广东省佛山市南海区罗村高级中学高一物理《第四章 机械能》练习.doc

《第四章 机械能》是高中物理中的一个重要章节，主要探讨了力做功、功率、能量转换和守恒等一系列概念。下面将详细解释这些知识点： 1. 功：功是力与物体沿力的方向移动的距离的乘积。定义式为 \( W = \vec{F} \cdot \vec{s} = Fs\cos\theta \)。如果力和位移的方向完全一致（\(\theta = 0\)），则力做正功；若两者垂直（\(\theta = 90^\circ\)），则不做功；而当力与位移方向相反（\(\theta > 90^\circ\)）时，力做负功。 2. 功率：功率是衡量物体做功速率的物理量，定义为单位时间内所做的功。基本公式为 \( P = \frac{W}{t} \)，推导形式包括 \( P = \vec{F} \cdot \vec{v} \)。汽车启动有两种方式，一种是以恒定功率启动，随着速度增加，牵引力减小；另一种是匀加速启动，力不变，随着速度增加，功率增大，直至达到额定功率。 3. 功能关系：功是能量转换的度量，\( \Delta E_W = W \)。这表明做功的过程就是能量从一种形式转化为另一种形式。 4. 重力做功与重力势能：重力做功只与物体下落的高度差 \( \Delta h \) 有关，而与路径无关。\( W_G = -mgh \)，其中 \( h \) 是相对于参考面的高度。重力势能 \( E_p = mgh \)，其值与选取的参考面有关。 5. 动能定理：合外力做的功等于物体动能的改变，\( \Delta K = W_{合} = \frac{1}{2}mv_2^2 - \frac{1}{2}mv_1^2 \)，这表明动能的变化只取决于合外力做功，与做功过程无关。 6. 机械能：机械能是动能和势能之和，包括重力势能 \( E_p = mgh \) 和弹性势能 \( E_p = \frac{1}{2}kx^2 \)（对于弹簧而言），机械能守恒定律指出，在只有保守力（如重力或弹力）做功的情况下，系统的机械能保持不变。 7. 能量转化与守恒：在封闭系统中，能量总量是恒定的，意味着能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总和不变。 练习题的解答： 1. 斜面问题中，由于物体相对斜面静止，重力做功为 \( mgh \)，支持力不做功，摩擦力做功为 \( -\mu mgscos\theta \)。 2. B 选项正确，因为合外力做功只取决于初末状态的速度平方差，与摩擦力等因素无关。 3. D 选项正确，作用力和反作用力可以同时做负功，例如两物体相向滑动，摩擦力对双方都是阻力。 4. 错误的理解是 B，合力的功是分力功的代数和而非矢量和。 5. A 选项正确，物体克服重力做功，势能一定增加；B 和 C 错误，势能取决于位置和参考面；D 错误，重力做功与势能变化有关。 6. B 选项正确，滑动摩擦力可以做正功也可以做负功，取决于相对运动的方向。 7. D 选项正确，功率取决于力、速度和它们之间的夹角。 8. 正确的是 A，支持力与物体相对斜面的位移垂直，所以做功为零。 9. 石块落地速率只与初速度 \( v_0 \) 和初始高度 \( h \) 有关，与质量 \( m \) 和抛射角 \( \theta \) 有关。 10. 此题中，力 F 所做的功无法仅凭给出的信息计算，因为未知力 F 与位移之间的具体关系。 以上是对《第四章 机械能》主要内容的详细解释和练习题的解析，涵盖了功、功率、能量转换和守恒等多个关键概念。在学习这个章节时，学生应深入理解这些概念，并通过实际例题来巩固应用。