高二物理：重力做功與重力勢(shì)能

 　　單元概述

　　本單元所涉及的知識(shí)主要是兩個(gè)概念(“功”和“能”的概念)和一個(gè)關(guān)系(“功能關(guān)系”) .在作為“過(guò)程量”的“功”和作為“狀態(tài)量”的“能”之間建立起某種關(guān)系，進(jìn)而運(yùn)用所謂“能量觀點(diǎn)”通過(guò)比較狀態(tài)達(dá)到了解過(guò)程之目的.這樣的運(yùn)作方式實(shí)際上為我們了解復(fù)雜物理過(guò)程提供了一種好方法，應(yīng)該在相應(yīng)的教學(xué)過(guò)程中引領(lǐng)學(xué)生悉心體會(huì).本單元所涉及的機(jī)械能守恒定律，是高中物理第一次運(yùn)用“守恒思想”來(lái)整體性把握過(guò)程.教學(xué)中應(yīng)該在守恒定律的理解、守恒條件的表述等具體問(wèn)題的分析與解決中適當(dāng)滲透“守恒思想”，以啟發(fā)和引領(lǐng)學(xué)生對(duì)相應(yīng)的思想方法的體會(huì)與領(lǐng)悟.本單元是《 物理? 必修2 》 模塊的知識(shí)，所對(duì)應(yīng)的《 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》 的相關(guān)條目如下.

　　條目1 ：舉例說(shuō)明功是能量變化的量度，理解功和功率.關(guān)心生活和生產(chǎn)中常見(jiàn)機(jī)械的功率的大小及其意義.條目Z ：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.

　　理解動(dòng)能和動(dòng)能定理.用動(dòng)能定理解釋生活和生產(chǎn)中的現(xiàn)象.條目3 ：理解重力勢(shì)能.知道重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系.條目4 ：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.理解機(jī)械能守恒定律.用機(jī)械能守恒定律分析生活和生產(chǎn)中的有關(guān)問(wèn)題.條目5 ：了解自然界中存在多種形式的能量.知道能量守恒是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一條目6 ：通過(guò)能量守恒以及能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，認(rèn)識(shí)提高效率的重要性.了解能源與人類生存和社會(huì)發(fā)展的關(guān)系，知道可持續(xù)發(fā)展的重大意義.

　　要點(diǎn)剖析

　　關(guān)于“功”的4 個(gè)基本問(wèn)題

　　關(guān)于“功”，我們面臨著的通常有如下4 個(gè)基本問(wèn)題.

　　( 1 )做功與否的判斷問(wèn)題

　　關(guān)于“功”，我們面臨的第1 個(gè)問(wèn)題是“做功與否的判斷問(wèn)題”.判斷做功與否的依據(jù)是功的兩個(gè)要素：力;力的方向上的位移.

　　例題l 如圖3 一6 一1 所示，斜面體放在光滑水平面上，小物體從斜面上端由靜止釋放，試分析在小物體滑到斜面體底端的過(guò)程中，小物體與斜面體之間相互作用的彈力的做功情況.

　　解答隨著小物體從斜面體頂端滑到底端，斜面體將沿著光滑水平面向右運(yùn)動(dòng)，如圖3 一6 一2 所示.由于小物體與斜面體間相互作用的彈力總垂直于斜面，可見(jiàn)：斜面體對(duì)小物體的彈力與小物體發(fā)生的位移、，間的角度為鈍角，該力對(duì)小物體做負(fù)功;小物體對(duì)斜面體的彈力與斜面體發(fā)生的位移、：間的角度為銳角，該力對(duì)斜面體做正功.

　　( 2 )做功多少的計(jì)算問(wèn)題

　　如果“做功與否的問(wèn)題”得到的是肯定的判斷，我們就又將面臨著“做功多少的計(jì)算問(wèn)題”.計(jì)算做功多少的依據(jù)是功的公式

　　例題2 如圖3 一63 所示，物體置于水平面上，輕繩穿過(guò)固定在物體上的光滑輕滑輪，一端固定在墻上，另一端牽在人的手中.用大小為F 一SN 的拉力沿與水平線夾角為夕一600 的方向斜向上拉繩，使物體沿水平面移動(dòng)了d 一4m ，在此過(guò)程中，拉力F 做了多少功?

　　解答在拉力F 使物體移動(dòng)d 一4m 的過(guò)程中，拉力F 的作用點(diǎn)“繩頭”的位移情況如圖3 一6 一4 所示，由此即可解得

　　( 3 )做功快慢的描述間題

　　“做功多少”與“做功快慢”并不是一回事，所以在計(jì)算了“做功多少”后，我們還須要學(xué)會(huì)描述“做功快慢”.做功的快慢程度是用“功率”來(lái)描述的，通常可將“功率”表述為

　　尸、絲一凡.t

　　例題3 將質(zhì)量為m 的物體從h 高處水平拋出，空氣阻力不計(jì)，則著地前一瞬間重力做功的功率為

　　解答物體著地前一瞬間沿著重力方向的分速度的大小為(學(xué)生查閱書(shū)本)

　　( 4 )做功意義的理解間題

　　關(guān)于“功”，我們面臨著的第4 個(gè)基本問(wèn)題是“做功意義的理解問(wèn)題”.關(guān)于做功的物理意義，通常是結(jié)合能量的概念來(lái)理解的：做功的過(guò)程必將伴隨著能量的變化;做多少功，能量就相應(yīng)變化多少;不同性質(zhì)的力做功，將伴隨著不同形式的能量的變化.例題4 物體的質(zhì)量為從，在豎直向上的力尸的作用下向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a ，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力大小為f ，則物體在上升h 的過(guò)程中() A .動(dòng)能增加幾B .動(dòng)能增加陰ah

　　C .機(jī)械能增加Fh D .機(jī)械能增加(F 一f ) h 解答合外力做的功等于動(dòng)能的增加量，而合外力的大小為ma ，可見(jiàn)選項(xiàng)A 是錯(cuò)誤的，選項(xiàng)B 正確;除重力以外的其他力做的功等于機(jī)械能的增加量，可見(jiàn)選項(xiàng)C 是錯(cuò)誤的，而選項(xiàng)D 是正確的.所以此題應(yīng)選BD .

　　關(guān)于“恒定功率啟動(dòng)”的問(wèn)題

　　在一類動(dòng)力機(jī)車(chē)以恒定功率啟動(dòng)的問(wèn)題中，其啟動(dòng)階段的動(dòng)力學(xué)分析如下：牽引力(F )與恒定阻力(f )的合力產(chǎn)生機(jī)車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度(a )

　　于是，隨著速度(動(dòng)增大，牽引力(F )將減小;隨著牽引O 力(F )減小，加速度(a )將減小;隨著加速度(a )減小，速度(動(dòng)將增大更慢… … 當(dāng)加速度(a )減小為O ，速度(v )增大到最大值.

　　(責(zé)任編輯：彭海芝)

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