2012【优化方案】精品课件：物理必修2（配粤教）第4章本讲优化总结

(共42张PPT)
本讲优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
本章优化总结
知识网络构建
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机械能和能源
机械能和能源
专题归纳整合
公式W＝Fscosα适用于恒力做功的直接计算，即做功过程中F的大小、方向始终不变，而实际问题中变力做功是常见的，如何解答变力做功问题是学习中一个难点．
变力做功问题
1．微元法
当物体在变力的作用下做曲线运动时，若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角不变，且力与位移的方向同步变化，可用微元法将曲线分成无限个小元段，每一个小元段可认为恒力做功，总功即为各个小元段做功的代数和．
如图4－1所示，某力F＝10 N作用于半径R＝1 m的转盘的边缘上，力F的大小保持不变，但方向始终保持与作用点的切线方向一致，则转动一周这个力F做的总功应为(　　)
图4－1
A．0　　　　　　　　　B．20π J
C．10 J D．20 J
例1
【精讲精析】　把圆周分成无限个小元段，每个小元段可认为与力在同一直线上，故ΔW＝FΔs，则转动一周中各个小元段做功的代数和为W＝F×2πR＝10×2π J＝20 π J，故选项B正确．
【答案】　B
2．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时，可用力的算术平均值(恒力)代替变力，再利用功的定义式求功．
用锤击钉子，设木板对钉子的阻力跟钉子进入木板的深度成正比，每次击钉时锤子对钉子做的功相同．已知击第一次时，钉子进入木板内1 cm，则击第二次时，钉子进入木板的深度是多少？
例2
3．图象法
当变力F与位移s同向时，可用F－s图象进行分析或比较，如图4－2所示，图中阴影部分的面积的数值表示功的数值，在s轴上方表示做正功，在s轴下方表示做负功．
图4－2
放在地面上的木块与一劲度系数k＝200 N/m的轻弹簧相连．现用手水平拉弹簧，拉力的作用点移动了s1＝0.2 m时，木块开始运动，继续拉弹簧，木块缓慢移动了s2＝0.4 m的位移，求上述过程中拉力所做的功．
例3
图4－3
【答案】　20 J
4．利用功率求功
若某力做功或发动机的功率P一定，则在时间t内做的功可用W＝Pt来求．
5．利用功能关系求功
常见的功能关系为重力做功与重力势能变化的关系，弹力做功与弹性势能变化的关系，合力做的功与物体动能变化关系，除重力和系统内弹力外其他力的功与机械能的关系．根据以上功能关系，若能求出某种能量的变化，就可以求出相应功的数值．
与传送带有关的问题是高中物理学中一个很重要的问题，它往往联系到匀速直线运动、匀变速直线运动、摩擦力做功、摩擦生热、动能定理以及能量转化与守恒定律等．所以，搞清楚与传送带有关的问题是很有必要的.
传送带类问题
　　 电动机带动水平传送带以速率v匀速转动，一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ，如图4－4所示，当小木块与传送带相对静止时，求：
(1)小木块的位移；
(2)传送带转过的路程；
(3)小木块获得的动能；
(4)摩擦过程产生的内能； 图4－4
(5)电动机为运送木块需额外输出的能量．
例3
(5)由能的转化与守恒定律得，电动机为运送木块所额外输出的能量转化为小木块的动能与木块和传送带的内能，所以E总＝Ek＋Q＝mv2.

1．动能定理
动能定理明确了做功与物体动能改变的因果和数量关系，应用动能定理的优越性是可以根据物体动能的变化来计算变力所做的功．
动能定理与机械能守恒定律的应用
2．机械能守恒定律
机械能守恒定律明确了在重力和系统内的弹力做功的条件下，物体或系统的动能与势能之间的联系．应用机械能守恒定律的优越性是根据力的做功情况直接判断初、末状态的机械能是否相等，而不必考虑中间过程．
3．在力学中的大多数机械能守恒题目，应用以上两条思路都可以得到解决，有时同一个表达式既可以理解为动能定理，也可以理解为机械能守恒定律．
总质量为M的列车，沿水平直线轨道匀速前进，末节车厢质量为m，中途脱钩，司机发觉时，机车已行驶L的距离，于是司机立即关闭发动机，除去牵引力．设列车受到的阻力与质量成正比，列车的牵引力是恒定的，当列车的两部分都停止时，它们的距离是多少？
例5
【精讲精析】　总质量为M的列车以速度v0匀速运动时，牵引为F，则F＝kMg(k为常数)．
法一：先画出草图如图4－5所示，在图中标明各部分的位移．设末节车厢m脱钩后，机车和末节车厢分别前进s1、s2停止．
图4－5
法二：设列车匀速行驶时速度为v0，则脱钩后，末节车厢做匀减速运动至停止，运动过程中初速度为v0，末速度为零，设加速度大小为a，运动位移为s1.对机车(M－m)的运动，如图4－6所示，设在A处脱钩，运动L至B点时发觉后立即关闭发动机，则AB段上为匀加速运动，到达B点时速度有最大值vm，从B点开始，机车做匀减速运动至D点刚好停止．分析BD全过程，必然有一位置车速为
v0，设为C点，则CD过程机车做初速度为v0，加速度大小为a，末速度为零的运动，此段位移与末节车厢的位移s1相同．由此可知，当两部分都停止运动后，两部分的间距大小等于AC的长度．
图4－6
某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛．比赛路径如图4－7所示，赛车从起点A出发，沿水平直线轨道运动L后，由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道，离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点，并能越过壕沟．已知赛车质量m＝0.1 kg，通电后以额定功率P＝1.5 W工作，进入竖直轨道前受到阻力恒为0.3 N，随后在运动中受到的阻力均可不计．图中L＝10.00 m，R＝0.32 m，h＝1.25 m，s＝1.50 m．问：要使赛车完成比赛，电动机至少工作多长时间？(取g＝10 m/s2)
例6
图4－7
【答案】　2.53 s
1．力的观点
应用牛顿运动定律结合运动学规律解题是这一观点的核心．此种方法往往求的是瞬时关系，利用此种方法解题必须考虑运动状态改变的细节．从中学研究的范围来看，只能用于匀变速运动(包括直线运动和曲线运动)，对于一般的变加速运动，不能用之求解．
解决动力学问题的两个基本观点
2．功和能的观点
应用动能定理和能的转化与守恒定律是这一观点的核心．这个观点研究的是物体或系统运动变化所经历的过程中状态的改变，它不要求对过程是怎样变化的细节深入研究，而更关心运动状态的变化及引起变化的原因．简单地说，只要求知道过程的始末状态、动能、势能和力在过程中做的功，即可对问题求解．
下面通过例题对这两种观点加以理解．
如图4－8所示，轻质长绳水平地跨在相距为2l的两个小定滑轮A、B上，质量为m的物块悬挂在绳上的O点，O与A、B两滑轮的距离相等，在轻绳两端C、D分别施加竖直向下的恒力F＝mg.先托住物块，使绳处于水平拉直状态，然后由静止释放物块，在物块下落过程中，保持C、D两端的拉力F不变．
图4－8
例7
(1)当物块下落距离h为多大时，物块的加速度为零？
(2)在物块下落上述距离的过程中，克服C端恒力F做的功W为多少？
(3)求物块下落过程中的最大速度vmax和最大距离H.
【精讲精析】　(1)当物块所受合力为零时，其加速度为零．此时物块下降距离是h.因绳中拉力F恒为mg，所以此时悬点所受的三个拉力的方向互成夹角2θ＝120°.
章末综合检测
本部分内容讲解结束
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