高三物理机械能专题复习 功和能量 人教版

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1、高三物理机械能专题复习功和能量人教版能量是状态量，不同的状态有不同数值的能量．能量的变化是通过做功或热传递两种方式来实现的．力学中功是能量转化的量度，热学中功和热量是内能变化的量度．在中学物理中，涉及到许多形式的能，如：动能、势能、电能、内能、核能等，这些形式的能可以互相转化，并且遵循能量转化和守恒定律．能量的概念及其有关规律(如动能定理、功能关系，机械能守恒定律、能量守恒定律)贯穿于中学物理学习的始终，是联系各部分知识的主线，是我们分析和解决物理问题的重要依据，是方法教育与能力培养的重要方面，因此在每年的高考物理试卷中都会出现考查有关能量的试题，并且时常发现“压轴题”就

2、是能量试题．第一步跨越学习瓶颈一．功的定义式中S怎么取值？【例１】在求解功的问题时，有时遇到力的作用点位移与受力物体的（质心）位移不等，S是取力的作用点的位移，还是取物体（质心）的位移呢？我们先看下面一些事例。1、如图所示，人用双手压在台面上推讲台，结果双手前进了一段位移而讲台未移动。试问：人是否做了功？2、在前面绳子通过滑轮的模型中，求拉力做功时，S是否可以取绳子质心的位移？3、如图所示，双手用等大反向的力F压固定汽缸两边的活塞，活塞移动相同距离S，汽缸中封闭气体被压缩。施力者（人）是否做功？【解析】：在以上四个事例中，S若取作用点位移，只有第1、2、3例是做功的，S若

3、取物体（受力者）质心位移，只有第2例是做功的，而且，尽管第2例都做了功，数字并不相同。所以，用不同的判据得出的结论出现了本质的分歧。面对这些似是而非的“疑难杂症”，我们先回到“做功是物体能量转化的量度”这一根本点。第1例，手和讲台面摩擦生了热，内能的生成必然是由人的生物能转化而来，人肯定做了功。S宜取作用点的位移；第2例，求拉力的功，在前面已经阐述，S取作用点位移为佳；第3例，气体内能的增加必然是由人输出的，压力做功，S取作用点位移。但是，如果分别以上四例中的受力者用动能定理，第1例，人对讲台不做功，S取物体质心位移；第2例，动能增量对应S取L/2时的值——物体质心位移；

4、第3例，气体宏观动能无增量，S取质心位移。以上分析在援引理论知识方面都没有错，如何使它们统一？原来，功的概念有广义和狭义之分。在力学中，功的狭义概念仅指机械能转换的量度；而在物理学中功的广义概念指除热传递外的一切能量转换的量度。所以功也可定义为能量转换的量度。一个系统总能量的变化，常以系统对外做功的多少来量度。能量可以是机械能、电能、热能、化学能等各种形式，也可以多种形式的能量同时发生转化。由此可见，上面分析中，第一个理论对应的广义的功，第二个理论对应的则是狭义的功，它们都没有错误，只是在现阶段的教材中还没有将它们及时地区分开来而已。归纳：求广义的功，S取作用点的位移；求

5、狭义的功，S取物体（质心）位移。那么在解题中如何处理呢？1、抽象地讲“某某力做的功”一般指广义的功；2、讲“力对某物体做的功”常常指狭义的功；3、动能定理中的功肯定是指狭义的功。【例2】人登静止的楼梯，从一楼到二楼。楼梯是否做功？【解析】：楼梯不需要输出任何能量，不做功，S取作用点位移；就相对复杂一些。如果认为所求为狭义的功，S取质心位移，是做了功，但结论仍然是难以令人接受的。下面我们来这样一个处理：将复杂的形变物体（人）看成这样一个相对理想的组合：刚性物体下面连接一压缩的弹簧（如图所示），人每一次蹬梯，腿伸直将躯体重心上举，等效为弹簧将刚性物体举起。这样，我们就不难发现

6、，做功的是人的双腿而非地面，人既是输出能量（生物能）的机构，也是得到能量（机械能）的机构——这里的物理情形更象是一种生物情形。本题所求的功应理解为广义功为宜。【反思】如图所示，人站在船上，通过拉一根固定在铁桩的缆绳使船靠岸。试问：缆绳是否对船和人的系统做功？解：分析同上面的。答：否。以上几例有一些共同的特点：要么，受力物体情形比较复杂（形变，不能简单地看成一个质点。如第2、第3例），要么，施力者和受力者之间的能量转化不是封闭的（涉及到第三方，或机械能以外的形式。如第1例）。以后，当遇到这样的问题时，需要我们慎重对待。【例3】足够长的水平传送带维持匀速v运转。将一袋货物无初

7、速地放上去，在货物达到速度v之前，与传送带的摩擦力大小为f，对地的位移为S。试问：求摩擦力的功时，是否可以用W=fS？解：按一般的理解，这里应指广义的功（对应传送带引擎输出的能量），所以“位移”取作用点的位移。注意，在此处有一个隐含的“交换作用点”的问题，仔细分析，不难发现，每一个（相对皮带不动的）作用点的位移为2S。（另解：求货物动能的增加和与皮带摩擦生热的总和。）答：否。第二步成就应考能力归纳分析。总结方法能量难点问题的解决离不开能量的相关规律，相关规律的应用是以正确理解定律为前提．1:会解功和能量与圆周运动的综合问题。当