人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律授课ppt课件

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从一个易错问题说起
一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于O点，小球在水平拉力F作用下，从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点，此时绳子与竖直方向夹角为θ，如图所示，当地重力加速度为g，则拉力F所做的功为(　　)A.mgLcs θ B.mgL(1－cs θ)C.FLcs θ D.FLsin θ
分析：小球缓慢移动，时时都处于平衡状态，由平衡条件可知，F＝mgtan θ，随着θ的增大，F也在增大，F是一个变化的力
那么，遇到一个力做功的问题，该从哪个方向去思考并解决问题呢？
求解力做功问题的一般路径
1、恒力（或可转化为恒力）做功 2、恒功率做功 3、以上两种方式无法解决的做功问题
如图，一个质量为m的小物块从夹角为α的斜面顶端开始下滑，物块与斜面之间的动摩擦因数为μ，斜面长度为L，，试求物块下滑过程中克服摩擦力所做的功。
2、摩擦力可以做负功，也可以做正功，也可以在有些情况下不做功；
1、从数学关系上可以发现Lcsα=L水平，所以在斜面上克服摩擦力做功也可以写成μ mgL水平；
3、作用力与反作用力在做功问题上，并没有直接关联，各种可能性都存在。
一列车的质量为5.0×105㎏，在平直的轨道上以额定功率3000kW加速行驶，当速度由10m/s加速到所能达到的最大速率30m/s时，共用了250s。试求（1）列车所受阻力为多少N？（2）列车牵引力做功为多少J？（3）在这段时间内列车前进的距离是多少m？
分析（1）列车最大速率时做匀速运动，牵引力与阻力相等，由P=Fv=fvmax 可求阻力f； （2）列车在水平方向受牵引力与阻力作用，牵引力是变力，无法用恒力做功公式求解，由于机车保持恒功率，此时牵引力做功可以用W=Pt进行求解; （3）列车做非匀变速运动或匀速运动，不能用常见的位移公式求解，可以考虑用动能定理求解。
解答：（1）由P=Fv=fvmax 代入数据可求阻力f=1×105N（2）由W=Pt可得 牵引力做功W=7.5×108J（3）水平方向两个力做功，分别为牵引力和阻力 由动能定理 W合=ΔEk 可得 Pt-fx= ΔEk 代入数据，可求前进距离x=5.5×103m
1、水平路面上的机车类问题，不管是恒功率启动，还是匀加速启动，当最终达到最大速度时，牵引力都等于阻力， P额=Fv=fvmax都成立2、如果恒功率启动，牵引力做功用公式W=Pt，如果是在匀加速启动阶段，机车牵引力保持不变，牵引力做功用W=Fx；3、有关位移类问题，当用常见位移公式无法解决时，由于动能定理中力做功与位移有关，优先选用动能定理来解题。
如图，质量为m的物体与转台之间的动摩擦因数为μ．物体与转轴相距R，物体随转台由静止开始转动，当转速增加到某值时，物体即将在台上滑动，此时转台开始匀速转动，求在这一过程中，摩擦力对物体做的功为_____________。
分析：物块跟着转台转动时，受到三个力的作用，重力，支持力与静摩擦力。其中，重力与支持力不做功，只剩下静摩擦力会对物块做功。静摩擦力在物块转速增大过程中是一个变力，要求解其做功问题，不能用恒力做功公式，也不能用恒功率做功公式，只好考虑从动能定理方向来求解。
解析：由动能定理W合=ΔEk可得W合=Wf=ΔEk
当物块刚要开始转动时，由最大静摩擦力提供圆周运动向心力所以
可求出最后匀速转动的速率v，将此速度代入上面Wf求解式，可得
1、此问题中的静摩擦力，并不指向圆心，因为物块在沿着圆周方向上加速，所以摩擦力必然有沿着切线方向上的分力，同时物块又在做圆周运动，摩擦力还必须有指向圆心的分力（向心力），这两个方向上摩擦力的合力方向，才是真正静摩擦力的方向；2、由于本题中物块在竖直方向上没有位移，所以合外力做功，只有静摩擦力一个力参与；3、要慢慢养成一种意识，当遇到做功问题，既非恒力，也非恒功率问题，基本上要走动能定理的方向上去分析。
如图所示，已知地球质量为M，地球周围有一颗人造卫星质量为m，卫星原本在a圆轨道上正常运转，半径为ra，后来接到地面指令，要调整到b圆轨道上去运转，半径变为rb，已知万有引力常量为G。试求在此变轨过程中合外力对卫星所做的功为多少？
解析：由W合=ΔEk 可得W合=Ekb-Eka又由于卫星绕地球正常圆周运动，则