完整word版高中物理机械能知识点总结与典型例题精选良心出品必属精品.docx

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完整word版高中物理机械能知识点总结与典型例题精选良心出品必属精品

机械能

第一模块：

功和功率

『夯实基础知识』

（一）功：

1、概念：

一个物体受到力的作用，并且在这个力的方向上发生了一段位移，就说这个力对物体做了功。

2、做功的两个必要因素：

力和物体在力的方向上的位移

3、公式：

W＝FScosα（α为F与s的夹角）．功是力的空间积累效应。

4、单位：

焦耳（J）

5、意义：

功是能转化的量度，反映力对空间的积累效果。

6、说明

（1）公式只适用于恒力做功位移是指力的作用点通过位移

（2）要分清“谁做功，对谁做功”。

即：

哪个力对哪个物体做功。

（3）力和位移都是矢量：

可以分解力也可以分解位移。

如：

位移：

沿力方向分解，与力垂直方向分解。

（4）功是标量，没有方向，但功有正、负值。

其正负表示力在做功过程中所起的作用。

正功表示动力做功（此力对物体的运动有推动作用），负功表示阻力做功．

（5）功大小只与F、s、α这三个量有关．与物体是否还受其他力、物体运动的速度、加速度等其他因素无关

（二）功的四个基本问题。

涉及到功的概念的基本问题，往往会从如下四个方面提出。

1、做功与否的判断问题：

物体受到力的作用，并在力的方向上通过一段位移，我们就说这个力对物体做了功。

由此看来，做功与否的判断，关键看功的两个必要因素，第一是力；第二是力的方向上的位移。

而所谓的“力的方向上的位移”可作如下理解：

当位移平行于力，则位移就是力的方向上的位的位移；当位移垂直于力，则位移就不是力的方向上的位移；当位移与力既不垂直又不平行于力，则可对位移进行正交分解，其平行于力的方向上的分位移仍被称为力的方向上的位移。

2、会判断正功、负功或不做功。

判断方法有：

（1）用力和位移的夹角θ判断;

当

时F做正功，

当

时F不做功，

当

时F做负功。

（2）用力和速度的夹角θ判断定;

（3）用动能变化判断。

3、做功多少的计算问题：

（1）按照定义求功。

即：

W=Fscosθ。

公式中F是做功的力；S是F所作用的物体发生的位移；而θ则是F与S间的夹角。

这种方法也可以说成是：

功等于恒力和沿该恒力方向上的位移的乘积。

具体求功时可以有两种处理办法

①W等于力F乘以物体在力F方向上的分位移scosα，即将物体的位移分解为沿F方向上和垂直F方向上的两个分位移

②W等于力F在位移s方向上的分力Fcosα乘以物体的位移s，即将力F分解为沿s方向和垂直s方向的两个分力

在高中阶段，这种方法只适用于恒力做功。

至于变力做功的计算，通常可以利用功能关系通过能量变化的计算来了解变力的功。

（2）W=Pt

（3）用动能定理W=ΔEk或功能关系求功。

当F为变力时，高中阶段往往考虑用这种方法求功。

这种方法的依据是：

做功的过程就是能量转化的过程，功是能的转化的量度。

如果知道某一过程中能量转化的数值，那么也就知道了该过程中对应的功的数值

（4）能量的转化情况求，（功是能量转达化的量度）

（5）F-s图象，图象与位移轴所围均“面积”为功的数值．

（6）多个力的总功求解

①用平行四边形定则求出合外力，再根据w＝Fscosα计算功．注意α应是合外力与位移s间的夹角．

②分别求各个外力的功：

W1＝F1scosα1，W2=F2scosα2……再求各个外力功的代数和．

4、做功意义的理解问题：

做功意味着能量的转移与转化，做多少功，相应就有多少能量发生转移或转化。

（三）了解常见力做功的特点：

（1）一类是与势能相关的力，如重力、弹簧的弹力、电场力等，它们的功与路程无关系，只与位移有关。

重力做功和路径无关，只与物体始末位置的高度差h有关：

W=mgh，当末位置低于初位置时，W＞0，即重力做正功；反之则重力做负功。

（2）摩擦力做功

静摩擦力做功的特点

①静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。

②在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移（静摩擦力起着传递机械能的作用），而没有机械能转化为其他形式的能．

滑动摩擦力做功的特点

①滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，当然也可以不做功。

②做功与物体的运动路径有关。

滑动摩擦力做功要看物体运动的路程，这是摩擦力做功的特点，必须牢记。

③一对滑动摩擦力做功的过程中，如图所示，上面不光滑的长木板，放在光滑的水平地面上，一小木块以速度V0从木板的左端滑上木板，当木块和木板相对静止时，木板相对地面滑动了S，小木块相对木板滑动了d，则由动能定理知：

滑动摩擦力对木块所做功为：

滑动摩擦力对木板所做功为：

得：

式表明木块和木板组成的系统的机械能的减少量等于滑动摩擦力与木块相对木板的位移的乘积。

这部分减少的能量转化为内能。

（3）一对作用力和反作用力做功的特点：

①作用力与反作用力同时存在，作用力做功时，反作用力可能做功，也可能不做功，可能做正功，也可能做负功，不要以为作用力与反作用力大小相等、方向相反，就一定有作用力、反作用力的功数值相等。

②一对互为作用反作用的摩擦力做的总功可能为零（静摩擦力）、可能为负（滑动摩擦力），但不可能为正

（3）斜面上支持力做功问题：

①斜面固定不动，物体沿斜面下滑时斜面对物体的支持力不做功

②斜面置于光滑的水平面上，一个物体沿斜面下滑，物体受到的支持力对物体做负功，如图所示，物体下滑到斜面底端，斜面由于不受地面摩擦，后退一段距离，需要注意的是位移S是物体相对于地面的位移，不要认为是斜面，否则会得出物体受到的支持力做功为0的错误结论。

功率

1、功率的定义：

功跟完成这些功所用时间的比值叫做功率，它表示物体做功的快慢．

2、功率的定义式：

，所求出的功率是时间t内的平均功率。

3、功率的计算式：

P=Fvcosθ，其中θ是力与速度间的夹角。

该公式有两种用法：

①求某一时刻的瞬时功率。

这时F是该时刻的作用力大小，v取瞬时值，对应的P为F在该时刻的瞬时功率；

②当v为某段位移（时间）内的平均速度时，则要求这段位移（时间）内F必须为恒力，对应的P为F在该段时间内的平均功率。

③重力的功率可表示为PG=mgVy，即重力的瞬时功率等于重力和物体在该时刻的竖直分速度之积

4、单位：

瓦（w），千瓦（kw）；

5、标量

6、功率的物理意义：

功率是描述做功快慢的物理量。

7、通常讲的汽车的功率是指汽车的牵引力的功率

二、汽车的两种起动问题

汽车的两种加速问题。

当汽车从静止开始沿水平面加速运动时，有两种不同的加速过程，但分析时采用的基本公式都是

和F-f=ma

①恒定功率的加速。

由公式P=Fv和F-f=ma知，由于P恒定，随着v的增大，F必将减小，a也必将减小，汽车做加速度不断减小的加速运动，直到F=f，a=0，这时v达到最大值

。

可见恒定功率的加速一定不是匀加速。

这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt计算，不能用W=Fs计算（因为F为变力）。

②恒定牵引力的加速。

由公式P=Fv和F-f=ma知，由于F恒定，所以a恒定，汽车做匀加速运动，而随着v的增大，P也将不断增大，直到P达到额定功率Pm，功率不能再增大了。

这时匀加速运动结束，其最大速度为

，此后汽车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了。

可见恒定牵引力的加速时功率一定不恒定。

这种加速过程发动机做的功只能用W=Fs计算，不能用W=Pt计算（因为P为变功率）。

要注意两种加速运动过程的最大速度的区别。

『题型解析』

类型题：

判断力对物体是否做功

【例题】下面列举的哪几种情况下所做的功是零（）

A．卫星做匀速圆周运动，地球引力对卫星做的功

B．平抛运动中，重力对物体做的功

C．举重运动员，扛着杠铃在头上的上方停留10s，运动员对杠铃做的功

D．木块在粗糙水平面上滑动，支持力对木块做的功

★解析：

引力作为卫星做圆周运动的向心力，向心力与卫星运动速度方向垂直，所以，这个力不做功。

杠铃在此时间内位移为零。

支持力与位移方向垂直，所以，支持力不做功。

故A、C、D是正确的。

【例题】如图所示，质量为m的物体A静止于倾角为θ的斜面体B上，斜面体B的质量为M，现对该斜面体施加一个水平向左的推力F，使物体随斜面体一起沿水平方向向左匀速运动的位移为s，则在此运动过程中斜面体B对物体A所做的功为：

（C）

A．

B．MgscotθC．0D．

mgssin2θ

【例题】如图所示，线拴小球在光滑水平面上做匀速圆周运动，圆的半径是1m，球的质量是0.1kg，线速度v=1m/s，小球由A点运动到B点恰好是半个圆周。

那么在这段运动中线的拉力做的功是（）

A．0B．0.1JC．0.314JD．无法确定

★解析：

小球做匀速圆周运动，线的拉力为小球做圆周运动的向心力，由于它总是与运动方向垂直，所以，这个力不做功。

故A是正确的。

【例题】小物块位于光滑的斜面上，斜面位于光滑的水平地面上，从地面上看，在小物块沿斜面下滑的过程中，斜面对小物块的作用力。

（A）垂直于接触面，做功为零；

（B）垂直于接触面，做功不为零；

（C）不垂直于接触面，做功不为零；

（D）不垂于接触面，做功不为零。

★解析：

错解：

斜面对小物块的作用力垂直于接触面，作用力与物体的位移垂直，故做功为零。

即A选项正确。

分析纠错：

小物块A在下滑过程中和斜面之间有一对相互作用力F和F'，如图所示。

如果把斜面B固定在水平桌面上，物体A的位移方向和弹力方向垂直，这时斜面对物块A不做功。

但此题告诉的条件是斜劈放在光滑的水平面上，可以自由滑动。

此时弹力方向仍然垂直于斜面，但是物块A的位移方向却是从初位置指向终末位置。

如图27所示，弹力和位移方向不再垂直而是成一钝角，所以弹力对小物块A做负功，即B选项正确。

类型题：

判断力对物体做正功还是负功

【例题】质量为m的物体，受水平力F的作用，在粗糙的水平面上运动，下列说法中正确的是（）

A．如果物体做加速直线运动，F一定做正功

B．如果物体做减速直线运动，F一定做负功

C．如果物体做减速直线运动，F可能做正功

D．如果物体做匀速直线运动，F一定做正功

★解析：

物体在粗糙水平面上运动，它必将受到滑动摩擦力，其方向和物体相对水平面的运动方向相反。

当物体做加速运动时，其力F方向必与物体运动方向夹锐角（含方向相同），这样才能使加速度方向与物体运动的方向相同。

此时，力F与物体位移的方向夹锐角，所以，力F对物体做正功，A对。

当物体做减速运动时，力F的方向可以与物体的运动方向夹锐角也可以夹钝角（含方向相反），只要物体所受合力与物体运动方向相反即可，可见，物体做减速运动时，力F可能对物体做正功，也可能对物体做负功，B错，C对。

当物体做匀速运动时，力F的方向必与滑动摩擦力的方向相反，即与物体位移方向相同，所以，力F做正功，D对。

故A、C、D是正确的。

类型题：

弄清求恒力做功的方法

【例题】如图所示，均匀长直木板长L=40cm，放在水平桌面上，它的右端与桌边相齐，木板质量m=2kg，与桌面间的摩擦因数μ=0.2，今用水平推力F将其推下桌子，则水平推力至少做功为（）（g取10/s2）

A．0.8JB．1.6JC．8JD．4J

★解析：

将木板推下桌子即木块的重心要通过桌子边缘，水平推力做的功至少等于克服滑动摩擦力做的功，

J。

故A是正确的。

【例题】在光滑水平面上有一静止的物体。

现以水平恒力甲推这一物体，作用一段时间后，换成相反方向的水平恒力乙推这一物体，当恒力乙作用时间与恒力甲作用时间相同时，物体恰好回到原处，此时物体的动能为32J，则在整个过程中，恒力甲做的功等于_____________J，恒力乙做的功等于_______________J。

★解析一：

本题的条件是恒力甲与恒力乙的作用时间相同，而且物体恰好回到原处。

解题时要抓住这基本特征，运用牛顿运动定律和运动学公式，只要得出恒力甲与恒力乙大小之间的关