机械能和能源
高中物理 第四章 机械能和能源 第6节 能源的开发与利用课件 教科版必修2
议一议 既然能量是守恒的,为什么还有能源危机? 答案:在能源的利用过程中,即在能量的转化过程中,能量在数量上并未减 少,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的能源变成不便于利用的了,
所以存在能源危机.
思考判断
1.当一个物体的能量减少时,一定有其他物体的能量增多.(
2.做功越多,能量的转化也越多.( 4.煤、石油、天然气属于常规能源.( 5.电能、焦炭、氢能属于一次能源.( ) ) ) ) ) 3.物体做了多少功,就有多少能量消失.(
空气的密度为ρ ,风轮机叶片的长度为r,若风速为v0,每台风力发电机输 出电功率为P,求此过程中:
(1)单位时间内每台风力发电机获得的风能表达式;
(2)风力发电机利用风能的效率表达式. 〚思路点拨〛 (1)风能就是空气定向流动的动能.
(2)发电效率等于电功率与总功率的比值.
1 2 解析:(1)由能量守恒定律可知 m v0 =P 总 t 2 1 而 m=πr2v0tρ,解得 P 总= πr2ρ v03 . 2
(教师备用) 例2-1:如图所示,质量为m的小铁块A(A的长度可忽略)以水平速度v0从左侧 冲上质量为M、长为l置于光滑水平面C上的木板B,刚好不从木板上掉下, 已知A,B间的动摩擦因数为μ ,此时木板对地位移为s,求这一过程中:
(1)木板增加的动能;
解析:如图所示,设小铁块的位移为 x,两者共同的速度为 v.
即小铁块动能减少,减少了μmg(s+l). 1 2 1 v (3)系统机械能的减少量为ΔE 减= m 0 - (M+m)v2=μmgl. 2 2
(4)根据能量守恒定律,系统减少的机械能全部转化为内能 Q=ΔE减=μmgl. 答案:(2)μ mg(s+l) (3)μ mgl (4)μ mgl
机械能和能源2
高度为 h2，球的质量为 m，空气阻力不计，则篮球进筐时的动能
为
(A )
A．W＋mgh1－mgh2
B．W＋mgh2－mgh1
C．mgh2＋mgh1－W
D．mgh2－mgh1－W
2．如图所示，光滑轨道 MO 和 ON 底端对接且 ON ＝2 MO ，M、N
两点高度相同．小球自 M 点由静止自由滚下，忽略小球经过 O 点
答案 AC
5．如图甲所示，一质量为 m＝1 kg 的物块静止在粗糙水平面上的 A 点，从 t＝0 时刻开始，物块在受按如图乙所示规律变化的水平力 F 作用下向右运动，第 3 s 末物块运动到 B 点时速度刚好为 0，第 5 s 末物块刚好回到 A 点，已知物块与粗糙水平面之间的动摩擦因 数 μ＝0.2，(g 取 10 m/s2)求： (1)AB 间的距离． (2)水平力 F 在 5 s 时间内对物块所做的功．
动能为
(C )
A．0
1 B. 2Fmx0
π C. 4Fmx0
D. π4x20
4．一个物块从底端冲上足够长的斜面后，又返回斜面底端．已知小 物块的初动能为 E，它返回斜面底端的速度大小为 v，克服摩擦 阻力做功为 E/2.若小物块冲上斜面的动能为 2E，则物块 ( AC ) A．返回斜面底端时的动能为 E B．返回斜面底端时的动能为 3E/2 C．返回斜面底端时的速度大小为 2v D．返回斜面底端时的速度大小为 v
时的机械能损失，以 v、s、a、Ek 分别表示小球的速度、位移、加
速度和动能四个物理量的大小．下列图象中能正确反映小球自 M
点到 N 点运静置于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平
拉力 F 作用下，沿 x 轴方向运动，拉力 F 随物块所在位置坐标 x
2013高考一轮复习优秀课件：第六章机械能和能源第一单元 第2课时
考点二 基础回顾
机车的两种启动方式
发动机的功率即是牵引力的功率，P＝________，在功 率一定的条件下，发动机的牵引力F跟________成反比．
答案：Fv 速度v 1．机车以恒定功率启动的过程 (1)机车以恒定功率启动的过程图如下：
(2)整个过程物理量的变化情况分析： 机车的启动只有一个过程，在此过程中，机车不断加速， 因为开始时机车已经达到最大功率P，所以在速度不断增大的 时候，由P＝Fv知，牵引力F会不断减小，由a＝知，加速度a也 不断减小，但因为加速度的方向和速度的方向相同，所以无论 加速度a怎样小，速度v也是增加的．直到速度达到最大，之后 机车做匀速运动．启动过程结束的标志就是“速度不变”． (3)整个过程物理量的变化情况用如下的v t图象表示：
题型一
功率的求解方法
(1)瞬时功率一般用推导式P＝Fvcos α求解，其中v是指该时刻 力作用点的瞬时速度，α是指力F与速度v之间的夹角． (2)求平均功率有两条途径：其一用定义式P＝ 用P＝ 计算． 如右图所示，一质量为m＝1.0 kg的 物体从高为h＝0.8 m的光滑斜面顶端静止开始 下滑．斜面倾角为37°.求： 计算；其二
答案：(1)12 W
(2)24 W
题型训练 1．质量为m＝0.5 kg的物体从高处以水平的初速度v0 ＝5 m/s抛出，在运动t＝2 s内重力对物体做的功是多少？这 2 s内重力对物体做功的平均功率是多少？2 s末，重力对物 体做功的瞬时功率是多少？(g＝10 m/s2) 1．解析：t＝2 s内，物体在竖直方向下落的高度：
2．机车先以恒定牵引力启动接着以恒定功率运动的过程 (1)机车先以恒定牵引力启动接着以恒定功率运动的过程图 如下： F不变，
(2)整个过程物理量的变化情况分析：“过程1”是真正的匀 加速过程，在此过程中，速度由零开始不断增加，功率也由零 开始逐渐增加；因为加速度是不变的，所以在此过程中牵引力 也是不变的．此过程的结束就是变加速过程的开始，以“功率 P达到最大，但速度没有达到最大”为标志．在“变加速过程” 中因为还有加速度的存在，所以速度v会不断增加，在功率P不 变的情况下，根据P＝Fv，就可知道牵引力F不断减小，加速度 a也相应减小．变加速过程结 束的标志就是“机车的功率最大， 速度也是最大”，到此为止，整个 起动过程结束．再以后，机车将作 匀速直线运动，功率不变． (3)整个过程物理量的变化情 况用右面的v t图象表示．
物理必修二机械能和能源知识点
物理必修二机械能和能源知识点以下是物理必修二中与机械能和能源相关的重要知识点：1. 机械能：机械能是指物体由于运动或位置改变而具有的能量。
机械能可分为动能和势能两部分。
动能是物体由于运动而具有的能量，与物体的质量和速度平方成正比。
势能是物体由于位置的不同而具有的能量，与物体的重量和高度成正比。
2. 功和功率：功是用力作用在物体上的能量转化，是力对物体做功的量度。
功等于力乘以物体的位移。
功率是指单位时间内做功的速率，等于功除以时间。
3. 机械能守恒定律：在没有外力做功和能量损失的理想条件下，一个封闭系统中的机械能总量保持不变。
即初始机械能等于末端机械能。
4. 机械能转化和转移：机械能可以在不同形式之间进行转化和转移。
例如，一个从高处落下的物体，其势能逐渐减小，而动能逐渐增加，当物体抵达地面时，势能转化为动能。
5. 功率和能量消耗：功率是能量消耗的速率，单位为瓦特（W）。
在物体做功时，消耗的能量随着功率和时间的增加而增加。
6. 能源和能量转换：能源是指能量的源泉，可以用来做功或供给热量。
常见的能源包括化石能源（煤炭、石油、天然气）、核能和可再生能源（太阳能、风能、水能等）。
能源可以通过各种方式转换为其他形式的能量，例如燃烧煤炭产生的化学能转化为热能和机械能。
7. 摩擦力和效率：摩擦力是两个物体接触时由表面不规则性引起的阻碍运动的力。
机械装置中常常出现能量损失，主要原因是摩擦力的存在。
效率是指机械装置将输入的能量转化为有用的功的比率，等于输出功与输入功的比值。
8. 单纯机械结构：单纯机械结构是指由一个或多个简单机械组合而成的装置，如杠杆、滑轮、斜面等。
简单机械结构可以改变力的大小、方向和作用点，实现力的传递和转换。
以上是机械能和能源相关的一些重要知识点，希望能对你的学习有所帮助。
机械能和能源练习题
机械能和能源单元练习题一、不定项选择1．下面关于重力势能的说法中，正确的是（）A．有A、B两物体，A的高度是B的2倍，那么物体A的重力势能的数值一定是物体B的2倍B．从同一高度将某一物体以相同的速度竖直上抛或平抛，从抛出到落地的过程中，物体重力势能的变化是相同的C．有一物体从楼顶落到地面，若受到空气阻力，物体重力势能的减小量小于自由下落时重力势能的减小量D．重力做功时，不仅与物体运动的高度差有关，还与物体运动的路径有关2．一人用力踢质量为1kg的皮球，使球由静止以10m/s的速度飞出，假定人踢球瞬间对球的平均作用力是200N，球在水平方向运动了20m后停下来，那么人对球作的功为（）A．50J B．200J C．400J D．500J3．由地面发射一颗人造卫星绕地球作匀速圆周运动，轨道半径为r，卫星动能为Ek。
如果发射的这颗卫星匀速园周运动的半径是2r，则下列说法中正确的是（）A．发射卫星所消耗的能量一定增大 B．卫星在轨道上的动能增大为2EkC．卫星在轨道上的周期将减小 D．卫星在轨道上的加速度将增大4．关于轻杆和轻绳，它们一端连接一小球，另一端用手拉起，让它们在竖直平面内作圆周运动，如果所有的摩擦不计，则正确的是（）A．绳连接的小球不可能作匀速圆周运动B．杆连接的小球也不可能作匀速圆周运动C．绳对小球的力一定不做功D．杆对小球的力也一定不做功5．在距地面10m高处，以10m/s的速度抛出一质量为1kg的物体，已知物体落地时的速度为16m/s，下列说法中正确的是（g取10m/s2）（）A．抛出时人对物体做功为50JB．自抛出到落地，重力对物体做功为100JC．飞行过程中物体克服阻力做功22JD．物体自抛出到落地时间为1s6．质量为m的物体，在距地面为h的高处，以g/3的恒定加速度竖直向上减速运动，则在上升h的过程中正确的是（）A．物体的重力势能增加mgh/3 B．物体的动能减少mgh/3C．物体机械能增加2mgh/3 D．以地面为零势能面，物体上升了h高处，重力势能为mgh7．如图所示的两个单摆，摆球质量相等，悬线甲短，乙长，悬点O1、O2等高，将悬线拉至水平然后释放，以悬点所在平面为参考平面，则两球经过最低点时（）A．甲球的动能小于乙球的动能B．甲球的机械能等于乙球的机械能C．甲球的机械能小于乙球的机械能D．甲球悬线的张力等于乙球悬线的张力8．如图所示，把AB小球由图中位置同时由静止释放，（绳开始时拉直）则在两小球向下运动的过程中（）A．绳OA对A球做正功B．绳AB对B球做负功C．绳AB对A球做负功A球机械能不守恒D．绳AB对B球做正功，A、B系统机械能守恒夹子重物9．足够长的传送带以v 匀速传动，一质量为m 的小物块A 由静止轻放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为 ，如图所示，当物体与传送带相对静止时，转化为内能的能量为（ ）A ．2v mB ．2v 2mC ．2v 41m D ．2v 21m 10．如图所示，质量分别为m 和2m 的A 、B 两个木块间用轻弹簧相连，放在光滑水平面上，A 靠紧竖直墙。
机械能与内能的相互转化
机械能与内能的相互转化机械能与内能的相互转化主要涉及热机和热泵的工作原理。
1. 热机：机械能可以通过燃料的燃烧或其他能源形式的消耗转化为热能，然后通过热能的流动将部分热能转化为机械能。
例如，内燃机中，燃料燃烧产生高温高压的气体，气体膨胀驱动活塞运动，进而通过连杆和曲轴将其机械能转化为机械功。
2. 热泵：热泵则是将外界低温热源的热能转化为机械能。
热泵的工作原理类似于制冷机，通过循环工质的循环流动，从低温热源吸收热能，通过压缩提高其温度，然后释放到高温热源，同时将一部分热能转化为机械能。
在这两种情况下，机械能和热能之间的转化是通过工作物质（例如气体）的热力学循环进行的。
多数热力循环都违背了热力学第二定律，无法将完全的热能转化为机械能，一部分热能会被排放或者耗散掉，因而无法实现百分之百的能量转化效率。
在机械能与内能的相互转化中，还有其他一些现象和机制需要考虑：1. 摩擦热：当两个物体之间发生摩擦时，由于摩擦力的作用，机械能转化为内能，导致物体温度升高。
这是因为摩擦形成了微观层面的不规则运动，使得物体的内部分子或原子运动增加，从而增加了其内部能量。
2. 热传导：当热量从一个物体传导到另一个物体时，会伴随着内能的转化。
例如，当一个热源与一个冷体接触时，热量会通过热传导的方式从热源传递到冷体，导致冷体温度升高。
这种过程中，一部分机械能也转化为了内能。
总之，机械能和内能的相互转化是通过能量的传递和相互作用来实现的，其中热能的传递和热力学循环是重要的机制。
不同的情况和系统会有不同的机械能和内能转化方式，例如燃烧释放热能产生机械能，或者在热泵中通过压缩工质将热能转化为机械能。
高中物理机械能和能源 公式(不看后悔!)
恒定功率启动 加速度逐渐减小的变 加速直线运动(对应
Hale Waihona Puke 恒定加速度启动 以加速度a做匀加速直线运 动(对应下图中的OA段)⇒ 匀加速运动能维持的时间t0 vm′ ＝ a ⇒以vm匀速直线运 动，对应下图中的BC段
运动规律
下图的OA段)⇒以vm 匀速直线运动(对应 下图中的AB段)
vt图象
机械能与能源
机车启动问题
p =Fv(瞬时对应且F、v夹角为0) 牛顿第二定律：F -f =ma (瞬时对应） p -f 则必有：a = v m 无论何种启动方式，均有本式成立。
方式 过程
恒定功率 P 启动 设牵引力为 F 阶段一：
恒定加速度（恒力）启动 阶段一： F－F阻 a＝ 不变⇒F 不变⇒v↑⇒P＝ m
过程分 析
P v↑，直到 P＝P 额＝F·m′ v v↑⇒F＝ v↓⇒a F· 阶段二： F－F阻 ＝ ↓ P额 F－F阻 m v↑⇒F＝ v ↓⇒a＝ ↓ m 阶段二：F＝F 阻 阶段三： ⇒a＝0⇒P＝ F·m＝F 阻·m v v P额 F＝F 阻时⇒a＝0⇒v 达最大值 vm＝ F阻
方式 过程
2013高考一轮复习优秀课件：第六章机械能和能源第二单元 第3课时
2．应用动能定理时要注意的几个问题
(1)在分析物体受力时，要考虑物体受到的所 有力，包括重力．
(2)动能定理中的位移、速度各物理量都选地 面为参考系．
(3)计算时应把各已知功的正、负号代入动能 定理表达式，如果有的力是变力，则设一个功的 符号代替进行列式，求出其值(正值表示正功，负 值表示负功)．
要点深化 可以从以下几个方面理解动能的概念． (1)动能是标量，动能的取值可以为正值或零，但不会 为负值.
(2)动能是状态量，描述的是物体在某一时刻的运动状 态．一定质量的物体在运动状态(瞬时速度)确定时，Ek有惟 一确定的值，速度变化时，动能不一定变化，但动能变化 时，速度一定变化．
(3)动能具有相对性，由于瞬时速度与参考系有关， 所以Ek也与参考系有关，在高中，动能公式中速度都 要以地面作参考系．
警示 乱套功的公式 如图所示，一质量为m的小球用长为L的轻绳悬 挂于O点，小球在水平力F作用下，从平衡位置P点很 缓慢地移到Q点．则F做的功为( ) A．mgLcos θ B．mgL(1－cos θ)
C．FLcos θ
D．FLsin θ
错解：在力F的方向上小球运 动的位移为Lsin θ，所以F做的 功为FLsiபைடு நூலகம் θ.选择D.
点评：小球在沿槽壁运动过程中摩擦力方向尽管不断变 化，但摩擦力方向与运动方向始终在同一直线上，摩擦力做 功为力与路程的乘积．该题小球的运动具有往复性，用动能 定理研究整个过程可直接求出问题的答案．本题中作了摩擦 力不变的假设，学生应认真审题．
题型训练 3．如右图所示， BC是一条平直轨道，C点距 B点的距离为s＝3.0 m；AB是一 条竖直平面内的圆形轨道，轨道 长为1/4圆周，其中A比B高h＝80 cm.有一个质量为m＝1 kg的物体 从静止开始沿AB轨道滑下，测得 它经过B点的速度为vB＝2.0 m/s ， 当滑行到C点处停止．求： (1)物体在AB轨道上受到的平均阻力f1； (2)物体在BC轨道上的动摩擦因数μ.
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章末检测(第四章)
(时间：90分钟满分：100分)
一、选择题(1～8为单项选择题，9～12为多项选择题.每小题4分，共48分)
1.如图1所示，拖着旧橡胶轮胎跑是身体耐力训练的一种有效方法.如果受训者拖着轮胎在水平直道上跑了100 m，那么下列说法正确的是()
A.摩擦力对轮胎做了负功
B.重力对轮胎做了正功
C.拉力对轮胎不做功
D.支持力对轮胎做了正功
2.汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑，在这个过程中()
A.汽车的机械能守恒
B.汽车的动能和势能相互转化
C.机械能转化为内能，总能量守恒
D.机械能和内能之间没有转化
3.如图2所示，运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程.将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法正确的是()
A.阻力对系统始终做负功
B.系统受到的合力始终向下
C.重力做功使系统的重力势能增加
D.任意相等的时间内重力做的功相等
4.假设摩托艇受到的阻力的大小正比于它的速率.如果摩托艇发动机的输出功率变为原来的2
倍，则摩托艇的最大速率变为原来的( ) A.4倍 B.2倍 C.3倍 D.2倍
5.如图3甲所示，静置于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F 作用下，沿x 轴方向运动，拉力F 随物块所在位置坐标x 的变化关系如图乙所示，图线为半圆.则小物块运动到x 0处时F 做的总功为( ) A.0 B.1
2F m x 0 C.π
4F m x 0 D.π4x 20
6.静止在地面上的物体在竖直向上的恒力作用下上升，在某一高度撤去恒力，不计空气阻力，在整个上升过程中，物体机械能随时间变化的关系是( )
7.静止在光滑水平面上的物体，在水平力F 的作用下产生位移x ，而获得速度v ；若水平面不光滑，物体运动时受到的摩擦力为F
n (n 是大于1的常数)，仍要使物体由静止出发通过位移x
而获得速度v ，则水平力为( ) A.n ＋1n F
B.n －1n F
C.nF
D.(n＋1)F
8.如图4所示，光滑圆轨道固定在竖直面内，一质量为m的小球沿轨道做完整的圆周运动.已知小球在最低点时对轨道的压力大小为N1，在最高点时对轨道的压力大小为N2.重力加速度大小为g，则N1－N2的值为()
A.3mg
B.4mg
C.5mg
D.6mg
9.质量为4 kg的物体被人由静止开始向上提升0.25 m后速度达到1 m/s，不计空气阻力，g 取10 m/s2，则下列判断正确的是()
A.人对物体传递的功是12 J
B.合外力对物体做功2 J
C.物体克服重力做功10 J
D.人对物体做的功等于物体增加的动能
10.下列四个选项中的小球以及小球所在的左侧斜面完全相同，现从同一高度h处由静止释放小球，使之进入右侧不同的竖直轨道：除去底部一小圆弧，A项中的轨道是一段斜面，高度大于h；B项中的轨道与A项中轨道相比只是短了一些，且斜面高度小于h；C项中的轨道是一个内径略大于小球直径的管道，其上部为直管，下部为圆弧形，与斜面相连，管的高度大于h；D项中的轨道是个半圆形轨道，其直径等于h.如果不计任何摩擦阻力和拐弯处的能量损失，小球进入右侧轨道后能到达h高度的是()
11.一质量为1 kg 的质点静止于光滑水平面上，从t ＝0时起，第1 s 内受到2 N 的水平外力作用，第2 s 内受到同方向的1 N 的外力作用.下列判断正确的是( ) A.0～2 s 内外力的平均功率是9
4 W
B.第2 s 内外力所做的功是5
4 J
C.第2 s 末外力的瞬时功率最大
D.第1 s 内与第2 s 内质点动能增加量的比值是4
5
12.如图5所示为一滑草场.某条滑道由上、下两段高均为h ，与水平面倾角分别为45°和37°的滑道组成，滑草车与草地之间的动摩擦因数为μ.质量为m 的载人滑草车从坡顶由静止开始自由下滑，经过上、下两段滑道后，最后恰好静止于滑道的底端(不计滑草车在两段滑道交接处的能量损失，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8).则( ) A.动摩擦因数μ＝67
B.载人滑草车的最大速度为
2gh 7
C.载人滑草车克服摩擦力做功为mgh
D.载人滑草车在下段滑道上的加速度大小为3
5g
二、实验题(本题共2小题，共16分)
13.(6分)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图6甲)：
(1)下列说法哪一项是正确的( )
A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上
B.为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量
C.实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放
(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O 、A 、B 、C 计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz ，则打B 点时小车的瞬时速度大小为______ m/s.
14.(10分)“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法.(g 取10 m/s 2)
(1)用公式1
2m v 2＝mgh 验证，对纸带上起点的要求是初速度为________，为达到此目的，所选
择的纸带第1、2两点间距应接近________.
(2)若实验中所用重物质量m ＝1 kg ，打点纸带如图7甲所示，打点时间间隔为0.02 s ，则记录C 点时，重物速度v C ＝________，重物的动能E k C ＝________，从开始下落至C 点，重物的重力势能减少量是__________，因此可得出的结论是___________________________.(结果保留三位有效数字)
图7
(3)根据纸带算出相关各点的速度值，量出下落的距离，则以v 2
2为纵轴，以h 为横轴画出的图
线应是图乙中的________.
三、计算题(本题共3小题，共36分，解答应写出必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)
15.(10分)如图8所示，竖直平面内半径为R 的光滑半圆形轨道，与水平轨道AB 相连接，AB 的长度为x .一质量为m 的小球，在水平恒力F 作用下由静止开始从A 向B 运动，小球与水平轨道间的动摩擦因数为μ，到B 点时撤去力F ，小球沿圆轨道运动到最高点时对轨道的压力为2mg ，重力加速度为g .求： (1)小球在C 点的加速度大小； (2)恒力F 的大小.
16.(12分)如图9甲所示，质量m ＝1 kg 的物体静止在光滑的水平面上，t ＝0时刻，物体受到
一个变力F作用，t＝1 s时，撤去力F，某时刻物体滑上倾角为37°的粗糙斜面；已知物体从开始运动到斜面最高点的v－t图像如图乙所示，不计其他阻力，g取10 m/s2，求：
(1)变力F做的功；
(2)物体从斜面底端滑到最高点过程中克服摩擦力做
功的平均功率；
(3)物体回到出发点的速度大小.
17.(14分)如图10所示，轨道ABCD平滑连接，其中AB为光滑的曲面，BC为粗糙水平面，CD为半径为r的内壁光滑的四分之一圆管，管口D正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧，弹簧下端固定，上端恰好与D端齐平.质量为m的小球在曲面AB上距BC高为3r处由静止下滑，进入管口C端时与圆管恰好无压力作用，通过CD后压缩弹簧，压缩过程中小球速度最大时弹簧弹性势能为E p.已知小球与水平面BC间的动摩擦因数为μ，求：
(1)水平面BC的长度s；
(2)小球向下压缩弹簧过程中的最大动能E km.。