《能量守恒定律》教案（2）.doc

能量能守恒定律

（一）、知识网络
机械能守定律
功和功率
功
概念：力和力的方向上的位移的乘积
公式
F与L同向：W=FL
F与L不同向：W=FLcosα
α<900,W为正
α=900,W=0
α>900,W为负
功率
概念：功跟完成功所用的时间的比值
公式
P=W/t(平均功率)
P=Fv(瞬时功率)
动能定理:FL=mv22/2-mv12/2
机械能
动能和势能
机械能守恒定律：EP1+Ek1=EP2+Ek2
验证机械能守恒定律

能源

能源耗散

功是能量转化的量度

能量守恒定律
人类利用能源的历史

（二）、重点内容讲解
1.机车起动的两种过程
一恒定的功率起动
机车以恒定的功率起动后，若运动过程所受阻力f不变,由于牵引力F=P/v随v增大,F减小.根据牛顿第二定律a=(F-f)/m=P/mv-f/m,当速度v增大时,加速度a减小，其运动情况是做加速度减小的加速运动。直至F=F'时,a减小至零,此后速度不再增大，速度达到最大值而做匀速运动，做匀速直线运动的速度是
vm=P/f,下面是这个动态过程的简单方框图
速度v当a=0时
a=(F-f)/m即F=f时保持vm匀速
F=P/vv达到最大vm

变加速直线运动匀速直线运动
这一过程的v-t关系如图所示
车以恒定的加速度起动
由a=(F-f)/m知,当加速度a不变时,发动机牵引力F恒定,再由P=F·v知,F一定,发动机实际输出功P随v的增大而增大,但当增大到额定功率以后不再增大,此后,发动机保持额定功率不变,继续增大,牵引力减小,直至F=f时,a=0,车速达到最大值vm=P额/f,此后匀速运动
在P增至P额之前,车匀加速运动,其持续时间为
t0=v0/a=P额/F·a=P额/(ma+F’)a
(这个v0必定小于vm,它是车的功率增至P额之时的瞬时速度)计算时,先计算出F,F-F’=ma,再求出v=P额/F,最后根据v=at求t
在P增至P额之后,为加速度减小的加速运动,直至达到vm.下面是这个动态过程的方框图.
当P=P额时
a=(F-f)/m≠0
v还要增大
P=F定v
即P随v增大而增大
a定=(F-f)/m
即F一定

F=P/v增大
a=(F-f)/减小

匀加速直线运动 变加速直线运动
保持vm
匀速运动
当a=0时
即F=f时
v最大为vm

匀速直线运动 v
vm
注意:中的仅是机车的牵引力,而非车辆所受的合力,这一点在计算题目中极易出错.
实际上,飞机’轮船’火车等交通工具的最大行驶速度受到自身发动机额定功率P和运动阻力f两个因素的共同制约,其中运动阻力既包括摩擦阻力,也包括空气阻力,而且阻力会随着运动速度的增大而增大.因此,要提高各种交通工具的最大行驶速度,除想办法提高发动机的额定功率外,还要想办法减小运动阻力,汽车等交通工具外型的流线型设计不仅为了美观,更是出于减小运动阻力的考虑.
2.动能定理
内容：合力所做的功等于物体动能的变化
表达式：W合=EK2-EK1=ΔE或W合=mv22/2-mv12/2。其中EK2表示一个过程的末动能mv22/2，EK1表示这个过程的初动能mv12/2。
物理意义：动能地理实际上是一个质点的功能关系，即合外力对物体所做的功是物体动能变化的量度，动能变化的大小由外力对物体做的总功多少来决定。动能定理是力学的一条重要规律，它贯穿整个物理教材，是物理课中的学习重点。
说明：动能定理的理解及应用要点
动能定理的计算式为标量式，v为相对与同一参考系的速度。
动能定理的研究对象是单一物体,或者可以看成单一物体的物体系.
动能定理适用于物体的直线运动，也适用于曲线运动；适用于恒力做功，也适用于变力做功，力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分段作用。只要求出在作用的过程中各力做功的多少和正负即可。这些正是动能定理解题的优越性所在。
若物体运动的过程中包含几个不同过程，应用动能定理时，可以分段考虑，也可以考虑全过程作为一整体来处理。
3.动能定理的应用
一个物体的动能变化ΔEK与合外力对物体所做的功W具有等量代换关系，若ΔEK›0，表示物体的动能增加，其增加量等于合外力对物体所做的正功；若ΔEK‹0，表示物体的动能减小，其减少良等于合外力对物体所做的负功的绝对值；若ΔEK=0，表示合外力对物体所做的功等于零。反之亦然。这种等量代换关系提供了一种计算变力做功的简便方法。
动能定理中涉及的物理量有F、L、m、v、W、EK等，在处理含有上述物理量的力学问题时，可以考虑使用动能定理。由于只需从力在整个位移内的功和这段位移始末两状态动能变化去考察，无需注意其中运动状态变化的细节，又由于动能和功都是标量，无方向性，无论是直线运动还是