象运动由几个物理过程所组成,则可以采用整体法进行研究。

7-4  机械能守恒定律 & 能量守恒定律

一、机械能守恒定律

1.内容在只有重力或弹簧弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。

2.条件只有重力或弹簧弹力做功。

3.用法:

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4.解题步骤:①确定研究对象,分析研究对象的物理过程;

            ②进行受力分析;

            ③分析各力做功的情况,明确守恒条件;

            ④选择零势能面,确定初末状态的机械能(必须用同一零势能计算势能);

            ⑤根据机械能守恒定律列方程。

5.判断机械能守恒的方法

①从做功角度判断:分析物体或物体系的受力情况,明确各力做功的情况,若只有重力或弹簧弹力对物体或物体系做功,则物体或物体系机械能守恒;

②从能量转化的角度来判断:若物体系中只有动能和势能的相互转化,而无机械能与其他形式的能的转化,则物体系的机械能守恒。

二、能量守恒定律

1.内容能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。

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7-5  综合:各种力做功的计算 & 功能关系

一、各种力做功的计算问题

1.恒力做功:

(1)运用公式W=Flcosθ使用此式时需找对真正做功的力F和它发生的位移lcosθ

注意:用此式计算只能计算恒力做功。

(2)多个恒力的做功求解:

①用平行四边形定则求出合外力,再根据W=Flcosθ计算功。注意θ应是合外力与位移l间的夹角。

②分别求出各个外力做的功:W1=F1lcosθ1,W2=F2lcosθ2…再求出各个外力做功的代数和

W=W1+W2+…

2.变力做功(物理八种常见的分析方法):

(1)等值法:若某一变力做的功和某一恒力做的功相等,则可以通过计算该恒力做的功,求出该变力做的功。恒力做功用计算。

(2)功率法:若功率恒定,可根据W=Pt求变力做的功。

(3)动能定理法:根据W=ΔEK计算。

(4)功能分析法:某种功与某种能对应,可根据相应能的变化求对应的力做的功。

(5)平均力法:如果力的方向不变,力的大小随位移按线性规律变化,可用算术平均值(恒力)

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  1. 极限法(极端法):将所求的物理量推向极大或极小推断出现的情况,此方法适用于选择题中。

  2. 微元法:将一个过程分解成无数段极小的过程,即整个过程是由小过程组合而成,先分析小过程,从而引向总过程讨论分析,从而得出结论。

    3.摩擦力做功:

    (1)做功特点:

    ①摩擦力既可以对物体做正功,也可以对物体做负功。

    ②在相互存在的静摩擦力的系统中,一对静摩擦力中,一个做正功,另一个做负功,且功的代数和为0。

    ③静摩擦力对物体做功的过程,是机械能在相互接触的物体之间转移的过程,没有机械能转化为内能。

  3. 摩擦力做的功与产生内能的关系:

    ①滑动摩擦力做的功为负值,在数值上等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即W=-fs相对

    ②滑动摩擦力做的功在数值上等于存在相互摩擦力的系统机械能的减少量,根据能量守恒定律可知,滑动摩擦力做的功在数值上等于系统内产生的内能,即W=-ΔE。

  4. 功和能的关系

    1.能量的转化必须通过做功才能实现:做功的过程就是能量转化的过程,某种力做功往往与某一具体的能量变化相对应。

    2.功是能量转化的量度:

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