1、2023高考物理总复习名师学案-机械能（50页WORD）考点指要知识点要求程度1.功、功率2.动能.做功跟动能改变的关系3.重力势能.做功跟重力势能改变的关系4.弹性势能5.机械能守恒定律及其应用6.动量知识和机械能知识的应用复习导航功和能的概念是物理学中重要的概念.功和能量转化的关系不仅为解决力学问题开辟了一条新的重要途径，同时它也是分析解决电磁学、热学等领域中问题的重要依据.运用能量的观点分析解决有关问题时，可以不涉及过程中力的作用细节，关心的只是过程中的能量转化的关系和过程的始末状态，这往往更能把握住问题的实质，使解决问题的思路变得简捷，并且能解决一些用牛顿定律无法解决的问题.综观近几年
2、高考，对本章考查的热点包括：功和功率、动能定理、机械能守恒定律、能的转化和守恒定律.考查的特点是灵活性强、综合面大、能力要求高.如变力功的求法以及本章知识与牛顿运动定律、圆周运动、动量定理、动量守恒定律及电磁学（电场、磁场、电磁感应）、热学知识的综合应用等等.功、能关系及能的转化和守恒定律贯穿整个高中物理，能的观点是解决动力学问题的三个根本观点之一，且常与另外两个观点（力的观点、动量观点）交叉综合应用.涉及本章知识的命题不仅年年有、题型全（选择题、填空题、实验题、论述计算题）、份量重，而且多年的高考压轴题均与本章的功、能知识有关.这些试题的共同特点是，物理情景设置新颖，物理过程复杂，条件隐蔽，
3、是拉开得分的关键，对学生的分析综合能力，推理能力和利用数学工具解决物理问题的能力要求均很高.解题时需对物体或系统的运动过程进行详细分析，挖掘隐含条件，寻找临界点，综合使用动量守恒定律、机械能守恒定律和能的转化和守恒定律求解.还需指出的是“弹性势能在“高考说明中只要求定性了解，是I级要求，但在近几年的高考中常出现弹性势能参与的能的转化和守恒试题，如1997年全国高考25题，2022年全国高考22题.对涉及弹性势能与其他形式的能相互转化的过程，一定要真正明了，不可掉以轻心.本章分为三个单元组织复习：()功.功率.()动能定理机械能守恒定律.()动量和能量.第单元 功功率知识聚焦一、功1.物体受到力
4、的作用，并且在力的方向上发生一段位移，就叫做力对物体做了功.力和在力的方向上发生的位移是做功的两个不可缺少的因素.2.计算功的一般公式： WFscos其中F在位移s上应是恒力，是F与位移s的夹角.假设90，那么F不做功；假设090，那么F做正功；假设90180，那么力F做负功(或说物体克服F做了功).3.功是标量功的正、负表示是动力对物体做功还是阻力对物体做功，前者取正，后者取负.当物体同时受到几个力作用时，计算合外力的功有两种方法：一是先用平行四边形定那么求出合外力，再根据WF合scos计算功.注意应是合外力与位移s间的夹角.二是先分别求各个外力的功：W1F1scos1，W2F2scos2，
5、再把各个外力的功代数相加.二、功率1.功率是表示物体做功快慢的物理量.功跟完成这些功所用时间的比叫做功率.2.公式：P.这是物体在t时间内的平均功率.PFvcos.当v是瞬时速度，P那么是瞬时功率；假设v是平均速度，P那么是平均功率.是F与v方向间的夹角.3.发动机铭牌上的额定功率，指的是该机正常工作时的最大输出功率.并不是任何时候发动机的功率都等于额定功率.实际输出功率可在零和额定值之间取值.发动机的功率即是牵引力的功率，PFv.在功率一定的条件下，发动机产生的力F跟运转速度成反比.疑难解析1.功的正、负的含义.功是标量，所以，功的正、负不表示方向.功的正、负也不表示功的大小，比较功的大小时
6、，要看功的绝对值，绝对值大的做功多，绝对值小的做功少.功的正、负表示是动力对物体做功还是阻力对物体做功，或者说功的正、负表示是力对物体做了功，还是物体克服这个力做了功.从动能定理的角度理解，力对物体做正功，使物体的动能增加，力对物体做负功，使物体的动能减少，即功的正、负与物体动能的增、减相对应.2.功和冲量的比较（1）功和冲量都是表示力和累积效果的过程量，但功是表示力的效果在一段位移上的累积效应，而冲量那么是表示力的效果在一段时间内的累积效应.（2）功是标量，其正、负号表示是动力对物体做功还是阻力对物体做功.冲量是矢量，其正、负号表示方向.（3）做功的多少由力的大小、位移的大小及力和位移的夹角
7、三个因素决定.冲量的大小只由力的大小和时间两个因素决定.力作用在物体上一段时间，力的冲量一定不为零，但力对物体做的功可能为零.（4）一对作用力、反作用力的冲量一定大小相等，方向相反；但一对作用力、反作用力做的功却没有确定的关系.由于相互作用的两个物体可能都静止，也可能同方向运动，还可能反方向运动，甚至是一个运动另一个静止，正是由于相互作用的两物体的位移关系不确定，使得一对作用力、反作用力做的功没有确定关系.可能都不做功，可能一个力做正功另一个力做负功，也可能两个力都做正功或都做负功，还可能一个力做功而另一个力不做功.3.有些情况直接由力和位移来判断力是否做功会有困难，此时也可以从能量转化的角度
8、来进行判断.假设有能量的转化，那么必定有力做功.此法常用于两个相联系的物体.如图611，斜面体a放在光滑水平面上，斜面光滑，使物体b自斜面的顶端由静止滑下.假设直接由功的定义式判定a、b间弹力做功的情况就比较麻烦.从能量转化的角度看，当b沿斜面由静止滑下时，a即由静止开始向右运动，即a的动能增大了，因而b对a的弹力做了正功.由于a和b组成的系统机械能守恒，a的机械能增加，b的机械能一定减少，因而a对b的支持力对b一定做了负功.图6114.变力功的计算.一类是与势能相关联的力，比方重力、弹簧的弹力以及电场力等，它们的功与路径无关，只与始末位置有关，这类力对物体做正功，物体势能减少；物体克服这类力
9、做功，物体的势能增加.因此，可以根据势能的变化求对应变力做的功.另一类如滑动摩擦力、空气阻力等，在曲线运动或往返运动时，这类力的功等于力和路程(不是位移)的乘积.之外，有些变力的功还可以用动能定理或能的转化守恒定律来求.典例剖析例1质量为M的长木板放在光滑的水平面上，一个质量为m的滑块以某一速度沿木板外表从A点滑至B点在木板上前进了L，而木板前进s，如图612所示.假设滑块与木板间摩擦因数为，求摩擦力对滑块、对木板做功各为多少图612【解析】在计算功的时候，首先要分析物体的受力情况，然后再确定物体相对于地的位移，剩下的工作才是代入公式进行计算.滑块受力情况如图613(甲)所示，滑块相对于地的位
10、移为(s+L)，摩擦力对滑块做的功为图613W1mg（sL）.木板受力如图613(乙)，物体相对于地的位移为s.摩擦力对木板做的功为W2mgs.【思考】 (1)滑动摩擦力是否一定做负功静摩擦力是否一定不做功(2)作用力和反作用力大小相等、方向相反，它们做的功是否也大小相等，一正一负试举例说明有哪些可能情况.【思考提示】（1）滑动摩擦力一定与相对运动方向相反，但不一定与运动方向相反，所以，滑动摩擦力可能做正功、也可能做负功，还可能不做功.产生静摩擦力的两物体保持相对静止，但不一定都处于静止状态，所以，静摩擦力可能对物体做功.（2）作用力、反作用力由于分别作用于两个不同物体，它们的位移没有确定关系
11、，所以，它们所做的功也就没有确定关系.【设计意图】 通过本例说明（1）求力对物体做的功时，W=Fscos中的s是力F所作用的物体质点的位移；（2）摩擦力既可做正功，也可做负功；（3）一对作用力、反作用力做的功没有确定关系.例2质量m=5.0 kg的物体，以10 m/s的速度水平抛出.求抛出后第1 s内重力做功的平均功率和抛出后第1 s末重力的瞬时功率.【解析】根据功率的概念，重力的功率等于重力与重力方向上速度的乘积，水平方向分速度的大小与功率无关.P=Fv中的速度v是物体竖直方向的平均速度时，所对应的P那么是平均功率；当v是瞬时速度时，所对应的P那么是瞬时功率.物体平抛后在竖直方向上做的是自由
12、落体运动.所以第1 s内竖直方向的平均速度为： m/s=5 m/s所以第1 s内物体所受重力的平均功率为： W=250 W物体第1 s末竖直方向的瞬时速度为：v=gt=101 m/s=10 m/s所以第1 s末重力的瞬时功率为：P=mgv=5.01010 W=500 W【说明】 在计算平均功率时首选公式应是P=，其实P=和P=Fv都可以计算平均功率，也都可以计算瞬时功率.匀速行驶的汽车，用P=算出的牵引力的功率，既是t时间的平均功率，也是任一时刻的瞬时功率.在计算瞬时功率时的首选公式应是P=Fv，从此题求解也可看出，对于恒力做功的功率，P=Fv在计算平均功率和瞬时功率时也是等效的.【设计意图】
13、 通过本例说明求瞬时功率和平均功率的方法.例3人在A点拉着绳通过一定滑轮吊起质量m=50 kg的物体，如图614所示，开始绳与水平方向夹角为60，当人匀速提起重物由A点沿水平方向运动s=2 m而到达B点，此时绳与水平方向成30角，求人对绳的拉力做了多少功图614【解析】人对绳的拉力大小虽然始终等于物体的重力，但方向却时刻在变，而的位移s又是人沿水平方向走的距离，所以无法利用WFscos直接求拉力的功.假设转换一下研究对象那么不难发现，人对绳的拉力的功与绳对物体的拉力的功是相同的，而绳对物体的拉力那么是恒力.这种转换研究对象的方法也是求变力功的一个有效途径.设滑轮距地面的高度为h，那么：h(co
14、t30-cot60)=sAB人由A走到B的过程中，重物G上升的高度h等于滑轮右侧绳子增加的长度，即：h人对绳子做的功为WFsGh代入数据可得：W732 J【思考】 (1)重物匀速上升的过程中，人对地面的压力如何变摩擦力大小如何变(2)重物匀速上升时，人的运动是匀速吗假设人由A以速度v匀速运动到B，人对绳做的功还是732 J吗【思考提示】 （1）压力逐渐增大，摩擦力逐渐增大.（2）重物匀速上升时，人的速度为v=，随着减小，人的速度逐渐减小.假设人从A到B匀速运动，那么物体加速上升，人对绳做的功大于732 J.【设计意图】 通过本例说明可以利用等效法改变研究对象求变力的功.例4汽车发动机的额定牵引
15、功率为60 kW，汽车质量为5 t,汽车在水平路面上行驶时，阻力是车重的0.1倍，试问：（1）汽车保持以额定功率从静止起动后能到达的最大速度是多少？（2）假设汽车从静止开始，保持以0.5 m/s2的加速度做匀加速直线运动，这一过程能维持多长时间？【解析】（1）汽车受力如图615所示，汽车一开始就保持额定功率，那么它运动中的各个量（牵引力、加速度、速度）是怎样变化呢？下面是这个动态过程的简单方框图.图615所以汽车到达最大速度时，a=0,此时，vm=p/mg=6.0105/0.1510310 m/s=12 m/s.（2）汽车以恒定加速度起动后的各个量（牵引功率、牵引力、加速度、速度）的变化如下（方框图所示）： 所以v在到达最大值之前已经历了两个过程：匀加速变加速.匀加速运动的加速度a=(F-