高中物理第二卷中的函数和能量知识一般包括以下模块:
1. 工作与权力
2.动能定理
3.机械能守恒定律
4. 函数关系
我们先来说第一个模块:工作和电源。 功的定义为W=FScosθ。 它的数学本质是力和位移两个向量的定量乘积。 因此,功是一个标量。 需要注意的是,一个物体可以受到多种力的作用,但只有一种位移,而且是以地面为参考系的位移。 从知识架构的角度来看,找到力所做的功,为后续的动能定理铺平了道路。 相当一部分学生在制定动能定理方程时,在计算某个力所做的功时出现错误,导致整个方程出现错误。
功率是一个单独的知识模块。 既要考大题,也要考小题。 尤其是在考小题时,很多学生都会犯错误。 权力的概念常常是不明确的。 事实上,与功的定义类似,瞬时功率的定义是P=Fvcosθ,它是力和瞬时速度两个向量的定量乘积。
第二个模块是动能定理。 外力合力所做的功等于物体动能的变化。 简单的一句话,但其重要性却超乎想象。 由于新高一年级的学生在刚学习高中物理时就接触到运动学和牛顿运动定律,或许出于复杂的感受或本能,很多学生还是下意识地运用运动学和动力学的知识来解决问题。当他们遇到他们的时候。 。 缺乏对动能定理这一解决问题的高端思路的应用认识。 其实,在解决问题时,遇到速度比较、做功、位移,特别是出现合成外力做功等术语时,首先应该用动能定理来分析。 无论是在重力场还是电场的背景下,无论是大问题还是图像问题,很多问题都可以这样解决。
其实我们在研究运动学的时候就已经遇到了动能定理。 运动学第三个公式是匀速直线运动动能定理的简化形式。
需要指出的是,净外力所做的功中的净外力是指作用在物体上的所有力,包括重力和弹簧力。
动能定理一度被称为高中物理的通用公式。 后来,这个提法逐渐淡出。 原因也很简单。 动能定理的问题求解也有其自身的局限性。
首先,动能定理不涉及时间t和加速度a这两个物理量。 当我们解决问题时,一旦遇到某个给出加速度或时间的运动过程,就不应该用动能定理来建立方程。
其次,动能定理一般只对一个物体建立方程,一般不会用动能定理来求解两个物体组成的系统。
第三个模块是机械能守恒定律。 我们先来说说机械能的构成。 机械能包括动能、重力势能和弹性势能。 在地球表面附近,机械能也包括这三种能量。 很多人,尤其是学初中物理的人,常常错误地认为机械能包括动能和势能。 这个说法实际上是基于这个问题。 势能是“相互作用系统中存储的能量,与物体的相对位置有关”。 并非所有势能都是机械能。 例如,分子势能属于内能,不属于机械能; 例如,电势能不属于机械能。
机械能守恒定律的表达式为:系统中只有重力和弹簧力做功,机械能守恒。
很多同学问:为什么重力和弹簧力如此特殊? 原因也很容易解释。
如果只有重力起作用,那就是重力势能和动能的转换; 它是内能向机械能的转化;
如果只有弹簧的弹力做功动能定理公式,就是弹性势能和动能的转换; 也是内能向机械能的转化;
如果重力和弹簧力同时做功,是重力势能、弹性势能、动能三种能量的相互转化,还是机械能内能的相互转化。
只有重力和弹簧力起作用,这并不意味着不能施加其他力。 它可以接受其他力动能定理公式,但其他力不能做功。 例如,用绳子拉动钟摆,但绳子的拉力不起作用。
在解决具体问题时,有时有更简单的判断方法。
在只有重力场的系统中,如果系统不产生摩擦和热量,绳子突然拉紧,两个球发生非弹性碰撞,机械能通常是守恒的。
个别题也可以用初中的方法来评判。 例如,一个物体以匀速沿斜面下滑,这个过程中动能不变,但重力势能减小,因此总机械能减小。
动能定理一般只为一个物体建立方程。 机械能守恒定律比动能定理更有用,因为它可以为由物体组成的系统制定方程。
对于单个物体,无论哪些力做功,总能列出动能定理方程; 而机械能守恒则有其局限性。 只有机械能守恒时,才能列出守恒定律。 如果不保守,则无法列出。 。
研究单个物体时,如果机械能守恒,可以利用动能定理和机械能守恒定律来求解。 但需要注意的是,你列出的方程必须有基础。 老师可以根据你列出的方程的格式判断你使用的是动能定理还是机械能守恒。 不要列出混合的数学公式。
第四个模块是功能关系。 这里所说的函数关系是机械能守恒定律的延伸和扩展。
当只有重力和弹簧力做功时,机械能系统的内能相互转化,总机械能守恒。
那么,如果除了重力和弹簧力之外还有其他力在做功呢?
当重力和弹簧力以外的力完成大量功时,系统的机械能会发生变化。 这就是所谓的函数关系。
对于放置在光滑地面上且存在相互摩擦的板系统,块与板摩擦所做的功的代数和不为零,且代数和为负,因此系统的机械能减小,且减少的机械能转化为内能。 所以就有这样的表达式Q=umgL,其中L是板间的相对位移。
在未来的研究中,我们会遇到更多的功能转变。