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动量和能量(1)

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2011届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题03:第2专题 动量和能量(1)   

考点预测

本专题涉及的内容是动力学内容的延续和深化.动量守恒定律、机械能守恒定律、能量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围更广泛.它们是自然界中最基本、最普遍、最重要的客观规律,也是高中物理的重点和难点、高考考查内容的重点.其命题形式一般是能量与动量综合起来考,如:2009年全国理综卷Ⅰ第21题、第25题,2008年全国理综卷Ⅰ的第24题“下摆拉动

滑块碰撞问题”,全国理综卷Ⅱ的第23题“子弹射击木块问题”,重庆理综卷的第24题“碰撞后压缩弹簧问题”.但是,由于目前全国的课改形势以及在课程标准中的内容设置,在高考中出现的这类综合题的难点主要在于功能关系的应用上,而不是在于动量守恒定律的应用上.

另外,从2009年各地的高考考卷中也可发现,除了能量与动量的综合题外,单独考查功能原理的试题在卷中出现的概率也较大.

要点归纳

一、基本的物理概念

1.冲量与功的比较

 

(2)属性

2.动量与动能的比较

(1)定义式

(2)属性

(3)动量与动能量值间的关系

(4)动量和动能都是描述物体状态的量,都有相对性(相对所选择的参考系),都与物体的受力情况无关.动量的变化和动能的变化都是过程量,都是针对某段时间而言的.

二、动量观点的基本物理规律

1.动量定理的基本形式与表达式:I=Δp

分方向的表达式:IxΔpxIyΔpy

2.动量定理推论:动量的变化率等于物体所受的合外力,即=F合.

3.动量守恒定律

(1)动量守恒定律的研究对象是一个系统(含两个或两个以上相互作用的物体).

(2)动量守恒定律的适用条件

①标准条件:系统不受外力或系统所受外力之和为零.

②近似条件:系统所受外力之和虽不为零,但比系统的内力小得多(如碰撞问题中的摩擦力、爆炸问题中的重力等外力与相互作用的内力相比小得多),可以忽略不计.

③分量条件:系统所受外力之和虽不为零,但在某个方向上的分量为零,则在该方向上系统总动量的分量保持不变.

(3)使用动量守恒定律时应注意:

①速度的瞬时性;

②动量的矢量性;

③时间的同一性.

(4)应用动量守恒定律解决问题的基本思路和方法

①分析题意,明确研究对象.在分析相互作用的物体总动量是否守恒时,通常把这些被研究的物体统称为系统.对于比较复杂的物理过程,要采用程序法对全过程进行分段分析,要明确在哪些阶段中,哪些物体发生相互作用,从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的.

②对各阶段所选系统内的物体进行受力分析,弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力,哪些是作用于系统的外力.在受力分析的基础上根据动量守恒定律的条件,判断能否应用动量守恒定律.

③明确所研究的相互作用过程,确定过程的始末状态,即系统内各个物体的初动量和末动量的值或表达式.(注意:在研究地面上物体间相互作用的过程时,各物体运动的速度均应取地球为参考系)

④确定正方向,建立动量守恒方程求解.

三、功和能

1.中学物理中常见的能量

动能Ekmv2;重力势能Epmgh;弹性势能Ekx2;机械能EEkEp;分子势能;分子动能;内能;电势能E;电能;磁场能;化学能;光能;原子能(电子的动能和势能之和);原子核能Emc2;引力势能;太阳能;风能(空气的动能);地热、潮汐能.

2.常见力的功和功率的计算:

恒力做功WFscos θ

重力做功Wmgh

一对滑动摩擦力做的总功Wf=-fs

电场力做功WqU

功率恒定时牵引力所做的功WPt

恒定压强下的压力所做的功Wp·ΔV

电流所做的功WUIt

洛伦兹力永不做功;

瞬时功率PFvcos_θ

平均功率==Fcos θ

3.中学物理中重要的功能关系

能量与物体运动的状态相对应.在物体相互作用的过程中,物体的运动状态通常要发生变化,所以物体的能量变化一般要通过做功来实现,这就是常说的“功是能量转化的量度”的物理本质.那么,什么功对应着什么能量的转化呢?在高中物理中主要的功能关系有:

(1)外力对物体所做的总功等于物体动能的增量,即W=ΔEk.(动能定理)

(2)重力(或弹簧的弹力)对物体所做的功等于物体重力势能(或弹性势能)的增量的负值,即W=-ΔEp(或W=-ΔEp).

(3)电场力对电荷所做的功等于电荷电势能的增量的负值,即W=-ΔE电.

(4)除重力(或弹簧的弹力)以外的力对物体所做的功等于物体机械能的增量,即W其他=ΔE机.(功能原理)

(5)当除重力(或弹簧弹力)以外的力对物体所做的功等于零时,则有ΔE=0,即机械能守恒.

(6)一对滑动摩擦力做功与内能变化的关系是:“摩擦所产生的热”等于滑动摩擦力跟物体间相对路程的乘积,即Qfs相对.一对滑动摩擦力所做的功的代数和总为负值,表示除了有机械能在两个物体间转移外,还有一部分机械能转化为内能,这就是“摩擦生热”的实质.

(7)安培力做功对应着电能与其他形式的能相互转化,即W=ΔE电.安培力做正功,对应着电能转化为其他能(如电动机模型);克服安培力做负功,对应着其他能转化为电能(如发电机模型);安培力做功的绝对值等于电能转化的量值.

(8)分子力对分子所做的功等于分子势能的增量的负值,即W分子力=-ΔE分子.

(9)外界对一定质量的气体所做的功W与气体从外界所吸收的热量Q之和等于气体内能的变化,即WQ=ΔU

(10)在电机电路中,电流做功的功率等于电阻发热的功率与输出的机械功率之和.

(11)在纯电阻电路中,电流做功的功率等于电阻发热的功率.

(12)在电解槽电路中,电流做功的功率等于电阻发热的功率与转化为化学能的功率之和.

(13)在光电效应中,光子的能量Wmv02

(14)在原子物理中,原子辐射光子的能量EE,原子吸收光子的能量EE初.

(15)核力对核子所做的功等于核能增量的负值,即W=-ΔE,并且Δmc2=ΔE核.

(16)能量转化和守恒定律.对于所有参与相互作用的物体所组成的系统,无论什么力做功,可能每一个物体的能量的数值及形式都发生变化,但系统内所有物体的各种形式能量的总和保持不变.

4.运用能量观点分析、解决问题的基本思路

(1)选定研究对象(单个物体或一个系统),弄清物理过程.

(2)分析受力情况,看有什么力在做功,弄清系统内有多少种形式的能在参与转化.

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