机械能守恒定律---同步练习
文档属性
| 名称 | 机械能守恒定律---同步练习 |
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| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 176.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2009-02-20 00:00:00 | ||
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文档简介
第七章机械能及其守恒定律
二、功
［要点导学］
1、功的定义式W=F·lcosα，它是计算功的基本公式，不仅适用于恒力做功的计算，同时也适用于变力做功的计算，但由于中学数学知识的限制，中学阶段仅适用于恒力做功的计算，式中l是指以地面为参考系的位移，α是力F位移l的夹角。当α=π/2时，W=0，这时F与l垂直，力F不做功；当α＜π/2时，W＞0，力F做正功，F起动力作用；当π/2＜α≤π时，W＜0，力F做负功，F起阻力作用。
2、一个力对物体做负功，也可以说成物体克服这个力做功。竖直向上抛出的球，在上升过程中，重力对球做了-6J的功，也可以说成。
3、功是标量，没有方向，但有正负。当物体在几个力作用下发生一段位移l时，这几个力对物体所做的总功，等于代数和，也等于__________所做的功。
4、如果一个物体在变力作用下运动，可以用微元法来计算变力所做的功。先把轨迹分成___________小段，每小段都足够小，可认为是直线，而且物体通过每小段的_______足够短，在这样短的时间里，力的变化________，可以认为是恒定的。对每小段可以用公式W=Flcosα计算，最后把物体通过各个小段所做的功加在一起，就是变力在整个过程中所做的功。
［范例精析］
例1如图所示，水平面上有一倾角为θ的斜面，质量为m的物体静止在斜面上，现用水平力F推动斜面，使物体和斜面一起匀速向前移动距离l，求物体所受各力做的功各是多少？
解析先作出示意图，再对斜面上的物体受力分析：
重力mg，弹力N=mgcosθ，静摩擦力f=mgsinθ，它们都是恒力。
WG=mglcosπ/2=0,WN=Nlcos(π/2-θ)=mglsinθcosθ
Wf=flcos(π-θ)=-mglsinθcosθ
拓展这三个力对物体做的总功WG+WN+Wf=0，也可以先求三个力的合力，再求总功，匀速运动时，F合=0，所以W总=0
例2如图所示，小物体m位于光滑的斜面M上，斜面位于光滑的水平地面上，从地面上看，在小物体沿斜面下滑的过程中，斜面对小物体的作用力()
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，做功为零
D、不垂直于接触面，做功不为零
解析由于斜面光滑，所以斜面对物体只有支持力作用，支持力属于弹力，其方向总是垂直于接触面指向被支持的物体，所以此时斜面对小物体的作用力应垂直于接触面；讨论斜面对小物体的作用力是否做功，关键是看小物体是否在此力的方向上发生位移，为此有必要定性画出经过一段时间后小物体发生的对地位移，由于斜面放在光滑的地面上，小物体在斜面上下滑时，斜面将后退，由图可知，此力对小物体是做功的，本正确选为B。
拓展公式W=F·lcosα中“位移”是指对地位移。斜面是静止时，小物体的对地位移方向平行于斜面，垂直于支持力，所以支持力不做功。题中指明“斜面位于光滑的水平面上”，隐含条件是：“当小物体在斜面上下滑时，斜面将后退”，小物体参与两种运动，一是相对于斜面的滑动，二是跟随斜面向右的运动，使得小物体的对地位移与支持力的方向不垂直。斜面在运动，这一因素并不影响斜面的支持力始终与斜面垂直，但影响支持力是否做功。
例3动滑轮是一种简单机械，如图所示，滑轮和绳子的质量不计，用力开始提升原来静止的质量为10kg的物体，以2m/s2的加速度匀加速上升，求开始运动后3秒内拉力做的功.
解析设挂住物体的绳子中的拉力为大小F1，
则F1-mg=ma┄┄①
物体在开始运动后三秒内上升的位移为S=at2/2┄┄②
拉力的功为W=Flcos00┄┄③
代入数据得W=1080J┄┄④
拓展利用简单机械来做功时，可以抓住简单机械省力但不能省功的特点。动滑轮是一种简单机械，拉力F做的功等于挂住物体的绳子对物体做的功，就可以解决本题所要求的问题。
［能力训练］
1、关于功的概念，以下说法正确的是(B)
A.力是矢量，位移是矢量，所以功也是矢量；
B.功有正、负之分，所以功也有方向性；
C.若某一个力对物体不做功，说明该物体一定没有位移；
D.一个力对物体做的功等于这个力的大小、物体位移大小及力和位移间夹角的余弦三者的乘积。
2、用400N的力在水平地面上拉车行走50m，拉力与车前进的方向成30°角。那么，拉力对车做的功是(B)
A.2.0×104JB.1.0×104JC.1.7×104JD.以上均不对
3、运动员用2000N的力把质量为0.5kg的球踢出50m，则运动员对球所做的功是(D)
A．200JB.10000JC.25JD.无法确定
4、关于功的正负，下列叙述中正确的是(CD)
A．正功表示功的方向与物体运动方向相同，负功为相反
B．正功表示功大于零，负功表示功小于零
C．正功表示力和位移两者之间夹角小于90°，负功表示力和位移两者之间夹角大于90°
D．正功表示做功的力为动力，负功表示做功的力为阻力
5、以初速度v0竖直向上抛出一个质量为m的小球，上升最大高度是h．如果空气阻力Ff的大小恒定，则从抛出到落回出发点的整个过程中，空气阻力对小球做的功为(D)
A．0B．－FfhC．-2mghD．-2Ffh
6、起重机以a=1m/s2的加速度，将重G=104N的货物由静止匀加速向上提升。那么，在1s内起重机对货物做的功是(g=10m/s2)(D)
A.500J；B.5000J；C.4500J；D.5500J
7、有以下几种情况
①用水平推力F推一质量为m的物体在光滑的水平面上前进l
②用水平推力F推一质量为2m的物体在粗糙的水平面上前进l
③用与水平面成60°角的斜向上的拉力F拉一质量为m的物体在光滑平面上前进2l
④用与斜面平行的力F拉一质量为3m的物体在光滑的斜面上前进l
这几种情况下关于力F做功多少的正确判断是(D)
A、②做功最多B、④做功最多C、①做功最少D、四种情况，做功相等
8、两个互相垂直的力F1和F2作用在同一物体上，使物体运动，如图5-2-5所示，物体通过一段位移时，力F1对物体做功4J，力F2对物体做功3J，则力F1和F2的合力对物体做功为(A)
A、7JB、2JC、5JD、3.5J
9、火车头用F=5×104N的力拉着车厢向东开行S=30m，又倒回来以同样大小的力拉着车厢向西开行30m，在整个过程中，火车头对车厢所做的功是(A)
A、3×106JB、2×106JC、1.5×106JD、0
10、质量为m的物体，在水平力F的作用下，在粗糙的水平面上运动，下列说法中正确的是(ACD)
A、如果物体做加速直线运动，F一定对物体做正功
B、如果物体做减速直线运动，F一定对物体做负功
C、如果物体做减速直线运动，F可能对物体做正功
D、如果物体做匀速直线运动，F一定对物体做正功
11、重为400N的物体放在水平地面上，与地面的滑动摩擦因数为μ=0.2，在大小为F=500N，方向与水平面成α=37°斜向上的拉力作用下前进l=10m。在此过程中力F做功为J，摩擦力做功为J，重力做功J，合力所做的功为J。4000，－200，0，3800
12、如图所示，物体质量为2kg，光滑的定滑轮质量不计，滑轮两侧保持绳竖直，若拉着绳使物体上升2m，则拉力做功为J；若竖直向上拉力为50N，使物体上升2m，拉力做功J，重力对物体做功J。40，200，－40
13、下列说法正确的是(D)
A、有力有位移，该力一定做功
B、有加速度的物体一定有力对它做功
C、静摩擦力一定不做功，滑动摩擦力一定做负功
D、静摩擦力和滑动摩擦力都可能做正功
14、关于作用力和反作用力做功的关系，下列说法正确的是(D)
A、当作用力做正功时，反作用力一定做负功
B、当作用力不做功时，反作用力也不做功
C、作用力和反作用力所做的功大小一定相等，一正一负
D、作用力做正功时，反作用力也可以做正功
15、某人利用如图所示的装置，用100N的恒力F作用于不计质量的细绳的一端，将物体从水平面上的A点移到B点。已知α1=30°,α2=37°，h=1.5m，不计滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦，求绳的拉力对物体所做的功？50J
16、如图，小球在大小不变的拉力F的作用下，在水平槽内做圆周运动。如果圆半径为R，拉力F的方向恒与小球瞬时速度方向一致，则在小球运动一周过程中，拉力F所做的功多大？2πFR
三、功率
【要点导学】
1、功率是表示的物理量，功率是量，在国际单位制中功率的单位是。
3、P=W/t是功率的定义式，它普遍适用，不管是恒力做功，还是变力做功，不管是机械功还是电功等它都适用。但由它求得的一般是功率。公式P=Fvcosα，式中α为F与v的夹角。v为物体的对地速度。当v为平均速度时，求得的功率为功率，当v为瞬时速度时，求得的功率为功率。
4、汽车等交通工具的动力学分析：（设汽车受到的摩擦阻力大小保持恒定）
当保持功率恒定时，由P=Fv可以看出，F与v成反比，牵引力是变力，汽车作变加速运动，根据牛顿定律F-f=ma（f为汽车受到的阻力），随着速度的变大，将导致减小（对应的加速度也相应减小），但只要有加速度，汽车的速度将进一步增大，导致牵引力进一步减小，直至牵引力F等于阻力f，汽车作匀速直线运动，此时的最大速度为，汽车在不同的输出功率下能够达到的最大速度是不同的，其中的最大值对应汽车以最大输出功率（一般认为等于额定功率）。要提高汽车在给定路面上的最大速度值，应选用额定功率的发动机。
当牵引力F不变时，根据牛顿定律F-f=ma，汽车作匀变速运动，P与v成正比，当瞬时功率达到最大功率时，汽车的功率将保持不变，汽车改作运动，直至达到最大速度。
【范例精析】
例1一个质量为m的物体，在几个与水平面平行的力作用下静止在水平面上，在t=0时刻，将其中的一个力从F增大到3F，其他力不变，则在t=t1时刻，该力的功率为多大？
解析由于仅一个力大小变化，则其改变量即为物体受到的合外力，应用牛顿定律算出加速度，并应用匀变速运动速度公式求出此时的瞬时速度，在根据瞬时功率的定义式就可以求出此力的功率。P=Fvcosα=3F×2Ft/m=6F2t/m
拓展涉及功率的计算时一定要区分平均功率和瞬时功率，因为这两种功率的计算公式不同，审题时必须十分仔细。
一质量为m的木块静止在光滑的水平地面上，从t=0开始，将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上，在t=t1时刻力F的功率和这段时间内的功率分别为多大？
例2汽车的质量为m=6.0×103kg，额定功率为Pm=90Kw,沿水平道路行驶时，阻力恒为重力的0.05倍(取g=10m/s2)。求：
(1)汽车沿水平道路匀速行驶的最大速度；
(2)设汽车由静止起匀加速行驶，加速度为a=0.5m/s2,求汽车维持这一加速度运动的最长时间。
解析（1）汽车匀速运动时F-0.05mg=0┄┄①
汽车的额定功率Pm=Fvm┄┄②
代入数据得vm=30m/s。
汽车匀加速行驶时，动力学方程为F-0.05mg=ma┄┄③
汽车的瞬时功率为P=Fv┄┄④
汽车的瞬时速度为v=at┄┄⑤
要求瞬时功率小于或等于额定功率P≤Pm┄┄⑥
代入数据得t≤30s┄┄⑦.
拓展有些同学计算匀加速运动可维持的时间时，用汽车在水平路面上的最大速度除以加加速度，得到时间为60s，这种做法是认为汽车可以一直以匀加速达到最大速度，显然是错误的。在用公式P=Fv时，必须结合具体的物理过程作细致的分析，应弄清是什么物理量保持恒定，例如在匀加速运动中，是牵引力F保持恒定；而在达到额定功率后，是汽车的功率保持恒定。本题中汽车的速度—时间图象如图所示，图中V1=at=15m/s。
【能力训练】
1、关于功率,下列说法正确的是（B）
A功率是描述力做功多少的物理量B功率是描述力做功快慢的物理量
C做功时间长,功率一定小D力做功多,功率一定大
2、关于功率，以下说法正确的是（C）
A、据P=W/t可知，机器做功越多，其功率就越大。
B、据P=Fv可知，汽车的牵引力一定与其速率成反比。
C、据P=Fv可知，发电机的功率一定时，交通工具的牵引力与运动速率成反比。
D、据P=W/t可知，只要知道时间t内机器所做的功，就可求得这段这段时间内任一时间机器做功的功率。
3、汽车上坡时，司机必须换档，其目的是（C）
A.减小速度，得到较小的牵引力B.增大速度，得到较小的牵引力
C.减小速度，得到较大的牵引力D.增大速度，得到较大的牵引力
4、质量为m的物体，在水平力F的作用下，在光滑水平面上从静止开始运动，则有（BC）
A．若时间相同，则力对物体做功的瞬时功率跟力F成正比
B．若作用力相同，则力对物体做功的瞬时功率跟时间t成正比
C．某时刻力F的瞬时功率大于这段时间内力F的平均功率
D．某时刻力F的瞬时功率等于这段时间内力F的平均功率
5、某同学进行体能训练,用了1000s时间跑上20m高的高楼,试估测他登楼的平均功率最接近的数值是（A）
A10WB100WC1kWD10kW
6、火车在一段水平的直线轨道上匀加速运动，若阻力不变，则牵引力F和它的瞬时功率P的变化情况是（A）
A、F不变，P变大B、F变小，P不变
C、F变大，P变大D、F不变，P不变
7、同一恒力按同样方式施在物体上，使它分别沿着粗糙水平地面和光滑水平地面移动相同的一段距离，恒力的功和功率分别为W1、P1和W2、、P2，则两者的关系是（B）
A、W1>W2P1>P2B、W1=W2P1P2D、W18、设在平直公路上以一般速度行驶的自行车，所受阻力约为车、人总重力的0.02倍，则骑车人的功率最接近于（A）
A、10-1kwB、10-3kwC、1kwD、10kw
9、物体质量为2kg,作自由落体运动，3秒末重力的瞬时功率为W，前3s内重力的平均功率为W，第3s内重力的平均功率为W。
600300500
10、汽车发动机的额定功率为100kw，所受的阻力为5000N，其在水平路面上运动的最大速度为m/s，当汽车的速度为10m/s时，其牵引力为N，若汽车的质量为2t，此时汽车的加速度为m/s2。
201045
11、一质量为m=10kg的物体，自水平地面由静止开始用一竖直向上的拉力F将其以a=0.5m/s2的加速度向上拉起。求在向上拉动的10s内，拉力F做功的功率。
262.5w
12、额定功率为80kW的汽车，在平直公路上行驶的最大速度为20m/s，汽车的质量m=2×103kg。如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2m/s2。运动过程中阻力不变，求：
（1）汽车所受的恒定阻力；
（2）3s末汽车的瞬时功率；
（3）经过多长时间汽车功率达到额定值？
4000，48000w，5s
四、重力势能
【要点导学】
1、物体由于而具有的能量叫做重力势能，表达式EP=。重力势能是量，有正负之分。重力势能具有相对性，与参考面选择有关，式中的h是指物体重心到的高度。通常选择作为参考面，也可以选物体系中的最低点为重力势能零点，这样可以避免出现负势能问题。
2、重力做功的特点是。重力做正功，物体的重力势能，重力做负功（也称物体克服重力做正功）时，物体的重力势能。用公式表示可写成。
3、势能也叫，是由决定的，因而重力势能是物体和地球组成的系统共有的。
【范例精析】
例1在高处的某一点将三个质量相同的小球以相同的速率v0分别上抛、平抛、下抛，那么以下说法正确的是()
A、从抛出到落地过程中，重力对它们所做的功都相等
B、从抛出到落地过程中，重力对它们做功的平均功率都相等
C、三个球落地时，重力的瞬时功率相同
D、如果考虑空气阻力，则从抛出到落地过程中，重力势能变化不相等
解析由于重力做功与路径无关，只是与初末位置高度差有关，三个小球初末位置高度差相同，所以重力做功都相等，A正确。
三个球在空中运动时间不一样，它们时间关系是t上抛＞t平抛＞t下抛，而平均功率F=W/t，所以平均功率不相等，B错。
落地时三个球的速率相等，但速度方向不同，瞬时功率P瞬=Fvcosα=mgvcosα，上抛和下抛α=00，而平抛物体落体时α≠00，故瞬时功率不相等，C错。重力势能的变化只与重力做功有关，重力做功相等，三个球的重力势能变化应该相等，故D也错。正确答案：A。
拓展竖直上抛一球，球又落回原处，已知空气阻力的大小正比于小球的速度()
A、上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功
B、上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功
C、上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率
D、上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率（BC）
例2如图所示，粗细均匀的U形管内装有总质量为m、总长度为3h的同种液体，开始时两边液面的高度差是h,管底阀门T处于关闭状态，现将阀门打开，当两管液面相等时，液体的重力势能变化了多少？
解析液体的重力势能变化对应着其重心的位置的变化，如图所示，左右液面等高时，等效于h/2高度的液体柱下降了h/2，而其它的液体的重心没有变化。h/2的液体柱的质量为m/6，由于重力做正功，故重力势能减少，-ΔEP=(mg/6)×h/2=mgh/12.
拓展本题利用了等效原理，即认为整体中只有局部液体的重心发生了变化，可以使问题简化。
某海湾共占面积1.0×107m2，涨潮时平均水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20m不变。退潮时，坝外水位降至18m，（如图所示），利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10%，每天有两次涨潮，该电站每天能发出多少电能？[答案：4×1010J]
【能力训练】
1、下列关于重力势能的说法中正确的是(AB)
A、重力势能是物体和地球所共有的
B、重力势能的变化，只跟重力做功有关系，和其它力做功多少无关
C、重力势能是矢量，在地球表面以下为负
D、重力势能的增量等于重力对物体做的功
2、在一足够高的地方，将一质量为2kg的小球以4m/s的初速度竖直上抛，在没有空气阻力的情况下，从开始抛出到小球下落的速度达到4m/s的过程中，外力对小球做的功为(D)
A、32JB、16JC、8JD、0
3、当重力对物体做正功时，下列说法中正确的是(ACD)
A.物体的重力势能一定增加
B.物体的重力势能一定减少
C.物体的动能可能增加
D.物体的动能可能减少
4、物体在斜面上做加速运动时，下列说法哪个正确(C)
A、它的动能一定增大，重力势能也一定增大
B、它的动能一定增大，重力势能则一定减小
C、它的动能一定增大，重力势能一定发生变化
D、如果加速度逐渐减小，则物体的动能也逐渐减小
5、关于重力做功和物体重力势能的变化，下列说法中正确的是(ABC)
A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少
B、当物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加
C、重力做功的多少与参考平面的选取无关
D、重力势能的变化量与参考平面的选取有关
6、如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设桌面处重力势能为零，则小球落地前瞬间的重力势能为(A)
A.-mgh B.mgH
C.mg(H+h) D.mg(H-h)
7、若物体m沿不同的路径Ⅰ和Ⅱ从A滑到B，如图5-4-4所示，则重力所做的功为(C)
A．沿路径Ⅰ重力做功最大
B．沿路径Ⅱ重力做功最大
C．沿路径Ⅰ和Ⅱ重力做功一样大
D．条件不足不能判断
8、一实心的正方体铁块与一实心的正方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，下列结论正确的是（以地面处重力势能为零）(C)
A．铁块的重力势能大于木块的重力势能
B．铁块的重力势能等于木块的重力势能
C．铁块的重力势能小于木块的重力势能
D．上述三种情况都有可能
9、选择不同的水平面作为参考平面，物体在某一位置的重力势能和某一程中重力势能的改变量(D)
A．都具有不同的数值B．都具有相同的数值
C．前者具有相同的数值，后者具有不同的数值
D．前者具有不同的数值，后者具有相同的数值
10、井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根长3m的绳子系住一个重100N的物体，若以地面为参考平面，则物体的重力势能为；若以井底面为参考平面，则物体的重力势能为。
－100J，700J
11、一根长2m、重200N的均匀木杆，放在水平地面上，现将它的一端从地面向上抬高0.5m，另一端仍搁在地面上，则所需的功为。若该杆系不均匀木杆，仍作相同的抬高，则所需功为（若无确定值，可写出功值的范围）。
50J，0－100J
12、在水平地面上平铺n块砖，每块砖的质量为m，厚度为h，如将砖一块一块地叠放起来，至少需要做多少功？
n(n－1)mgh/2
五、探究弹性势能的表达式
【要点导学】
1、发生__________的物体的各部分之间，由于_____的相互作用而具有的势能，叫做弹性势能。弹性势能和重力势能一样，也具有相对性，但弹性势能的改变量与零势能的选取________，这称为弹性势能改变是绝对的。应用中都是研究弹性势能与其它能量的转化问题，研究弹性势能的改变量是有实际意义的。
2、弹力做功与弹性势能的变化关系为：弹力做正功时，弹性势能________，并且弹力做多少功，弹性势能就减少多少；弹力做负功时（克服弹力做功），弹性势能_______，并且克服弹力做多少功，弹性势能就增加多少。
3、弹性势能的大小与弹性的劲度系数、弹簧形变量有关，为了研究弹性势能与劲度系数的关系，应控制什么量不变？________；为了研究弹性势能与弹簧形变量的关系，应控制________不变。这种研究方法叫做________，是物理学中的常用方法。通过实验研究和理论推导可知，弹簧的弹性势能表达式为________。
【范例精析】
例题：质量为m的物体（视为质点）放在水平地面上，物体上要装着一根长为l0，劲度系数为k的轻弹簧，现用手拉着弹簧的上端P缓慢上提，如图所示，直到物体离开地面一段距离。已知在这一过程中，P点的位移是h，则物体重力势能的增加量是多少？弹簧的弹性势能增加量为多大？
解析设弹簧的伸长量为l，则kl=mg┄┄①
有几何关系l0+l+H=h+l0┄┄②
物体的重力势能增加量为ΔEP=mgH┄┄③
弹簧的弹性势能增加量为ΔEP=kl2/2┄┄④
整理得重力势能增加量为ΔEP=mg(h-mg/k)；弹性势能增加量为ΔEP=m2g2/2k
拓展重力势能（或弹性势能）的变化量与重力（或弹力）做功紧密联系在一起，它们都和路径无关，结合平衡条件，通过几何分析确定物体上升的距离、弹簧形变量的变化量（本题即为弹簧伸长的长度），是计算重力势能或弹性势能改变量的关键。
【能力训练】
1、关于弹性势能下列说法中正确的是（BCD）
A、发生形变的物体都具有弹性势能B、弹性势能是一个标量
C、弹性势能的单位是焦耳（在国际单位制中）D、弹性势能是状态量
2、关于弹性势能，下列说法中正确的是（AD）
A、任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能
B、物体只要发生形变，就一定具有弹性势能
C、外力对弹性物体做功，物体的弹性势能就发生变化
D、发生弹性形变的物体，在它们恢复原状时都能对外界做功
3、如图所示，在光滑水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去F后，物体将向右运动，在物体向右运动的过程中下列说法正确的是（D）
A、弹簧的弹性势能逐渐减少
B、弹簧的弹性势能逐渐增加
C、弹簧的弹性势能先增加再减少
D、弹簧的弹性势能先减少再增加
4、上题中，在弹簧向右运动的过程中，弹簧弹力对物体的做功情况，下列说法正确的是（C）
A．弹簧对物体做正功B．弹簧对物体做负功
C．弹簧先对物体做正功，后对物体做负功D．弹簧先对物体做负功，后对物体做正功
5、计算变力不能直接把数据代入公式W=Flcosα计算功，此时可以用“微元法”来计算，如图所示为用力缓慢拉升弹簧时，拉力与弹簧升长量之间的关系图像，试推证将弹簧从自由长度到拉升长度为x的过程中，拉力做的功等于kx2/2，弹簧储存的弹性势能也为kx2/2。（设弹簧的劲度系数为k）
6、下列关于弹簧的弹力和弹性势能的说法正确的是（C）
A、弹力与弹簧的形变量成正比，弹性势能与弹簧的形变量成正比
B、弹力与弹簧的形变量的平方成正比，弹性势能与弹簧的形变量成正比
C、弹力与弹簧的形变量成正比，弹性势能与弹簧的形变量的平方成正比。
D、弹力与弹簧的形变量的平方成正比，弹性势能与弹簧的形变量的平方成正比
7、如图所示为一根弹簧弹力F与形变量x的关系图线：
（1）确定弹簧的劲度系数；
（2）将此弹簧从原长拉伸6cm时，弹性势能为多的大？
（3）将此弹簧压缩4cm时，弹性势能为多大？
(1)500N/m;(2)0.9J;(3)0.4J
8、在一次演示实验中，一压紧的弹簧沿一粗糙水平面射出一小球，测得弹簧压缩的距离d和小球在粗糙水平面滚动的距离s如下表所示．由此表可以归纳出小球滚动的距离s跟弹簧压缩的距离d之间的关系，并猜测弹簧的弹性势能EP跟弹簧压缩的距离d之间的关系分别是（选项中k1、k2是常量）(D)
实验次数 1 2 3 4
d/cm 0.50 1.00 2.00 4.00
s/cm 4.98 20.02 80.10 319.5
A、s=k1d，EP=k2d B、s=k1d，EP=k2d2
C、s=k1d2，EP=k2d D、s=k1d2，EP=k2d2
9、竖直放置的轻质弹簧，劲度系数为k，将质量为m的物体轻轻放在弹簧的上端，物体将上下振动，由于空气阻力的作用，物体最终将静止。
(1)求全过程物体减少的重力势能；
(2)弹簧中储存的弹性势能；
(3)物体减少的重力势能是否等于弹性势能的增加量？
(1)m2g2/k；(2)m2g2/2；(3)不等
六、探究功与物体速度变化的关系
【要点导学】
1、探究实验的设计思路：要求能够改变功和测量功W，能够对应地测量出物体的速度v。书本利用如图所示的装置来实验。本实验中改变功的办法是________________________，功的变化情况是一份功W、二份功2W、三份功3W等，为了是橡皮筋对物体做的功为总功，必须消除摩擦力做功对探究带来的影响，因此实验前必须将木板适当____________，使小车能够在木板上作匀速运动为标准；物体速度的测量是通过_____________来实现的。
2、探究实验的数据分析：为了清晰地显示出功与速度变化的关系，数据分析时可以采用图象分析法。如果作出______________是一条直线，表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比例关系，即W∝v；如果不是直线，就可能是W∝v2、W∝v3，甚至W∝。因此记录实验数据时可以设计一个如图的表格。
[范例精析］
例1如图是本实验的装置示意图。（1）长木板的倾斜程度如何调试？（2）小车前上方的钩子在制作造型上有何要求？
解析（1）木板的倾斜程度应调节到轻推小车（拖着纸带），则小车恰能在木板上匀速下滑。（2）小车前上方的钩子是用于套橡皮筋的，制作造型上要求在橡皮筋松弛时，很容易从钩子上脱落下来。
例2在用本节教材所示的实验装置进行的探究实验时，打出了如图5-6-3所示的一条纸带，请你说说：（1）利用这条纸带要测出哪个物理量？（2）要利用纸带上的哪一段，才能正确上述的物理量？
解析（1）在弹簧的弹力消失后，小车的运动近似是匀速运动，利用这条纸带要测出物体匀速运动的速度；（2）寻找哪些点的间距是均匀的，利用这些点距均匀的点来测量小车的速度，通过测量可以知道，在f-g-h之间点的间隔是均匀的，假设打点计时器的周期为T，则小车的最大速度为vm=fg/2T。
拓展理论上讲，也可以利用纸带上的d-e-f段，先求出打e点时的速度ve，再求加速度a，再求打点f时的速度vf，但是这样做既麻烦，误差又大，所以这种做法不可取。
在做本实验时，打出点的纸带上应该写出打这条纸带时所用的橡皮筋的数目。某同学分别用一条橡皮筋、二条橡皮筋做实验，打出了如图所示的纸带，但是该同学忘了在纸带上记录橡皮筋的数目，你能否帮助该同学判断每条纸带对应的橡皮筋的数目？
参考答案：因为实验中选取的橡皮筋都是相同的，所以每条橡皮筋的作用力也是相同的，用两条橡皮筋时的作用力是用一条橡皮筋时的作用力的两倍，那么加速度也是两倍。也就是说用两条橡皮筋时的速度变化得快。由图可知，下面的纸带的速度变化快，所以下面的纸带应该是用两条橡皮筋时打的点。
【能力训练】
1、关于探究功与物体速度变化的关系实验中，下列叙述正确的是(D)
A、每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
B、每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致
C、放小车的长木板应该尽量使其水平
D、先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出
2、除了从实验探究功与物体速度变化的关系外，也可以从理论上作探究。如图所示，我们选用理想化模型来探究。设质量为m的物体放在光滑的水平地面上，用恒定的水平推力使物体移动L的水平距离，试根据牛顿运动定律和功的计算公式，推理功和物体速度变化的关系。
3、设质量为m的物体放在倾角为α的粗糙斜面上，用恒定的推力沿着斜面方向使物体移动L的距离，试根据牛顿运动定律和功的计算公式，推理功和物体速度变化的关系。本题与习题1的结论有什么不同？
4、在小车牵引纸带运动过程中，打点计时器记录了小车的运动情况，如图所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s．试计算
（l）各点瞬时速度：
vA=___________m/s0
vB=___________m/s0.6
vC=___________m/s1.2
vD=___________m/s1.8
vE=___________m/s2.4
(2)设小车质量为m=1.0kg，试作出从A点至B点、至C点、至D点、至E点的过程中，合外力的功W与各计数点速度平方v2的关系图线．
5、除了课本介绍的探究性实验装置外，请你设计一个探究功与物体速度变化关系的实验：（1）应指出实验中如何测定速度和功；（2）实验数据处理时采用什么样的方法可以看出功与速度变化的关系；（3）你设计的实验中应注意写什么问题？
七、动能和动能定理
【要点导学】
1、物体由于________而具有的能叫做动能，计算公式为___________,式中速度v为物体的对_______运动速度，根据公式可知，动能恒大于或等于零。
2、物体的动能变化是由_________决定的，反映这一规律的定理叫_______，其表达式为__________。当_____对物体做正功时，物体的动能将增加，说明_________是物体运动的动力；当___________对物体做负功时，物体的动能将减小，说明____________是物体运动的动力；如果___________对物体不做功（例如匀速圆周运动的向心力），物体的________就不变化。动能定理指出了物体动能变化的决定因素，因此计算物体的动能变化时，必须从________做功的角度来思考，尤其是在计算变力做功时，一般都选用__________处理。
3、动能定理是无条件适用的，它是力学中的重要定理，应用动能定理的一般步骤为：
①确定研究对象，明确它的运动过程；
②正确的________是应用动能定理的前提，由于涉及合外力做功，必须正确进行________，如果出现少力或力方向错误等，则整个问题的解答已经错误；
③正确判断各个力的_______情况，什么力做功？什么力不做？什么力做正功？什么力做负功？
④正确的状态分析，由于动能定理中需要物体初末状态的动能值，因此必须正确分析清楚处末状态的运动情况；
⑤根据W总=mv22/2－mv12/2列方程求解；
⑥写好答案（必要时对答案进行讨论）。
［范例精析］
例1如图所示，在光滑的平台上有一质量为6kg的物体，开始处于静止状态，当人拉紧绳子以5m/s的速度匀速从B点运动到A点。已知OB=3m，AB=4m。求此过程中人对物体所做的功。
解析①确定研究对象为水平面上的物体；
②物体受到重力、平台的支持力、绳子的拉力；
③重力和平台的支持力都不对物体做功，绳子拉力对物体做正功（但绳子拉力大小未知）；
④物体的速度由零增加到5m/s；
⑤根据W总=mv22/2－mv12/2列方程为
W总=W拉＝mv22/2－mv12/2＝6×（5×4/5）2/2－0=48J
答：此过程中人对物体所做的功为48J。
拓展本题中绳子的拉力应为变力（可以根据速度分解原理自行证明，物体将做变速运动），通常情况下，计算变力做功时，一般多是用动能定理求。
例如：一质量为2kg的铅球从离地面2m高处自由下落，陷入砂坑中2cm深处，求砂子对铅球的平均阻力。[提示：直接对全过程应用动能定理：mg(H+h)-fh=0-0]
例2一列车的质量是5×105kg，在平直的轨道上以额定功率3000kW加速行驶，当速度由10m/s加速到可能达到的最大速率30m/s时，共用了3min，则在这段时间内列车前进的距离是多少？（假设地面及空气给汽车的阻力为恒力）
解析①确定研究对象为水平面上的汽车；
②汽车受到重力、地面的支持力、地面给的牵引力（静摩擦力）；地面滚动摩擦力及空气给的滑动摩擦阻力总计为f（如图所示）；
③地面给的牵引力对汽车做正功（但为变力做功）；阻力f对汽车做负功，其余力均不做功；
④汽车的速度由10m/s增加到30m/s；
⑤根据W总=mv22/2－mv12/2列方程为Pt-fs=m(v22-v12)/2┄┄①
当列车达到最大速率时以vm匀速行驶，f=P/vm=1×105N┄┄②,
代入数据得s=3400m┄┄③
拓展涉及机车功率问题时，首先要区别是牵引力不变还是牵引力做功的功率不变，即要确定机车的运动模式，不同的模式，其运动规律是不同的，本例中由于列车功率不变，列车在做变加速度运动，因此不满足匀变速运动规律。本题的常见错误是认为列车的牵引力是恒力，从而应用牛顿第二定律求出加速度，在根据运动学公式求出列车运动的位移。或利用平均速度公式来计算位移。
例3质量为m的物体在水平地面上以一定的初速度滑行，若物体与地面之间的动摩擦因数为μ，在开始阶段受到与初速同方向的水平推力F1作用前进S1位移，接着以同方向的水平推力F2作用进S2位移，然后撤除外力，物体再前进S3位移后停止。求物体的初速度v0。
解析本题有三个物理过程，考虑到物体的受力情况，力的做功情况很清晰，可以用全过程的动能定理一次性处理。F1和F2均为动力做功，滑动摩擦力μmg为阻力做负功，各力做功的代数和等于物体动能的变化
F1S1+F2S2-μmg(S1+S2)=0-mv02/2┄┄①,
解得:
拓展本题涉及的三个运动过程中，物体受到的合外力都是恒力，当然可以用牛顿运动来处理，但是应分成三个物理过程分段解答，至少应解六步才可得解，显然比较烦琐。而动能定理可以将全过程当作一个过程来处理，充分体现出它的优越性，学习过程中要善于选择合适的过程来处理问题。
例如：一钢球质量为m，自高度H处静止下落至一钢板上，与钢板碰撞后弹起，碰撞过程中无能量损失，若所受的空气阻力F的大小不变，求：①小球第一次下落至钢板时（尚未碰撞）的速度；②小球从开始下落到完全静止所通过的总路程。
【能力训练】
1、下列说法中，正确的是（BD）
A．物体的动能不变，则其速度一定也不变
B．物体的速度不变，则其动能也不变
C．物体的动能不变，说明物体的运动状态没有改变
D．物体的动能不变，说明物体所受的合外力一定为零
2、一物体在水平方向的两个平衡力(均为恒力)作用下沿水平方向做匀速直线运动，若撤去一个水平力，则有（AC）
A．物体的动能可能减少B．物体的动能可能不变
C．物体的动能可能增加D．余下的一个力一定对物体做正功
3、在离地面一定高度处，以相同的动能，向各个方向抛出多个质量相同的小球，这些小球到达地面时，有相同的（AC）
A．动能B．速度C．速率D．位移
4、．在光滑水平面上．质量为2kg的物体以2m／s的速度向东运动，当对它施加一向西的力使它停下来，则该外力对物体做的功是（C）
A．16JB．8J．C．4JD．0
5、甲、乙、丙三个物体具有相同的动能，甲的质量最大，丙的最小，要使它们在相同的距离内停止，若作用在物体上的合力为恒力，则合力（C）
A．甲的最大B．丙的最大
C．都一样大D．取决于它们的速度
6、把一根弹簧平放在光滑水平面上，使一端固定．把一个质量为1kg的滑块放在弹簧另一端，用力水平推动滑块使弹簧压缩．当把滑块由静止释放后，经过0.5s弹簧把滑块以10m/s的速度水平弹出去，在这段时间内弹簧对滑块做功的平均功率等于（C）
A、20WB、200WC、100WD、25W
7、一个质量为2kg的物体，以4m/s的速度在光滑水平面上向右滑行，从某个时刻起，在物体上作用一个向左的水平力，经过一段时间，物体的速度方向变为向左，大小仍然是4m/s，在这段时间内水平力对物体做的功为（A）
A、0B、8JC、16JD、32J
8、速度为v的子弹，恰可穿透一固定着的木板，如果子弹速度为2v，子弹穿透木板的阻力视为不变，则可穿透同样的木板（C）
A、2块B、3块C、4块D、1块
9、两辆汽车在同一平直路面上行驶，它们的质量之比m1：m2=1：2，速度之比v1：v2=2：1．当两车急刹车后，甲车滑行的最大距离为s1，乙车滑行的最大距离为s2．设两车与路面的动摩擦因数相等，不计空气的阻力，则（D）
A、s1：s2=1：2B、s1：s2=1：1C、s1：s2=2：1D、s1：s2=4：1
10、如图所示，一个质量为m的物体在高为h的斜面上刚好匀速下滑，现用平行于斜面的力缓慢地将物体沿斜面从底端拉到顶端，拉力所做的功为________．2mgh
11、在距地面12m高处以12m/s的速度抛出一个质量为2kg的物体，物体落到地面时的速度是19m/s，那么人在抛物的过程中对物体做的功是____J，物体下落过程中克服阻力做的功是____J．144，23
12、均匀直木板长为L=40cm，质量为2.0kg，与桌面间动摩擦因数为0.2．若在木板左端用一水平推力F将其推下桌子，水平推力至少做功___________J．(取g=10m/s2)．0.8J
13、一人在雪橇上，从静止开始沿着高度为15m的斜坡滑下，到达底部时的速度为10m/s，人和雪橇的总质量为60kg，下滑过程中克服阻力做的功等于______J．（取g=10m/s2）．6.0×103
14、如图所示，BD为一水平面，AC是斜面，一物体从A点由静止开始沿AC滑下，滑至D点时速度刚好为零，如果斜面改为AE（φ＞θ），让该物体从A点由静止开始沿AE滑下，最终物体静止于水平面上的F点（图中未画出）．试推证F点在D的左边、右边、还是与D点重合．（已知物体与接触面之间的动摩擦因数处处相同，不计物体通过E或C点时的能量损失）F点与D点重合
15、质量为m的滑块与倾角为θ的斜面间的动摩擦因数为μ，μ(1)停在斜面底端(2)(v02+2gh)/2μgcosθ
八、机械能守恒定律
【要点导学】
1、机械运动的_________统称为机械能。其含义是机械能的表现形式有三种：即___________。有时物体只具有动能，如水平路面上匀速行驶的汽车（取路面上的重力势能为零），我们说汽车也具有机械能。
2、三种形式的机械能之间也可以发生相互_______，如作竖直上抛运动的物体在上升过程中，_______在转化为_________；运动的小球碰到水平放置的一端固定的弹簧，在将弹簧压缩的过程中，小球的_________在转化为____________，弹出的过程中，_________又转化为小球的_________。如果在转化过程中满足总机械能守恒，则对我们处理问题带来极大的便利。
3、理论推理和实验验证都能指出：在只有____________的情况下，物体的动能和势能（含重力势能及弹簧势能）发生相互转化，但机械能的总量__________。机械能守恒定律的表达式为：___________，或者Ek2+Ep2＝Ek1+Ep1此外还有WG＝－ΔEp；－ΔEp＝ΔEk；ΔE机＝0（较适用于定性或半定量说理）
4、应用机械能守恒定律处理问题的解题步骤：
①确定研究对象和研究________（可以单个物体，也可以是相互作用的几个物体的整体）；
②考察_____________的条件是否满足（这一步骤比较容易出错，也是考试的重点，应紧扣只有重力、弹力做功，只存在重力势能、弹性势能和动能的转化来判断）；
③对物体做运动的状态分析，确定物体的初末动能；选择零势能点或面，确定初末状态的势能值。（注意物体的速度应为对地速度）；
④应用机械能守恒定律列出方程m2v22/2+mgh2=m1v12/2+mgh1并解方程；
⑤写好答案，必要时作讨论。
［范例精析］
例1不考虑弹性势能时下列运动中机械能一定守恒的是()
A、自由落体运动
B、竖直方向上做匀变速运动
C、在竖直方向上做匀速直线运动
D、在水平面上作匀加速直线运动
解析不考虑弹性势能时机械能守恒的条件是：“只有重力做功，只存在重力势能和动能的转化”。自由落体运动满足此条件，故机械能守恒；在竖直方向上做匀变速运动时，并不一定只受重力作用，可能有重力以外的力作用并做功，所以机械能不一定守恒；在竖直方向做匀速直线运动时，物体的动能不变，可重力势能在变化，所以机械能不守恒；在水平面上做匀加速直线运动时，物体的重力势能不变，可动能在增加，所以机械能不守恒，本题的正确选项是A。
拓展判断物体的机械能是否一定守恒，要求紧扣判据。其思考过程具有发散性思维的特征，要求有一定的力和运动的感性知识作为经验，学习过程中应注意前后知识的联系，不能把机械能守恒定律孤立起来。其次一种比较简捷的判断方法是看机械能的数量有无变化，若有变化则机械能肯定不守恒了。
例2如图所示，轻质弹簧的一端与墙相联，质量为2kg的滑块以5m/s的速度沿光滑平面运动并压缩弹簧，求：（1）弹簧在被压缩过程中最大弹性势能，（2）当木块的速度减为2m/s时，弹簧具有的弹性势能。
解析（1）滑块和弹簧组成的系统只有弹力做功，机械能守恒，当弹簧压缩到最短时，弹性势能最大，滑块的动能最小，此时滑块的动能全部转化为弹性势能，所以Epmax＝mv02/2＝25J；
（2）根据机械能守恒mv02/2＝mv12/2+Ep，解得Ep＝21J
拓展如果不用动能定理来处理，则需要求出弹簧的弹力对物体做的功，由于弹力为变力做功W=kx2/2，本题没有告知k，往往会陷入无法求解的局面。
例3如图所示，质量都是m的物体A和B，通过轻绳子跨过滑轮相连。斜面光滑，不计绳子和滑轮之间的摩擦。开始时A物体离地的高度为h，B物体位于斜面的底端，用手托住A物体，A、B两物均静止。撤去手后，求：
（1）A物体将要落地时的速度多大？
（2）A物落地后，B物由于惯性将继续沿斜面上升，则B物在斜面上的最远点离地的高度多大？
解析（1）开始时A、B两物同时运动，并且速率相等，由于两物构成的整体（系统）只有重力做功，故整体的机械能守恒，从能量转化及分配来看，A物体减少的重力势能，一部分用来增加B物体的重力势能，另一部分用来增加整体的动能。对应整体列出机械能守恒方程，就可以求出A物体将要落地时的速度。
mgh-mghsinθ=(m+m)v2/2………………（1）
整理得v=[gh(1-sinθ)]1/2
（2）当A物体落地后，B物体由于惯性将继续上升，此时绳子松了，对B物体而言，只有重力做功，故B物体的机械能守恒，对应B物列出机械能守恒方程，就可以求出B物体离地的最大高度。取B为研究对象，设其上升的最远点离地高度为H，
根据机械能守恒定律得：mv2/2=mg(H-hsinθ)…………（2）
整理得H=h(1+sinθ)/2
拓展应用机械能守恒定律时，通常用增加（或减少）的动能等于减少（或增加）的重力势能来列式比较简单、且不容易出现错误。此外从本题的应用可以看到，机械能守恒定律既可以适用于单个物体，也可以适用于几个相互作用的物体构成的整体（或称为系统），合理地选择研究对象可以使处理过程简单化，这一点只有在实践中不断地总结，才能有所提高。
【能力训练】
1、关于机械能是否守恒，下列叙述中正确的是(BD)
A、作匀速直线运动物体的机械能一定守恒
B、作匀变速运动物体的机械能可能守恒
C、外力对物体做功为零时，机械能一定守恒
D、只有重力对物体做功，物体的机械能一定守恒
2、在下列情况中，物体的机械能守恒的是(不计空气阻力)(ABD)
A、推出的铅球在空中运动的过程中
B、沿着光滑斜面匀加速下滑的物体
C、被起重机匀速吊起的物体
D、物体做平抛运动
3、下列关于物体机械能守恒的说法中，正确的是(D)
A．运动的物体，若受合外力为零，则其机械能一定守恒
B．运动的物体，若受合外力不为零，则其机械能一定不守恒
C．合外力对物体不做功，物体的机械能一定守恒
D．运动的物体，若受合外力不为零，其机械能有可能守恒
4、当物体克服重力做功时，物体的(C)
A．重力势能一定减少，机械能可能不变
B．重力势能一定增加，机械能一定增加
C．重力势能一定增加，动能可能不变
D．重力势能一定减少，动能可能减少
5、a、b、c三球自同一高度以相同速率抛出，a球竖直上抛，b球水平抛出，c球竖直下抛．设三球落地时的速率分别为va、vb、vc，则(D)
A．va＞vb＞vcB．va＝vb＞vcC．va＜vb＜vcD．va＝vb＝vc
6、一起重机吊着物体以加速度a(aA、重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量
B、物体重力势能的减少量等于物体动能的增加量
C、重力做的功大于物体克服缆绳的拉力所做的功
D、物体重力势能的减少量大于物体动能的增加量
7、物体以60J的初动能，从A点出发作竖直上抛运动，在它上升到某高度时，动能损失了30J，而机械能损失了10J，则该物体落回到A点时的动能为(空气阻力恒定)(D)
A、50JB、40JC、30JD、20J
8、以v0的速度竖直向上抛出一物体，忽略空气阻力影响，则物体上升的最大高度hmax＝_________；物体的重力势能为动能一半时，物体离抛出点的高度而h1＝hmax；物体的重力势能和动能相等时，物体离抛出点的高度h2＝______hmax；物体的动能是势能的一半时，物体离抛出点的高度h3＝________hmax；物体的速度减为时，物体离抛出点的高度h4＝__________hmax。v02/2g,1/3,1/2,2/3,3/4
9、如图所示，一轻绳跨过定滑轮悬挂质量为mA、mB的A、B两物块，滑轮的质量以及所有摩擦不计，已知mB>mA初始时两物块均静止，在两物块运动过程中，下列说法中正确的是(CD)
A、B减少的重力势能等于A增加的重力势能
B、B的机械能守恒
C、系统的机械能守恒，但两物体各自的机械能都在变化
D、B机械能的减少等于A机械能的增加
10、如图所示，光滑半球的半径R＝0.8m，一小球从其顶端由静止开始滑下，球到达地面时的速率是多少．(g取10m／s2)4m/s
11、a、b为紧靠着的且两边固定的两张相同的薄纸，如图所示。一个质量为m的小球从距纸面高度为H处自由下落，恰好能穿破两张纸(即穿过后速度为零)。现将a纸的位置升高，b纸的位置不变，要使小球仍能穿破两张纸，则a纸上移的最大高度是多大？H/2
12、如图所示，质量为m的小球A和质量为3m的小球B用细杆连接在一起，竖直地靠在光滑墙上，A球离地面高度为h，墙壁转角呈弧形，释放后它们一起沿光滑水平面滑行，求滑行的速度。(gh/2)1/2
九、实验：验证机械能守恒定律
【要点导学】
1、必须选择一个符合机械能守恒的运动模型来验证机械能守恒定律，本实验选择自由落体运动模型来验证机械能守恒定律，是因为物体在自由落体运动过程中只____做功，满足____________。
2、按照书本要求，本实验是验证自由落体轨迹上开始点和其后任意点的机械能守恒，为此必须选择物体初速度为_______,判断开始点是否满足要求的依据是________,为了计算物体减少的重力势能，必须测量出物体__________，对应的测量器材是_________。为了计算出某点时刻物体的动能，必须测量出物体在该时刻的瞬时速度，其计算公式为__________，这是利用了什么原理？________。为了计算物体的动能和重力势能，按理还需要知道物体的质量，但本实验中可以不测物体的质量，其原因是_______。
3、实验操作过程中，是先接通电源开始打点还是先放开纸带？为什么？_______。
4、为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应选______（填重、轻），纸带应_______放置。尽管采取了上述措施，但由于阻力还是存在的，所以实验中重力势能的减小量应______动能的增加量，这样才是符合实际的。
【范例精析】
例题：在《验证机械能守恒定律》的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，测得当地的重力加速度g=9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸带（如图），把第一点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D到0点的距离分别为62.99cm,70.18cm,77.76cm,85.73cm,根据以上的数据，可知重物由0运动到C点，重力势能的减小量等于_______J,动能的增加量等于_______J。（取三位有效数字）
解析重物从O点到C点下落高度h=0.7776m，△WP =mgh=1.009.80.7776J=7.62J
计算相应过程的动能增加量应先计算出C点的瞬时速度vc，由图可知：
vc=xBD/2t=(0.8537-0.7018)/(2×0.02)=3.898(m/s)
故ΔEk=mvc2/2=1.00×3.8982/2J=7.56J
拓展有些认为动能增加量可以根据机械能守恒得到△Ek=0.762J，这样做犯了逻辑错误，因为实验目的就是要验证机械能是否守恒，验证过程中当然不能利用机械能守恒的结论。且实验中不可避免存在阻力，动能增加量不等于重力势能的减小量。
【能力训练】
1、在本实验中，对自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？（D）
A、只要有足够重就可以
B、只要体积足够小就可以
C、既要足够重，又要体积非常小
D、应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲
2、在本实验中，有如下器材：A.打点计时器；B.低压交流电源（附导线）；C.天平（附砝码）；D.铁架台（附夹子）；E.重锤（附夹子）；F.纸带；G.秒表；H.复写纸。其中不必要的有______；还缺少的是_____。
C，G；刻度尺，电键
3、下列列出一些实验步骤：
A、用天平称出重物和夹子的质量
B、将重物系在夹子上
C、将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子静止在靠近打点计时器处。
D、把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6V（电源不接通）
E、把打点计时器用铁夹子固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一直线上。
F、在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据。
G、用秒表测出重物下落的时间
H、接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带
I、切断电源
J、更换纸带重新进行两次实验
K、在三条纸带中选出较好的一条
L、进行计算，得出结论，完成实验报告
M、拆下导线，整理器材
对于本实验以上步骤中，不必要的有_________；正确步骤的合理顺序是：________（填写代表字母）
A，G；EDBCHIJMKFL
4、本实验中，设在选定的纸带上依次把点子记为1，2，3，……等计数点，如图，纸带上所打点，记录了物体在不同时刻的_________，当打点计时器打点“4”时，物体动能的表达式应该是__________；若以计数点1为参考点，当打第4点时物体的机械能的表达式为______________（打点计时器的打点周期为T）。
5、在验证机械能守恒定律的实验中，若以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2—h图线___________,才能验证机械能守恒定律；v2/2—h图线的斜率等于_________的数值。
过原点的一条直线；重力加速度
6、在本实验中，由于在运动的初始阶段计时器打出的一些点子模糊不清，故必须选择比较清楚的点作为测量起点。今所选的测量范围的第1点在米尺上的位置为x1,第4点在米尺上的位置为x2，第7点在米尺上的位置为x3，第10点在米尺上的位置为x4，。若下落的物体质量为m，打点计时器每隔Ts打一点，则可利用上述数据求出物体从第4点到第7点一段过程中，势能的减少量是___________，动能增加量是______________。
d6－d1；d2/2T；（d7－d5）/2T；vG2－vB2=2gh
十、能量守恒定律与能源
【要点导学】
1、能量守恒定律的内容是：___________________________________。
能量有多种形式，与机械运动对应的能叫做机械能，与化学反应对应的能叫做化学能，与电荷运动对应的能叫做电能，与热运动对应的能叫做内能，……，此外还有生物能、磁能、核能等。当只有重力做功时，物体的重力势能与动能发生转化，减少（增加）的重力势能转化为增加（减少）的动能，物体的机械能是守恒的，可见机械能守恒定律仅仅是能量守恒定律在机械运动中的特殊体现。涉及机械能与内能发生转化时，物体的机械能不再守恒，减少（增加）的机械能将转化为增加（减少）的内能，这时尽管机械能不再守恒，但包括___________在内的总能量还是守恒的。永动机之所以不能实现，其原因是因为它_____________________。
2、能量的耗散是指__________________________________，能量耗散并不违背_________，但反映出自然界中宏观过程具有_________，能源利用受它的制约，所以能源利用是有________，也是有___________。
【范例精析】
例1在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过段时间后室内的温度将()
A、降低 B、不变 C、升高 D、无法判断
解析电冰箱制冷过程中，使冰箱内放出热量Q放，温度降低，同时使其外部空气吸收热量Q吸，温度升高，此过程不可能自发发生，必须借助压缩机的工作来完成，由于压缩机中的线圈有电阻，电流流过电阻要发热，此部分焦耳热将使室内温度上升，即从整体来看冰箱相当于一个发热电阻在使用。故正确答案是C。
拓展如图为化学中电解食盐（NaCl）水的示意图，a、b为两根导体电极，从能量角度看，电解的过程是将电能转化为化学能的过程，由于食盐水有一定的电阻，所以有一部分电能将转化为焦耳热。设电源电压为U，a、b间食盐水的等效电阻为R，电流表的示数为I，不计电极的电阻，下列说法正确的是()
A、电流表的示数等于U/R
B、电源的电压等于IR
C、单位时间产生的焦耳热等于I2R
D、单位时间产生的化学能等于IU-I2R
答案：BC[提示：电解过程中在把电能转化为化学能的同时，电解液电阻上也要产生焦耳热，作为电解来讲，此部分能量是浪费了]
例2瀑布从20cm高处以Q=103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？（瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10m/s2）
解析由能流图对能量的转化做出分析可得，
瀑布竖直下落后减少的机械能为mgh－mv2/2
转化为电能的为P=E/t=(mgh－mv2/2)×0.8/t=ρ水Q（gh－v2/2）×0.8
=103×103(10×20－22/2)×0.8W=1.58×108W=1.58×105kW
拓展某地强风速为v=14m/s，设空气密度为ρ=1.3kg/m3，通过横截面积为S=400m2的风全部使风力发电机转动，其动能有20%转化为电能，则发电的功率为多少瓦？（取2位有效数字）(答案：1.4×105)[提示：t秒内到风叶处的空气包含在以S为底面积，长为L=vt的柱体中]
【能力训练】
1、指出下列物理现象中能量转化的情况：
(1)燃料在气缸内燃烧，气缸内气体推动活塞运动，是_______能转化为_________能。
(2)给盛水的容器内的电阻丝通电，水温升高，是_________能转化为_________能。
(3)汽车紧急制动后在地面上滑行直到静止的过程，是_________能转化为_________能。
(4)跳伞运动员打开降落伞后，匀速下降阶段是_________能转化为_________能。
(1)内，机械；(2)电，内；(3)机械，内；(4)机械，内
2、若无大气吸收，在垂直照射时地球上每平方米面积的太阳光入射功率为P0=1.8kw，已知太阳到地球的距离为r=1.5×1011m，试计算太阳一秒钟总共放出多少能量？（保留一位有效数字）
5×1026J
3、瀑布从10m高处落下，如果下落中减少的机械能有50％转化为水的内能，水的温度升高多大 水的比热容是4.2×103J/(kg×0C)
0.012℃
4、如图所示，容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定．A、B的底部由带有阀门S的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B中的高h，打开阀门使A中水逐渐流向B中最后达到平衡。设A和B的横截面分别为SA和SB，水的密度为ρ。求：①大气压力对水做的功；②水的内能变化量。（忽略活塞和容器内能的变化）
5、电动机是把电能转化为机械能的装置，某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的重力等于500N，电源的电压恒定为110V，不计摩擦．当电动机以v=1.0m/s的恒定速度向上提升重物时，电流表的读数为5A：问：
(1)把电动机的输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，计算此电动机的效率；
(2)电动机的绕线电阻为多大？
(1)90.0%；(2)2Ω
二、功
［要点导学］
1、功的定义式W=F·lcosα，它是计算功的基本公式，不仅适用于恒力做功的计算，同时也适用于变力做功的计算，但由于中学数学知识的限制，中学阶段仅适用于恒力做功的计算，式中l是指以地面为参考系的位移，α是力F位移l的夹角。当α=π/2时，W=0，这时F与l垂直，力F不做功；当α＜π/2时，W＞0，力F做正功，F起动力作用；当π/2＜α≤π时，W＜0，力F做负功，F起阻力作用。
2、一个力对物体做负功，也可以说成物体克服这个力做功。竖直向上抛出的球，在上升过程中，重力对球做了-6J的功，也可以说成。
3、功是标量，没有方向，但有正负。当物体在几个力作用下发生一段位移l时，这几个力对物体所做的总功，等于代数和，也等于__________所做的功。
4、如果一个物体在变力作用下运动，可以用微元法来计算变力所做的功。先把轨迹分成___________小段，每小段都足够小，可认为是直线，而且物体通过每小段的_______足够短，在这样短的时间里，力的变化________，可以认为是恒定的。对每小段可以用公式W=Flcosα计算，最后把物体通过各个小段所做的功加在一起，就是变力在整个过程中所做的功。
［范例精析］
例1如图所示，水平面上有一倾角为θ的斜面，质量为m的物体静止在斜面上，现用水平力F推动斜面，使物体和斜面一起匀速向前移动距离l，求物体所受各力做的功各是多少？
解析先作出示意图，再对斜面上的物体受力分析：
重力mg，弹力N=mgcosθ，静摩擦力f=mgsinθ，它们都是恒力。
WG=mglcosπ/2=0,WN=Nlcos(π/2-θ)=mglsinθcosθ
Wf=flcos(π-θ)=-mglsinθcosθ
拓展这三个力对物体做的总功WG+WN+Wf=0，也可以先求三个力的合力，再求总功，匀速运动时，F合=0，所以W总=0
例2如图所示，小物体m位于光滑的斜面M上，斜面位于光滑的水平地面上，从地面上看，在小物体沿斜面下滑的过程中，斜面对小物体的作用力()
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，做功为零
D、不垂直于接触面，做功不为零
解析由于斜面光滑，所以斜面对物体只有支持力作用，支持力属于弹力，其方向总是垂直于接触面指向被支持的物体，所以此时斜面对小物体的作用力应垂直于接触面；讨论斜面对小物体的作用力是否做功，关键是看小物体是否在此力的方向上发生位移，为此有必要定性画出经过一段时间后小物体发生的对地位移，由于斜面放在光滑的地面上，小物体在斜面上下滑时，斜面将后退，由图可知，此力对小物体是做功的，本正确选为B。
拓展公式W=F·lcosα中“位移”是指对地位移。斜面是静止时，小物体的对地位移方向平行于斜面，垂直于支持力，所以支持力不做功。题中指明“斜面位于光滑的水平面上”，隐含条件是：“当小物体在斜面上下滑时，斜面将后退”，小物体参与两种运动，一是相对于斜面的滑动，二是跟随斜面向右的运动，使得小物体的对地位移与支持力的方向不垂直。斜面在运动，这一因素并不影响斜面的支持力始终与斜面垂直，但影响支持力是否做功。
例3动滑轮是一种简单机械，如图所示，滑轮和绳子的质量不计，用力开始提升原来静止的质量为10kg的物体，以2m/s2的加速度匀加速上升，求开始运动后3秒内拉力做的功.
解析设挂住物体的绳子中的拉力为大小F1，
则F1-mg=ma┄┄①
物体在开始运动后三秒内上升的位移为S=at2/2┄┄②
拉力的功为W=Flcos00┄┄③
代入数据得W=1080J┄┄④
拓展利用简单机械来做功时，可以抓住简单机械省力但不能省功的特点。动滑轮是一种简单机械，拉力F做的功等于挂住物体的绳子对物体做的功，就可以解决本题所要求的问题。
［能力训练］
1、关于功的概念，以下说法正确的是(B)
A.力是矢量，位移是矢量，所以功也是矢量；
B.功有正、负之分，所以功也有方向性；
C.若某一个力对物体不做功，说明该物体一定没有位移；
D.一个力对物体做的功等于这个力的大小、物体位移大小及力和位移间夹角的余弦三者的乘积。
2、用400N的力在水平地面上拉车行走50m，拉力与车前进的方向成30°角。那么，拉力对车做的功是(B)
A.2.0×104JB.1.0×104JC.1.7×104JD.以上均不对
3、运动员用2000N的力把质量为0.5kg的球踢出50m，则运动员对球所做的功是(D)
A．200JB.10000JC.25JD.无法确定
4、关于功的正负，下列叙述中正确的是(CD)
A．正功表示功的方向与物体运动方向相同，负功为相反
B．正功表示功大于零，负功表示功小于零
C．正功表示力和位移两者之间夹角小于90°，负功表示力和位移两者之间夹角大于90°
D．正功表示做功的力为动力，负功表示做功的力为阻力
5、以初速度v0竖直向上抛出一个质量为m的小球，上升最大高度是h．如果空气阻力Ff的大小恒定，则从抛出到落回出发点的整个过程中，空气阻力对小球做的功为(D)
A．0B．－FfhC．-2mghD．-2Ffh
6、起重机以a=1m/s2的加速度，将重G=104N的货物由静止匀加速向上提升。那么，在1s内起重机对货物做的功是(g=10m/s2)(D)
A.500J；B.5000J；C.4500J；D.5500J
7、有以下几种情况
①用水平推力F推一质量为m的物体在光滑的水平面上前进l
②用水平推力F推一质量为2m的物体在粗糙的水平面上前进l
③用与水平面成60°角的斜向上的拉力F拉一质量为m的物体在光滑平面上前进2l
④用与斜面平行的力F拉一质量为3m的物体在光滑的斜面上前进l
这几种情况下关于力F做功多少的正确判断是(D)
A、②做功最多B、④做功最多C、①做功最少D、四种情况，做功相等
8、两个互相垂直的力F1和F2作用在同一物体上，使物体运动，如图5-2-5所示，物体通过一段位移时，力F1对物体做功4J，力F2对物体做功3J，则力F1和F2的合力对物体做功为(A)
A、7JB、2JC、5JD、3.5J
9、火车头用F=5×104N的力拉着车厢向东开行S=30m，又倒回来以同样大小的力拉着车厢向西开行30m，在整个过程中，火车头对车厢所做的功是(A)
A、3×106JB、2×106JC、1.5×106JD、0
10、质量为m的物体，在水平力F的作用下，在粗糙的水平面上运动，下列说法中正确的是(ACD)
A、如果物体做加速直线运动，F一定对物体做正功
B、如果物体做减速直线运动，F一定对物体做负功
C、如果物体做减速直线运动，F可能对物体做正功
D、如果物体做匀速直线运动，F一定对物体做正功
11、重为400N的物体放在水平地面上，与地面的滑动摩擦因数为μ=0.2，在大小为F=500N，方向与水平面成α=37°斜向上的拉力作用下前进l=10m。在此过程中力F做功为J，摩擦力做功为J，重力做功J，合力所做的功为J。4000，－200，0，3800
12、如图所示，物体质量为2kg，光滑的定滑轮质量不计，滑轮两侧保持绳竖直，若拉着绳使物体上升2m，则拉力做功为J；若竖直向上拉力为50N，使物体上升2m，拉力做功J，重力对物体做功J。40，200，－40
13、下列说法正确的是(D)
A、有力有位移，该力一定做功
B、有加速度的物体一定有力对它做功
C、静摩擦力一定不做功，滑动摩擦力一定做负功
D、静摩擦力和滑动摩擦力都可能做正功
14、关于作用力和反作用力做功的关系，下列说法正确的是(D)
A、当作用力做正功时，反作用力一定做负功
B、当作用力不做功时，反作用力也不做功
C、作用力和反作用力所做的功大小一定相等，一正一负
D、作用力做正功时，反作用力也可以做正功
15、某人利用如图所示的装置，用100N的恒力F作用于不计质量的细绳的一端，将物体从水平面上的A点移到B点。已知α1=30°,α2=37°，h=1.5m，不计滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦，求绳的拉力对物体所做的功？50J
16、如图，小球在大小不变的拉力F的作用下，在水平槽内做圆周运动。如果圆半径为R，拉力F的方向恒与小球瞬时速度方向一致，则在小球运动一周过程中，拉力F所做的功多大？2πFR
三、功率
【要点导学】
1、功率是表示的物理量，功率是量，在国际单位制中功率的单位是。
3、P=W/t是功率的定义式，它普遍适用，不管是恒力做功，还是变力做功，不管是机械功还是电功等它都适用。但由它求得的一般是功率。公式P=Fvcosα，式中α为F与v的夹角。v为物体的对地速度。当v为平均速度时，求得的功率为功率，当v为瞬时速度时，求得的功率为功率。
4、汽车等交通工具的动力学分析：（设汽车受到的摩擦阻力大小保持恒定）
当保持功率恒定时，由P=Fv可以看出，F与v成反比，牵引力是变力，汽车作变加速运动，根据牛顿定律F-f=ma（f为汽车受到的阻力），随着速度的变大，将导致减小（对应的加速度也相应减小），但只要有加速度，汽车的速度将进一步增大，导致牵引力进一步减小，直至牵引力F等于阻力f，汽车作匀速直线运动，此时的最大速度为，汽车在不同的输出功率下能够达到的最大速度是不同的，其中的最大值对应汽车以最大输出功率（一般认为等于额定功率）。要提高汽车在给定路面上的最大速度值，应选用额定功率的发动机。
当牵引力F不变时，根据牛顿定律F-f=ma，汽车作匀变速运动，P与v成正比，当瞬时功率达到最大功率时，汽车的功率将保持不变，汽车改作运动，直至达到最大速度。
【范例精析】
例1一个质量为m的物体，在几个与水平面平行的力作用下静止在水平面上，在t=0时刻，将其中的一个力从F增大到3F，其他力不变，则在t=t1时刻，该力的功率为多大？
解析由于仅一个力大小变化，则其改变量即为物体受到的合外力，应用牛顿定律算出加速度，并应用匀变速运动速度公式求出此时的瞬时速度，在根据瞬时功率的定义式就可以求出此力的功率。P=Fvcosα=3F×2Ft/m=6F2t/m
拓展涉及功率的计算时一定要区分平均功率和瞬时功率，因为这两种功率的计算公式不同，审题时必须十分仔细。
一质量为m的木块静止在光滑的水平地面上，从t=0开始，将一个大小为F的水平恒力作用在该木块上，在t=t1时刻力F的功率和这段时间内的功率分别为多大？
例2汽车的质量为m=6.0×103kg，额定功率为Pm=90Kw,沿水平道路行驶时，阻力恒为重力的0.05倍(取g=10m/s2)。求：
(1)汽车沿水平道路匀速行驶的最大速度；
(2)设汽车由静止起匀加速行驶，加速度为a=0.5m/s2,求汽车维持这一加速度运动的最长时间。
解析（1）汽车匀速运动时F-0.05mg=0┄┄①
汽车的额定功率Pm=Fvm┄┄②
代入数据得vm=30m/s。
汽车匀加速行驶时，动力学方程为F-0.05mg=ma┄┄③
汽车的瞬时功率为P=Fv┄┄④
汽车的瞬时速度为v=at┄┄⑤
要求瞬时功率小于或等于额定功率P≤Pm┄┄⑥
代入数据得t≤30s┄┄⑦.
拓展有些同学计算匀加速运动可维持的时间时，用汽车在水平路面上的最大速度除以加加速度，得到时间为60s，这种做法是认为汽车可以一直以匀加速达到最大速度，显然是错误的。在用公式P=Fv时，必须结合具体的物理过程作细致的分析，应弄清是什么物理量保持恒定，例如在匀加速运动中，是牵引力F保持恒定；而在达到额定功率后，是汽车的功率保持恒定。本题中汽车的速度—时间图象如图所示，图中V1=at=15m/s。
【能力训练】
1、关于功率,下列说法正确的是（B）
A功率是描述力做功多少的物理量B功率是描述力做功快慢的物理量
C做功时间长,功率一定小D力做功多,功率一定大
2、关于功率，以下说法正确的是（C）
A、据P=W/t可知，机器做功越多，其功率就越大。
B、据P=Fv可知，汽车的牵引力一定与其速率成反比。
C、据P=Fv可知，发电机的功率一定时，交通工具的牵引力与运动速率成反比。
D、据P=W/t可知，只要知道时间t内机器所做的功，就可求得这段这段时间内任一时间机器做功的功率。
3、汽车上坡时，司机必须换档，其目的是（C）
A.减小速度，得到较小的牵引力B.增大速度，得到较小的牵引力
C.减小速度，得到较大的牵引力D.增大速度，得到较大的牵引力
4、质量为m的物体，在水平力F的作用下，在光滑水平面上从静止开始运动，则有（BC）
A．若时间相同，则力对物体做功的瞬时功率跟力F成正比
B．若作用力相同，则力对物体做功的瞬时功率跟时间t成正比
C．某时刻力F的瞬时功率大于这段时间内力F的平均功率
D．某时刻力F的瞬时功率等于这段时间内力F的平均功率
5、某同学进行体能训练,用了1000s时间跑上20m高的高楼,试估测他登楼的平均功率最接近的数值是（A）
A10WB100WC1kWD10kW
6、火车在一段水平的直线轨道上匀加速运动，若阻力不变，则牵引力F和它的瞬时功率P的变化情况是（A）
A、F不变，P变大B、F变小，P不变
C、F变大，P变大D、F不变，P不变
7、同一恒力按同样方式施在物体上，使它分别沿着粗糙水平地面和光滑水平地面移动相同的一段距离，恒力的功和功率分别为W1、P1和W2、、P2，则两者的关系是（B）
A、W1>W2P1>P2B、W1=W2P1
A、10-1kwB、10-3kwC、1kwD、10kw
9、物体质量为2kg,作自由落体运动，3秒末重力的瞬时功率为W，前3s内重力的平均功率为W，第3s内重力的平均功率为W。
600300500
10、汽车发动机的额定功率为100kw，所受的阻力为5000N，其在水平路面上运动的最大速度为m/s，当汽车的速度为10m/s时，其牵引力为N，若汽车的质量为2t，此时汽车的加速度为m/s2。
201045
11、一质量为m=10kg的物体，自水平地面由静止开始用一竖直向上的拉力F将其以a=0.5m/s2的加速度向上拉起。求在向上拉动的10s内，拉力F做功的功率。
262.5w
12、额定功率为80kW的汽车，在平直公路上行驶的最大速度为20m/s，汽车的质量m=2×103kg。如果汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2m/s2。运动过程中阻力不变，求：
（1）汽车所受的恒定阻力；
（2）3s末汽车的瞬时功率；
（3）经过多长时间汽车功率达到额定值？
4000，48000w，5s
四、重力势能
【要点导学】
1、物体由于而具有的能量叫做重力势能，表达式EP=。重力势能是量，有正负之分。重力势能具有相对性，与参考面选择有关，式中的h是指物体重心到的高度。通常选择作为参考面，也可以选物体系中的最低点为重力势能零点，这样可以避免出现负势能问题。
2、重力做功的特点是。重力做正功，物体的重力势能，重力做负功（也称物体克服重力做正功）时，物体的重力势能。用公式表示可写成。
3、势能也叫，是由决定的，因而重力势能是物体和地球组成的系统共有的。
【范例精析】
例1在高处的某一点将三个质量相同的小球以相同的速率v0分别上抛、平抛、下抛，那么以下说法正确的是()
A、从抛出到落地过程中，重力对它们所做的功都相等
B、从抛出到落地过程中，重力对它们做功的平均功率都相等
C、三个球落地时，重力的瞬时功率相同
D、如果考虑空气阻力，则从抛出到落地过程中，重力势能变化不相等
解析由于重力做功与路径无关，只是与初末位置高度差有关，三个小球初末位置高度差相同，所以重力做功都相等，A正确。
三个球在空中运动时间不一样，它们时间关系是t上抛＞t平抛＞t下抛，而平均功率F=W/t，所以平均功率不相等，B错。
落地时三个球的速率相等，但速度方向不同，瞬时功率P瞬=Fvcosα=mgvcosα，上抛和下抛α=00，而平抛物体落体时α≠00，故瞬时功率不相等，C错。重力势能的变化只与重力做功有关，重力做功相等，三个球的重力势能变化应该相等，故D也错。正确答案：A。
拓展竖直上抛一球，球又落回原处，已知空气阻力的大小正比于小球的速度()
A、上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功
B、上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功
C、上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率
D、上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率（BC）
例2如图所示，粗细均匀的U形管内装有总质量为m、总长度为3h的同种液体，开始时两边液面的高度差是h,管底阀门T处于关闭状态，现将阀门打开，当两管液面相等时，液体的重力势能变化了多少？
解析液体的重力势能变化对应着其重心的位置的变化，如图所示，左右液面等高时，等效于h/2高度的液体柱下降了h/2，而其它的液体的重心没有变化。h/2的液体柱的质量为m/6，由于重力做正功，故重力势能减少，-ΔEP=(mg/6)×h/2=mgh/12.
拓展本题利用了等效原理，即认为整体中只有局部液体的重心发生了变化，可以使问题简化。
某海湾共占面积1.0×107m2，涨潮时平均水深20m，此时关上水坝闸门，可使水位保持20m不变。退潮时，坝外水位降至18m，（如图所示），利用此水坝建立一座水力发电站，重力势能转化为电能的效率为10%，每天有两次涨潮，该电站每天能发出多少电能？[答案：4×1010J]
【能力训练】
1、下列关于重力势能的说法中正确的是(AB)
A、重力势能是物体和地球所共有的
B、重力势能的变化，只跟重力做功有关系，和其它力做功多少无关
C、重力势能是矢量，在地球表面以下为负
D、重力势能的增量等于重力对物体做的功
2、在一足够高的地方，将一质量为2kg的小球以4m/s的初速度竖直上抛，在没有空气阻力的情况下，从开始抛出到小球下落的速度达到4m/s的过程中，外力对小球做的功为(D)
A、32JB、16JC、8JD、0
3、当重力对物体做正功时，下列说法中正确的是(ACD)
A.物体的重力势能一定增加
B.物体的重力势能一定减少
C.物体的动能可能增加
D.物体的动能可能减少
4、物体在斜面上做加速运动时，下列说法哪个正确(C)
A、它的动能一定增大，重力势能也一定增大
B、它的动能一定增大，重力势能则一定减小
C、它的动能一定增大，重力势能一定发生变化
D、如果加速度逐渐减小，则物体的动能也逐渐减小
5、关于重力做功和物体重力势能的变化，下列说法中正确的是(ABC)
A、当重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少
B、当物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加
C、重力做功的多少与参考平面的选取无关
D、重力势能的变化量与参考平面的选取有关
6、如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设桌面处重力势能为零，则小球落地前瞬间的重力势能为(A)
A.-mgh B.mgH
C.mg(H+h) D.mg(H-h)
7、若物体m沿不同的路径Ⅰ和Ⅱ从A滑到B，如图5-4-4所示，则重力所做的功为(C)
A．沿路径Ⅰ重力做功最大
B．沿路径Ⅱ重力做功最大
C．沿路径Ⅰ和Ⅱ重力做功一样大
D．条件不足不能判断
8、一实心的正方体铁块与一实心的正方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，下列结论正确的是（以地面处重力势能为零）(C)
A．铁块的重力势能大于木块的重力势能
B．铁块的重力势能等于木块的重力势能
C．铁块的重力势能小于木块的重力势能
D．上述三种情况都有可能
9、选择不同的水平面作为参考平面，物体在某一位置的重力势能和某一程中重力势能的改变量(D)
A．都具有不同的数值B．都具有相同的数值
C．前者具有相同的数值，后者具有不同的数值
D．前者具有不同的数值，后者具有相同的数值
10、井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根长3m的绳子系住一个重100N的物体，若以地面为参考平面，则物体的重力势能为；若以井底面为参考平面，则物体的重力势能为。
－100J，700J
11、一根长2m、重200N的均匀木杆，放在水平地面上，现将它的一端从地面向上抬高0.5m，另一端仍搁在地面上，则所需的功为。若该杆系不均匀木杆，仍作相同的抬高，则所需功为（若无确定值，可写出功值的范围）。
50J，0－100J
12、在水平地面上平铺n块砖，每块砖的质量为m，厚度为h，如将砖一块一块地叠放起来，至少需要做多少功？
n(n－1)mgh/2
五、探究弹性势能的表达式
【要点导学】
1、发生__________的物体的各部分之间，由于_____的相互作用而具有的势能，叫做弹性势能。弹性势能和重力势能一样，也具有相对性，但弹性势能的改变量与零势能的选取________，这称为弹性势能改变是绝对的。应用中都是研究弹性势能与其它能量的转化问题，研究弹性势能的改变量是有实际意义的。
2、弹力做功与弹性势能的变化关系为：弹力做正功时，弹性势能________，并且弹力做多少功，弹性势能就减少多少；弹力做负功时（克服弹力做功），弹性势能_______，并且克服弹力做多少功，弹性势能就增加多少。
3、弹性势能的大小与弹性的劲度系数、弹簧形变量有关，为了研究弹性势能与劲度系数的关系，应控制什么量不变？________；为了研究弹性势能与弹簧形变量的关系，应控制________不变。这种研究方法叫做________，是物理学中的常用方法。通过实验研究和理论推导可知，弹簧的弹性势能表达式为________。
【范例精析】
例题：质量为m的物体（视为质点）放在水平地面上，物体上要装着一根长为l0，劲度系数为k的轻弹簧，现用手拉着弹簧的上端P缓慢上提，如图所示，直到物体离开地面一段距离。已知在这一过程中，P点的位移是h，则物体重力势能的增加量是多少？弹簧的弹性势能增加量为多大？
解析设弹簧的伸长量为l，则kl=mg┄┄①
有几何关系l0+l+H=h+l0┄┄②
物体的重力势能增加量为ΔEP=mgH┄┄③
弹簧的弹性势能增加量为ΔEP=kl2/2┄┄④
整理得重力势能增加量为ΔEP=mg(h-mg/k)；弹性势能增加量为ΔEP=m2g2/2k
拓展重力势能（或弹性势能）的变化量与重力（或弹力）做功紧密联系在一起，它们都和路径无关，结合平衡条件，通过几何分析确定物体上升的距离、弹簧形变量的变化量（本题即为弹簧伸长的长度），是计算重力势能或弹性势能改变量的关键。
【能力训练】
1、关于弹性势能下列说法中正确的是（BCD）
A、发生形变的物体都具有弹性势能B、弹性势能是一个标量
C、弹性势能的单位是焦耳（在国际单位制中）D、弹性势能是状态量
2、关于弹性势能，下列说法中正确的是（AD）
A、任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能
B、物体只要发生形变，就一定具有弹性势能
C、外力对弹性物体做功，物体的弹性势能就发生变化
D、发生弹性形变的物体，在它们恢复原状时都能对外界做功
3、如图所示，在光滑水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去F后，物体将向右运动，在物体向右运动的过程中下列说法正确的是（D）
A、弹簧的弹性势能逐渐减少
B、弹簧的弹性势能逐渐增加
C、弹簧的弹性势能先增加再减少
D、弹簧的弹性势能先减少再增加
4、上题中，在弹簧向右运动的过程中，弹簧弹力对物体的做功情况，下列说法正确的是（C）
A．弹簧对物体做正功B．弹簧对物体做负功
C．弹簧先对物体做正功，后对物体做负功D．弹簧先对物体做负功，后对物体做正功
5、计算变力不能直接把数据代入公式W=Flcosα计算功，此时可以用“微元法”来计算，如图所示为用力缓慢拉升弹簧时，拉力与弹簧升长量之间的关系图像，试推证将弹簧从自由长度到拉升长度为x的过程中，拉力做的功等于kx2/2，弹簧储存的弹性势能也为kx2/2。（设弹簧的劲度系数为k）
6、下列关于弹簧的弹力和弹性势能的说法正确的是（C）
A、弹力与弹簧的形变量成正比，弹性势能与弹簧的形变量成正比
B、弹力与弹簧的形变量的平方成正比，弹性势能与弹簧的形变量成正比
C、弹力与弹簧的形变量成正比，弹性势能与弹簧的形变量的平方成正比。
D、弹力与弹簧的形变量的平方成正比，弹性势能与弹簧的形变量的平方成正比
7、如图所示为一根弹簧弹力F与形变量x的关系图线：
（1）确定弹簧的劲度系数；
（2）将此弹簧从原长拉伸6cm时，弹性势能为多的大？
（3）将此弹簧压缩4cm时，弹性势能为多大？
(1)500N/m;(2)0.9J;(3)0.4J
8、在一次演示实验中，一压紧的弹簧沿一粗糙水平面射出一小球，测得弹簧压缩的距离d和小球在粗糙水平面滚动的距离s如下表所示．由此表可以归纳出小球滚动的距离s跟弹簧压缩的距离d之间的关系，并猜测弹簧的弹性势能EP跟弹簧压缩的距离d之间的关系分别是（选项中k1、k2是常量）(D)
实验次数 1 2 3 4
d/cm 0.50 1.00 2.00 4.00
s/cm 4.98 20.02 80.10 319.5
A、s=k1d，EP=k2d B、s=k1d，EP=k2d2
C、s=k1d2，EP=k2d D、s=k1d2，EP=k2d2
9、竖直放置的轻质弹簧，劲度系数为k，将质量为m的物体轻轻放在弹簧的上端，物体将上下振动，由于空气阻力的作用，物体最终将静止。
(1)求全过程物体减少的重力势能；
(2)弹簧中储存的弹性势能；
(3)物体减少的重力势能是否等于弹性势能的增加量？
(1)m2g2/k；(2)m2g2/2；(3)不等
六、探究功与物体速度变化的关系
【要点导学】
1、探究实验的设计思路：要求能够改变功和测量功W，能够对应地测量出物体的速度v。书本利用如图所示的装置来实验。本实验中改变功的办法是________________________，功的变化情况是一份功W、二份功2W、三份功3W等，为了是橡皮筋对物体做的功为总功，必须消除摩擦力做功对探究带来的影响，因此实验前必须将木板适当____________，使小车能够在木板上作匀速运动为标准；物体速度的测量是通过_____________来实现的。
2、探究实验的数据分析：为了清晰地显示出功与速度变化的关系，数据分析时可以采用图象分析法。如果作出______________是一条直线，表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比例关系，即W∝v；如果不是直线，就可能是W∝v2、W∝v3，甚至W∝。因此记录实验数据时可以设计一个如图的表格。
[范例精析］
例1如图是本实验的装置示意图。（1）长木板的倾斜程度如何调试？（2）小车前上方的钩子在制作造型上有何要求？
解析（1）木板的倾斜程度应调节到轻推小车（拖着纸带），则小车恰能在木板上匀速下滑。（2）小车前上方的钩子是用于套橡皮筋的，制作造型上要求在橡皮筋松弛时，很容易从钩子上脱落下来。
例2在用本节教材所示的实验装置进行的探究实验时，打出了如图5-6-3所示的一条纸带，请你说说：（1）利用这条纸带要测出哪个物理量？（2）要利用纸带上的哪一段，才能正确上述的物理量？
解析（1）在弹簧的弹力消失后，小车的运动近似是匀速运动，利用这条纸带要测出物体匀速运动的速度；（2）寻找哪些点的间距是均匀的，利用这些点距均匀的点来测量小车的速度，通过测量可以知道，在f-g-h之间点的间隔是均匀的，假设打点计时器的周期为T，则小车的最大速度为vm=fg/2T。
拓展理论上讲，也可以利用纸带上的d-e-f段，先求出打e点时的速度ve，再求加速度a，再求打点f时的速度vf，但是这样做既麻烦，误差又大，所以这种做法不可取。
在做本实验时，打出点的纸带上应该写出打这条纸带时所用的橡皮筋的数目。某同学分别用一条橡皮筋、二条橡皮筋做实验，打出了如图所示的纸带，但是该同学忘了在纸带上记录橡皮筋的数目，你能否帮助该同学判断每条纸带对应的橡皮筋的数目？
参考答案：因为实验中选取的橡皮筋都是相同的，所以每条橡皮筋的作用力也是相同的，用两条橡皮筋时的作用力是用一条橡皮筋时的作用力的两倍，那么加速度也是两倍。也就是说用两条橡皮筋时的速度变化得快。由图可知，下面的纸带的速度变化快，所以下面的纸带应该是用两条橡皮筋时打的点。
【能力训练】
1、关于探究功与物体速度变化的关系实验中，下列叙述正确的是(D)
A、每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
B、每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致
C、放小车的长木板应该尽量使其水平
D、先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出
2、除了从实验探究功与物体速度变化的关系外，也可以从理论上作探究。如图所示，我们选用理想化模型来探究。设质量为m的物体放在光滑的水平地面上，用恒定的水平推力使物体移动L的水平距离，试根据牛顿运动定律和功的计算公式，推理功和物体速度变化的关系。
3、设质量为m的物体放在倾角为α的粗糙斜面上，用恒定的推力沿着斜面方向使物体移动L的距离，试根据牛顿运动定律和功的计算公式，推理功和物体速度变化的关系。本题与习题1的结论有什么不同？
4、在小车牵引纸带运动过程中，打点计时器记录了小车的运动情况，如图所示，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s．试计算
（l）各点瞬时速度：
vA=___________m/s0
vB=___________m/s0.6
vC=___________m/s1.2
vD=___________m/s1.8
vE=___________m/s2.4
(2)设小车质量为m=1.0kg，试作出从A点至B点、至C点、至D点、至E点的过程中，合外力的功W与各计数点速度平方v2的关系图线．
5、除了课本介绍的探究性实验装置外，请你设计一个探究功与物体速度变化关系的实验：（1）应指出实验中如何测定速度和功；（2）实验数据处理时采用什么样的方法可以看出功与速度变化的关系；（3）你设计的实验中应注意写什么问题？
七、动能和动能定理
【要点导学】
1、物体由于________而具有的能叫做动能，计算公式为___________,式中速度v为物体的对_______运动速度，根据公式可知，动能恒大于或等于零。
2、物体的动能变化是由_________决定的，反映这一规律的定理叫_______，其表达式为__________。当_____对物体做正功时，物体的动能将增加，说明_________是物体运动的动力；当___________对物体做负功时，物体的动能将减小，说明____________是物体运动的动力；如果___________对物体不做功（例如匀速圆周运动的向心力），物体的________就不变化。动能定理指出了物体动能变化的决定因素，因此计算物体的动能变化时，必须从________做功的角度来思考，尤其是在计算变力做功时，一般都选用__________处理。
3、动能定理是无条件适用的，它是力学中的重要定理，应用动能定理的一般步骤为：
①确定研究对象，明确它的运动过程；
②正确的________是应用动能定理的前提，由于涉及合外力做功，必须正确进行________，如果出现少力或力方向错误等，则整个问题的解答已经错误；
③正确判断各个力的_______情况，什么力做功？什么力不做？什么力做正功？什么力做负功？
④正确的状态分析，由于动能定理中需要物体初末状态的动能值，因此必须正确分析清楚处末状态的运动情况；
⑤根据W总=mv22/2－mv12/2列方程求解；
⑥写好答案（必要时对答案进行讨论）。
［范例精析］
例1如图所示，在光滑的平台上有一质量为6kg的物体，开始处于静止状态，当人拉紧绳子以5m/s的速度匀速从B点运动到A点。已知OB=3m，AB=4m。求此过程中人对物体所做的功。
解析①确定研究对象为水平面上的物体；
②物体受到重力、平台的支持力、绳子的拉力；
③重力和平台的支持力都不对物体做功，绳子拉力对物体做正功（但绳子拉力大小未知）；
④物体的速度由零增加到5m/s；
⑤根据W总=mv22/2－mv12/2列方程为
W总=W拉＝mv22/2－mv12/2＝6×（5×4/5）2/2－0=48J
答：此过程中人对物体所做的功为48J。
拓展本题中绳子的拉力应为变力（可以根据速度分解原理自行证明，物体将做变速运动），通常情况下，计算变力做功时，一般多是用动能定理求。
例如：一质量为2kg的铅球从离地面2m高处自由下落，陷入砂坑中2cm深处，求砂子对铅球的平均阻力。[提示：直接对全过程应用动能定理：mg(H+h)-fh=0-0]
例2一列车的质量是5×105kg，在平直的轨道上以额定功率3000kW加速行驶，当速度由10m/s加速到可能达到的最大速率30m/s时，共用了3min，则在这段时间内列车前进的距离是多少？（假设地面及空气给汽车的阻力为恒力）
解析①确定研究对象为水平面上的汽车；
②汽车受到重力、地面的支持力、地面给的牵引力（静摩擦力）；地面滚动摩擦力及空气给的滑动摩擦阻力总计为f（如图所示）；
③地面给的牵引力对汽车做正功（但为变力做功）；阻力f对汽车做负功，其余力均不做功；
④汽车的速度由10m/s增加到30m/s；
⑤根据W总=mv22/2－mv12/2列方程为Pt-fs=m(v22-v12)/2┄┄①
当列车达到最大速率时以vm匀速行驶，f=P/vm=1×105N┄┄②,
代入数据得s=3400m┄┄③
拓展涉及机车功率问题时，首先要区别是牵引力不变还是牵引力做功的功率不变，即要确定机车的运动模式，不同的模式，其运动规律是不同的，本例中由于列车功率不变，列车在做变加速度运动，因此不满足匀变速运动规律。本题的常见错误是认为列车的牵引力是恒力，从而应用牛顿第二定律求出加速度，在根据运动学公式求出列车运动的位移。或利用平均速度公式来计算位移。
例3质量为m的物体在水平地面上以一定的初速度滑行，若物体与地面之间的动摩擦因数为μ，在开始阶段受到与初速同方向的水平推力F1作用前进S1位移，接着以同方向的水平推力F2作用进S2位移，然后撤除外力，物体再前进S3位移后停止。求物体的初速度v0。
解析本题有三个物理过程，考虑到物体的受力情况，力的做功情况很清晰，可以用全过程的动能定理一次性处理。F1和F2均为动力做功，滑动摩擦力μmg为阻力做负功，各力做功的代数和等于物体动能的变化
F1S1+F2S2-μmg(S1+S2)=0-mv02/2┄┄①,
解得:
拓展本题涉及的三个运动过程中，物体受到的合外力都是恒力，当然可以用牛顿运动来处理，但是应分成三个物理过程分段解答，至少应解六步才可得解，显然比较烦琐。而动能定理可以将全过程当作一个过程来处理，充分体现出它的优越性，学习过程中要善于选择合适的过程来处理问题。
例如：一钢球质量为m，自高度H处静止下落至一钢板上，与钢板碰撞后弹起，碰撞过程中无能量损失，若所受的空气阻力F的大小不变，求：①小球第一次下落至钢板时（尚未碰撞）的速度；②小球从开始下落到完全静止所通过的总路程。
【能力训练】
1、下列说法中，正确的是（BD）
A．物体的动能不变，则其速度一定也不变
B．物体的速度不变，则其动能也不变
C．物体的动能不变，说明物体的运动状态没有改变
D．物体的动能不变，说明物体所受的合外力一定为零
2、一物体在水平方向的两个平衡力(均为恒力)作用下沿水平方向做匀速直线运动，若撤去一个水平力，则有（AC）
A．物体的动能可能减少B．物体的动能可能不变
C．物体的动能可能增加D．余下的一个力一定对物体做正功
3、在离地面一定高度处，以相同的动能，向各个方向抛出多个质量相同的小球，这些小球到达地面时，有相同的（AC）
A．动能B．速度C．速率D．位移
4、．在光滑水平面上．质量为2kg的物体以2m／s的速度向东运动，当对它施加一向西的力使它停下来，则该外力对物体做的功是（C）
A．16JB．8J．C．4JD．0
5、甲、乙、丙三个物体具有相同的动能，甲的质量最大，丙的最小，要使它们在相同的距离内停止，若作用在物体上的合力为恒力，则合力（C）
A．甲的最大B．丙的最大
C．都一样大D．取决于它们的速度
6、把一根弹簧平放在光滑水平面上，使一端固定．把一个质量为1kg的滑块放在弹簧另一端，用力水平推动滑块使弹簧压缩．当把滑块由静止释放后，经过0.5s弹簧把滑块以10m/s的速度水平弹出去，在这段时间内弹簧对滑块做功的平均功率等于（C）
A、20WB、200WC、100WD、25W
7、一个质量为2kg的物体，以4m/s的速度在光滑水平面上向右滑行，从某个时刻起，在物体上作用一个向左的水平力，经过一段时间，物体的速度方向变为向左，大小仍然是4m/s，在这段时间内水平力对物体做的功为（A）
A、0B、8JC、16JD、32J
8、速度为v的子弹，恰可穿透一固定着的木板，如果子弹速度为2v，子弹穿透木板的阻力视为不变，则可穿透同样的木板（C）
A、2块B、3块C、4块D、1块
9、两辆汽车在同一平直路面上行驶，它们的质量之比m1：m2=1：2，速度之比v1：v2=2：1．当两车急刹车后，甲车滑行的最大距离为s1，乙车滑行的最大距离为s2．设两车与路面的动摩擦因数相等，不计空气的阻力，则（D）
A、s1：s2=1：2B、s1：s2=1：1C、s1：s2=2：1D、s1：s2=4：1
10、如图所示，一个质量为m的物体在高为h的斜面上刚好匀速下滑，现用平行于斜面的力缓慢地将物体沿斜面从底端拉到顶端，拉力所做的功为________．2mgh
11、在距地面12m高处以12m/s的速度抛出一个质量为2kg的物体，物体落到地面时的速度是19m/s，那么人在抛物的过程中对物体做的功是____J，物体下落过程中克服阻力做的功是____J．144，23
12、均匀直木板长为L=40cm，质量为2.0kg，与桌面间动摩擦因数为0.2．若在木板左端用一水平推力F将其推下桌子，水平推力至少做功___________J．(取g=10m/s2)．0.8J
13、一人在雪橇上，从静止开始沿着高度为15m的斜坡滑下，到达底部时的速度为10m/s，人和雪橇的总质量为60kg，下滑过程中克服阻力做的功等于______J．（取g=10m/s2）．6.0×103
14、如图所示，BD为一水平面，AC是斜面，一物体从A点由静止开始沿AC滑下，滑至D点时速度刚好为零，如果斜面改为AE（φ＞θ），让该物体从A点由静止开始沿AE滑下，最终物体静止于水平面上的F点（图中未画出）．试推证F点在D的左边、右边、还是与D点重合．（已知物体与接触面之间的动摩擦因数处处相同，不计物体通过E或C点时的能量损失）F点与D点重合
15、质量为m的滑块与倾角为θ的斜面间的动摩擦因数为μ，μ
八、机械能守恒定律
【要点导学】
1、机械运动的_________统称为机械能。其含义是机械能的表现形式有三种：即___________。有时物体只具有动能，如水平路面上匀速行驶的汽车（取路面上的重力势能为零），我们说汽车也具有机械能。
2、三种形式的机械能之间也可以发生相互_______，如作竖直上抛运动的物体在上升过程中，_______在转化为_________；运动的小球碰到水平放置的一端固定的弹簧，在将弹簧压缩的过程中，小球的_________在转化为____________，弹出的过程中，_________又转化为小球的_________。如果在转化过程中满足总机械能守恒，则对我们处理问题带来极大的便利。
3、理论推理和实验验证都能指出：在只有____________的情况下，物体的动能和势能（含重力势能及弹簧势能）发生相互转化，但机械能的总量__________。机械能守恒定律的表达式为：___________，或者Ek2+Ep2＝Ek1+Ep1此外还有WG＝－ΔEp；－ΔEp＝ΔEk；ΔE机＝0（较适用于定性或半定量说理）
4、应用机械能守恒定律处理问题的解题步骤：
①确定研究对象和研究________（可以单个物体，也可以是相互作用的几个物体的整体）；
②考察_____________的条件是否满足（这一步骤比较容易出错，也是考试的重点，应紧扣只有重力、弹力做功，只存在重力势能、弹性势能和动能的转化来判断）；
③对物体做运动的状态分析，确定物体的初末动能；选择零势能点或面，确定初末状态的势能值。（注意物体的速度应为对地速度）；
④应用机械能守恒定律列出方程m2v22/2+mgh2=m1v12/2+mgh1并解方程；
⑤写好答案，必要时作讨论。
［范例精析］
例1不考虑弹性势能时下列运动中机械能一定守恒的是()
A、自由落体运动
B、竖直方向上做匀变速运动
C、在竖直方向上做匀速直线运动
D、在水平面上作匀加速直线运动
解析不考虑弹性势能时机械能守恒的条件是：“只有重力做功，只存在重力势能和动能的转化”。自由落体运动满足此条件，故机械能守恒；在竖直方向上做匀变速运动时，并不一定只受重力作用，可能有重力以外的力作用并做功，所以机械能不一定守恒；在竖直方向做匀速直线运动时，物体的动能不变，可重力势能在变化，所以机械能不守恒；在水平面上做匀加速直线运动时，物体的重力势能不变，可动能在增加，所以机械能不守恒，本题的正确选项是A。
拓展判断物体的机械能是否一定守恒，要求紧扣判据。其思考过程具有发散性思维的特征，要求有一定的力和运动的感性知识作为经验，学习过程中应注意前后知识的联系，不能把机械能守恒定律孤立起来。其次一种比较简捷的判断方法是看机械能的数量有无变化，若有变化则机械能肯定不守恒了。
例2如图所示，轻质弹簧的一端与墙相联，质量为2kg的滑块以5m/s的速度沿光滑平面运动并压缩弹簧，求：（1）弹簧在被压缩过程中最大弹性势能，（2）当木块的速度减为2m/s时，弹簧具有的弹性势能。
解析（1）滑块和弹簧组成的系统只有弹力做功，机械能守恒，当弹簧压缩到最短时，弹性势能最大，滑块的动能最小，此时滑块的动能全部转化为弹性势能，所以Epmax＝mv02/2＝25J；
（2）根据机械能守恒mv02/2＝mv12/2+Ep，解得Ep＝21J
拓展如果不用动能定理来处理，则需要求出弹簧的弹力对物体做的功，由于弹力为变力做功W=kx2/2，本题没有告知k，往往会陷入无法求解的局面。
例3如图所示，质量都是m的物体A和B，通过轻绳子跨过滑轮相连。斜面光滑，不计绳子和滑轮之间的摩擦。开始时A物体离地的高度为h，B物体位于斜面的底端，用手托住A物体，A、B两物均静止。撤去手后，求：
（1）A物体将要落地时的速度多大？
（2）A物落地后，B物由于惯性将继续沿斜面上升，则B物在斜面上的最远点离地的高度多大？
解析（1）开始时A、B两物同时运动，并且速率相等，由于两物构成的整体（系统）只有重力做功，故整体的机械能守恒，从能量转化及分配来看，A物体减少的重力势能，一部分用来增加B物体的重力势能，另一部分用来增加整体的动能。对应整体列出机械能守恒方程，就可以求出A物体将要落地时的速度。
mgh-mghsinθ=(m+m)v2/2………………（1）
整理得v=[gh(1-sinθ)]1/2
（2）当A物体落地后，B物体由于惯性将继续上升，此时绳子松了，对B物体而言，只有重力做功，故B物体的机械能守恒，对应B物列出机械能守恒方程，就可以求出B物体离地的最大高度。取B为研究对象，设其上升的最远点离地高度为H，
根据机械能守恒定律得：mv2/2=mg(H-hsinθ)…………（2）
整理得H=h(1+sinθ)/2
拓展应用机械能守恒定律时，通常用增加（或减少）的动能等于减少（或增加）的重力势能来列式比较简单、且不容易出现错误。此外从本题的应用可以看到，机械能守恒定律既可以适用于单个物体，也可以适用于几个相互作用的物体构成的整体（或称为系统），合理地选择研究对象可以使处理过程简单化，这一点只有在实践中不断地总结，才能有所提高。
【能力训练】
1、关于机械能是否守恒，下列叙述中正确的是(BD)
A、作匀速直线运动物体的机械能一定守恒
B、作匀变速运动物体的机械能可能守恒
C、外力对物体做功为零时，机械能一定守恒
D、只有重力对物体做功，物体的机械能一定守恒
2、在下列情况中，物体的机械能守恒的是(不计空气阻力)(ABD)
A、推出的铅球在空中运动的过程中
B、沿着光滑斜面匀加速下滑的物体
C、被起重机匀速吊起的物体
D、物体做平抛运动
3、下列关于物体机械能守恒的说法中，正确的是(D)
A．运动的物体，若受合外力为零，则其机械能一定守恒
B．运动的物体，若受合外力不为零，则其机械能一定不守恒
C．合外力对物体不做功，物体的机械能一定守恒
D．运动的物体，若受合外力不为零，其机械能有可能守恒
4、当物体克服重力做功时，物体的(C)
A．重力势能一定减少，机械能可能不变
B．重力势能一定增加，机械能一定增加
C．重力势能一定增加，动能可能不变
D．重力势能一定减少，动能可能减少
5、a、b、c三球自同一高度以相同速率抛出，a球竖直上抛，b球水平抛出，c球竖直下抛．设三球落地时的速率分别为va、vb、vc，则(D)
A．va＞vb＞vcB．va＝vb＞vcC．va＜vb＜vcD．va＝vb＝vc
6、一起重机吊着物体以加速度a(a
B、物体重力势能的减少量等于物体动能的增加量
C、重力做的功大于物体克服缆绳的拉力所做的功
D、物体重力势能的减少量大于物体动能的增加量
7、物体以60J的初动能，从A点出发作竖直上抛运动，在它上升到某高度时，动能损失了30J，而机械能损失了10J，则该物体落回到A点时的动能为(空气阻力恒定)(D)
A、50JB、40JC、30JD、20J
8、以v0的速度竖直向上抛出一物体，忽略空气阻力影响，则物体上升的最大高度hmax＝_________；物体的重力势能为动能一半时，物体离抛出点的高度而h1＝hmax；物体的重力势能和动能相等时，物体离抛出点的高度h2＝______hmax；物体的动能是势能的一半时，物体离抛出点的高度h3＝________hmax；物体的速度减为时，物体离抛出点的高度h4＝__________hmax。v02/2g,1/3,1/2,2/3,3/4
9、如图所示，一轻绳跨过定滑轮悬挂质量为mA、mB的A、B两物块，滑轮的质量以及所有摩擦不计，已知mB>mA初始时两物块均静止，在两物块运动过程中，下列说法中正确的是(CD)
A、B减少的重力势能等于A增加的重力势能
B、B的机械能守恒
C、系统的机械能守恒，但两物体各自的机械能都在变化
D、B机械能的减少等于A机械能的增加
10、如图所示，光滑半球的半径R＝0.8m，一小球从其顶端由静止开始滑下，球到达地面时的速率是多少．(g取10m／s2)4m/s
11、a、b为紧靠着的且两边固定的两张相同的薄纸，如图所示。一个质量为m的小球从距纸面高度为H处自由下落，恰好能穿破两张纸(即穿过后速度为零)。现将a纸的位置升高，b纸的位置不变，要使小球仍能穿破两张纸，则a纸上移的最大高度是多大？H/2
12、如图所示，质量为m的小球A和质量为3m的小球B用细杆连接在一起，竖直地靠在光滑墙上，A球离地面高度为h，墙壁转角呈弧形，释放后它们一起沿光滑水平面滑行，求滑行的速度。(gh/2)1/2
九、实验：验证机械能守恒定律
【要点导学】
1、必须选择一个符合机械能守恒的运动模型来验证机械能守恒定律，本实验选择自由落体运动模型来验证机械能守恒定律，是因为物体在自由落体运动过程中只____做功，满足____________。
2、按照书本要求，本实验是验证自由落体轨迹上开始点和其后任意点的机械能守恒，为此必须选择物体初速度为_______,判断开始点是否满足要求的依据是________,为了计算物体减少的重力势能，必须测量出物体__________，对应的测量器材是_________。为了计算出某点时刻物体的动能，必须测量出物体在该时刻的瞬时速度，其计算公式为__________，这是利用了什么原理？________。为了计算物体的动能和重力势能，按理还需要知道物体的质量，但本实验中可以不测物体的质量，其原因是_______。
3、实验操作过程中，是先接通电源开始打点还是先放开纸带？为什么？_______。
4、为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应选______（填重、轻），纸带应_______放置。尽管采取了上述措施，但由于阻力还是存在的，所以实验中重力势能的减小量应______动能的增加量，这样才是符合实际的。
【范例精析】
例题：在《验证机械能守恒定律》的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，测得当地的重力加速度g=9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸带（如图），把第一点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D到0点的距离分别为62.99cm,70.18cm,77.76cm,85.73cm,根据以上的数据，可知重物由0运动到C点，重力势能的减小量等于_______J,动能的增加量等于_______J。（取三位有效数字）
解析重物从O点到C点下落高度h=0.7776m，△WP =mgh=1.009.80.7776J=7.62J
计算相应过程的动能增加量应先计算出C点的瞬时速度vc，由图可知：
vc=xBD/2t=(0.8537-0.7018)/(2×0.02)=3.898(m/s)
故ΔEk=mvc2/2=1.00×3.8982/2J=7.56J
拓展有些认为动能增加量可以根据机械能守恒得到△Ek=0.762J，这样做犯了逻辑错误，因为实验目的就是要验证机械能是否守恒，验证过程中当然不能利用机械能守恒的结论。且实验中不可避免存在阻力，动能增加量不等于重力势能的减小量。
【能力训练】
1、在本实验中，对自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？（D）
A、只要有足够重就可以
B、只要体积足够小就可以
C、既要足够重，又要体积非常小
D、应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲
2、在本实验中，有如下器材：A.打点计时器；B.低压交流电源（附导线）；C.天平（附砝码）；D.铁架台（附夹子）；E.重锤（附夹子）；F.纸带；G.秒表；H.复写纸。其中不必要的有______；还缺少的是_____。
C，G；刻度尺，电键
3、下列列出一些实验步骤：
A、用天平称出重物和夹子的质量
B、将重物系在夹子上
C、将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子静止在靠近打点计时器处。
D、把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6V（电源不接通）
E、把打点计时器用铁夹子固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一直线上。
F、在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据。
G、用秒表测出重物下落的时间
H、接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带
I、切断电源
J、更换纸带重新进行两次实验
K、在三条纸带中选出较好的一条
L、进行计算，得出结论，完成实验报告
M、拆下导线，整理器材
对于本实验以上步骤中，不必要的有_________；正确步骤的合理顺序是：________（填写代表字母）
A，G；EDBCHIJMKFL
4、本实验中，设在选定的纸带上依次把点子记为1，2，3，……等计数点，如图，纸带上所打点，记录了物体在不同时刻的_________，当打点计时器打点“4”时，物体动能的表达式应该是__________；若以计数点1为参考点，当打第4点时物体的机械能的表达式为______________（打点计时器的打点周期为T）。
5、在验证机械能守恒定律的实验中，若以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2—h图线___________,才能验证机械能守恒定律；v2/2—h图线的斜率等于_________的数值。
过原点的一条直线；重力加速度
6、在本实验中，由于在运动的初始阶段计时器打出的一些点子模糊不清，故必须选择比较清楚的点作为测量起点。今所选的测量范围的第1点在米尺上的位置为x1,第4点在米尺上的位置为x2，第7点在米尺上的位置为x3，第10点在米尺上的位置为x4，。若下落的物体质量为m，打点计时器每隔Ts打一点，则可利用上述数据求出物体从第4点到第7点一段过程中，势能的减少量是___________，动能增加量是______________。
d6－d1；d2/2T；（d7－d5）/2T；vG2－vB2=2gh
十、能量守恒定律与能源
【要点导学】
1、能量守恒定律的内容是：___________________________________。
能量有多种形式，与机械运动对应的能叫做机械能，与化学反应对应的能叫做化学能，与电荷运动对应的能叫做电能，与热运动对应的能叫做内能，……，此外还有生物能、磁能、核能等。当只有重力做功时，物体的重力势能与动能发生转化，减少（增加）的重力势能转化为增加（减少）的动能，物体的机械能是守恒的，可见机械能守恒定律仅仅是能量守恒定律在机械运动中的特殊体现。涉及机械能与内能发生转化时，物体的机械能不再守恒，减少（增加）的机械能将转化为增加（减少）的内能，这时尽管机械能不再守恒，但包括___________在内的总能量还是守恒的。永动机之所以不能实现，其原因是因为它_____________________。
2、能量的耗散是指__________________________________，能量耗散并不违背_________，但反映出自然界中宏观过程具有_________，能源利用受它的制约，所以能源利用是有________，也是有___________。
【范例精析】
例1在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过段时间后室内的温度将()
A、降低 B、不变 C、升高 D、无法判断
解析电冰箱制冷过程中，使冰箱内放出热量Q放，温度降低，同时使其外部空气吸收热量Q吸，温度升高，此过程不可能自发发生，必须借助压缩机的工作来完成，由于压缩机中的线圈有电阻，电流流过电阻要发热，此部分焦耳热将使室内温度上升，即从整体来看冰箱相当于一个发热电阻在使用。故正确答案是C。
拓展如图为化学中电解食盐（NaCl）水的示意图，a、b为两根导体电极，从能量角度看，电解的过程是将电能转化为化学能的过程，由于食盐水有一定的电阻，所以有一部分电能将转化为焦耳热。设电源电压为U，a、b间食盐水的等效电阻为R，电流表的示数为I，不计电极的电阻，下列说法正确的是()
A、电流表的示数等于U/R
B、电源的电压等于IR
C、单位时间产生的焦耳热等于I2R
D、单位时间产生的化学能等于IU-I2R
答案：BC[提示：电解过程中在把电能转化为化学能的同时，电解液电阻上也要产生焦耳热，作为电解来讲，此部分能量是浪费了]
例2瀑布从20cm高处以Q=103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？（瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10m/s2）
解析由能流图对能量的转化做出分析可得，
瀑布竖直下落后减少的机械能为mgh－mv2/2
转化为电能的为P=E/t=(mgh－mv2/2)×0.8/t=ρ水Q（gh－v2/2）×0.8
=103×103(10×20－22/2)×0.8W=1.58×108W=1.58×105kW
拓展某地强风速为v=14m/s，设空气密度为ρ=1.3kg/m3，通过横截面积为S=400m2的风全部使风力发电机转动，其动能有20%转化为电能，则发电的功率为多少瓦？（取2位有效数字）(答案：1.4×105)[提示：t秒内到风叶处的空气包含在以S为底面积，长为L=vt的柱体中]
【能力训练】
1、指出下列物理现象中能量转化的情况：
(1)燃料在气缸内燃烧，气缸内气体推动活塞运动，是_______能转化为_________能。
(2)给盛水的容器内的电阻丝通电，水温升高，是_________能转化为_________能。
(3)汽车紧急制动后在地面上滑行直到静止的过程，是_________能转化为_________能。
(4)跳伞运动员打开降落伞后，匀速下降阶段是_________能转化为_________能。
(1)内，机械；(2)电，内；(3)机械，内；(4)机械，内
2、若无大气吸收，在垂直照射时地球上每平方米面积的太阳光入射功率为P0=1.8kw，已知太阳到地球的距离为r=1.5×1011m，试计算太阳一秒钟总共放出多少能量？（保留一位有效数字）
5×1026J
3、瀑布从10m高处落下，如果下落中减少的机械能有50％转化为水的内能，水的温度升高多大 水的比热容是4.2×103J/(kg×0C)
0.012℃
4、如图所示，容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定．A、B的底部由带有阀门S的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B中的高h，打开阀门使A中水逐渐流向B中最后达到平衡。设A和B的横截面分别为SA和SB，水的密度为ρ。求：①大气压力对水做的功；②水的内能变化量。（忽略活塞和容器内能的变化）
5、电动机是把电能转化为机械能的装置，某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的重力等于500N，电源的电压恒定为110V，不计摩擦．当电动机以v=1.0m/s的恒定速度向上提升重物时，电流表的读数为5A：问：
(1)把电动机的输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，计算此电动机的效率；
(2)电动机的绕线电阻为多大？
(1)90.0%；(2)2Ω