高中物理动量和能量知识点.doc

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---------------动量和能量
:
力的瞬时性(产生a)F=ma、运动状态发生变化牛顿第二定律
时间积累效应(冲量)I=Ft、动量发生变化动量定理
空间积累效应(做功)w=Fs动能发生变化动能定理
:动量:p=mv=冲量:I=Ft
动量定理:内容:物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化。
公式:F合t=mv’一mv(解题时受力分析和正方向的规定是关键)
I=F合t=F1t1+F2t2+---=p=P末-P初=mv末-mv初
动量守恒定律:内容、守恒条件、不同的表达式及含义:;;
P=P′ (系统相互作用前的总动量P等于相互作用后的总动量P′)
ΔP=0 (系统总动量变化为0)
如果相互作用的系统由两个物体构成,动量守恒的具体表达式为
P1+P2=P1′+P2′ (系统相互作用前的总动量等于相互作用后的总动量)
m1V1+m2V2=m1V1′+m2V2′
ΔP=-ΔP' (两物体动量变化大小相等、方向相反)
实际中应用有:m1v1+m2v2=;0=m1v1+m2v2m1v1+m2v2=(m1+m2)v共
原来以动量(P)运动的物体,若其获得大小相等、方向相反的动量(-P),是导致物体静止或反向运动的临界条件。即:P+(-P)=0
注意理解四性:系统性、矢量性、同时性、相对性
矢量性:对一维情况,先选定某一方向为正方向,速度方向与正方向相同的速度取正,反之取负,把矢量运算简化为代数运算。
相对性:所有速度必须是相对同一惯性参照系。
同时性:表达式中v1和v2必须是相互作用前同一时刻的瞬时速度,v1’和v2’必须是相互作用后同一时刻的瞬时速度。
解题步骤:选对象,划过程;受力分析。所选对象和过程符合什么规律?用何种形式列方程;(先要规定正方向)求解并讨论结果。
:
功W=Fscosq(适用于恒力功的计算)①理解正功、零功、负功②功是能量转化的量度
W=P·t(p===Fv)功率:P=(在t时间内力对物体做功的平均功率)P=Fv
(F为牵引力,不是合外力;V为即时速度时,P为即时功率;V为平均速度时,P为平均功率;P一定时,F与V成正比)
动能:EK=重力势能Ep=mgh(凡是势能与零势能面的选择有关)
动能定理:外力对物体所做的总功等于物体动能的变化(增量)。
公式:W合=W合=W1+W2+…+Wn=DEk=Ek2一Ek1=
机械能守恒定律:机械能=动能+重力势能+弹性势能(条件:系统只有内部的重力或弹力做功).
守恒条件:(功角度)只有重力,弹力做功;(能转化角度)只发生动能与势能之间的相互转化。
“只有重力做功”不等于“只受重力作用”。在该过程中,物体可以受其它力的作用,只要这些力不做功,或所做功的代数和为零,就可以认为是“只有重力做功”。
列式形式:E1=E2(先要确定零势面)P减(或增)=E增(或减)EA减(或增)=EB增(或减)
mgh1+或者DEp减=DEk增
除重力和弹簧弹力做功外,其它力做功改变机械能;滑动摩擦力和空气阻力做功W=fd路程E内能(发热)
:功和能的关系:功是能量转化的量度。有两层含义:
(1)做功的过程就是能量转化的过程,(2)做功的多少决定了能转化的数量,即:功是能量转化的量度
强调:功是一种过程量,它和一段位移(一段时间)相对应;而能是一种状态量,它与一个时刻相对应。两者的单位是相同的(都是J),但不能说功就是能,也不能说“功变成了能”。
做功的过程是物体能量的转化过程,做了多少功,就有多少能量发生了变化,功是能量转化的量度.
(1)动能定理

(2)与势能相关力做功导致与之相关的势能变化
重力
重力做正功,重力势能减少;重力做负功,=EP1—EP2=—ΔEP
弹簧弹力
弹力做正功,弹性势能减少;弹力做负功,弹性势能增加.
=EP1—EP2=—ΔEP
分子力
分子力对分子所做的功=分子势能增量的负值
电场力
电场力做正功,电势能减少;电场力做负功,电势能增加。注意:电荷的正负及移动方向
电场力对电荷所做的功=电荷电势能增量的负值
(3)机械能变化原因
除重力(弹簧弹力)以外的的其它力对物体所做的功=物体机械能的增量即WF=E2—E1=ΔE
当除重力(或弹簧弹力)以外的力对物体所做的功为零时,即机械能守恒
(4)机械能守恒定律
在只有重力和弹簧的弹力做功的物体系内,动能和势能可以互相转化,+EP2=EK1+EP1,或ΔEK=—ΔEP
(5)静摩擦力做功的特点
(1)静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功;
(2)在静摩擦力做功的过程中,只有机械能的互相转移,而没有机械能与其他形式的能的转化,静摩擦力只起着传递机械能的作用;
(3)相互摩擦的系统内,一对静摩擦力对系统所做功的和总是等于零.
(6)滑动摩擦力做功特点
“摩擦所产生的热”
(1)滑动摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功;
=滑动摩擦力跟物体间相对路程的乘积,即一对滑动摩擦力所做的功
(2)相互摩擦的系统内,一对滑动摩擦力对系统所做功的和总表现为负功,
其大小为:W=—fS相对=Q对系统做功的过程中,系统的机械能转化为其他形式的能,
(S相对为相互摩擦的物体间的相对位移;若相对运动有往复性,则S相对为相对运动的路程)
(7)一对作用力与反作用力做功的特点
(1)作用力做正功时,反作用力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功;作用力做负功、不做功时,反作用力亦同样如此.
(2)一对作用力与反作用力对系统所做功的总和可以是正功,也可以是负功,还可以零.
(8)热学
外界对气体做功
外界对气体所做的功W与气体从外界所吸收的热量Q的和=气体内能的变化W+Q=△U(热力学第一定律,能的转化守恒定律)
(9)电场力做功
W=qu=qEd=F电SE(与路径无关)
(10)电流做功
(1)在纯电阻电路中(电流所做的功率=电阻发热功率)
(2)在电解槽电路中,电流所做的功率=电阻发热功率+转化为化学能的的功率
(3)在电动机电路中,电流所做的功率=电阻发热功率与输出的机械功率之和
P电源t=uIt=+E其它;W=IUt>
(11)安培力做功
安培力所做的功对应着电能与其它形式的能的相互转化,即W安=△E电,
安培力做正功,对应着电能转化为其他形式的能(如电动机模型);
克服安培力做功,对应着其它形式的能转化为电能(如发电机模型);
且安培力作功的绝对值,等于电能转化的量值,W=F安d=BILd内能(发热)
(12)洛仑兹力永不做功
洛仑兹力只改变速度的方向
(13)光学
光子的能量:E光子=hγ;一束光能量E光=N×hγ(N指光子数目)
在光电效应中,光子的能量hγ=W+
(14)原子物理
原子辐射光子的能量hγ=E初—E末,原子吸收光子的能量hγ=E末—E初
爱因斯坦质能方程:E=mc2
(15)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,其中每一个物体的能量的数值及形式都可能发生变化,但系统内所有物体的各种形式能量的总合保持不变
功和能的关系贯穿整个物理学。现归类整理如下:常见力做功与对应能的关系
常见的几种力做功
能量关系
数量关系式
力的种类
做功的正负
对应的能量
变化情况
①重力mg
+
重力势能EP
减小
mgh=–ΔEP
–
增加
②弹簧的弹力kx
+
弹性势能E弹性
减小
W弹=–ΔE弹性
–
增加
③分子力F分子
+
分子势能E分子
减小
W分子力=–ΔE分子
–
增加
④电场力Eq
+
电势能E电势
减小
qU=–ΔE电势
–
增加
⑤滑动摩擦力f
–
内能Q
增加
fs相对=Q
⑥感应电流的安培力F安培
–
电能E电
增加
W安培力=ΔE电
⑦合力F合
+
动能Ek
增加
W合=ΔEk
–
减小
⑧重力以外的力F
+
机械能E机械
增加
WF=ΔE机械
–
减小
:单位:Jev=×10-19J度=kwh=×106J1u=
⊙力学:①W=Fscosα②W=P·t(p===Fv)
③动能定理W合=W1+W2+…+Wn=ΔEK=E末-E初(W可以不同的性质力做功)
④功是能量转化的量度(易忽视)主要形式有:惯穿整个高中物理的主线
重力的功------量度------重力势能的变化电场力的功-----量度------电势能的变化
分子力的功-----量度------分子势能的变化合外力的功------量度-------动能的变化
除重力和弹簧弹力做功外,其它力做功改变机械能;摩擦力和空气阻力做功W=fd路程E内能(发热)
与势能相关的力做功特点:如重力,弹力,分子力,电场力它们做功与路径无关,只与始末位置有关.
“功是能量转化的量度”这一基本概念理解。
⑴物体动能的增量由外力做的总功来量度:W外=ΔEk,这就是动能定理。
⑵物体重力势能的增量由重力做的功来量度:WG=-ΔEP,这就是势能定理。
⑶物体机械能的增量由重力以外的其他力做的功来量度:W其=ΔE机,(W其表示除重力以外的其它力做的功),这就是机械能定理。
⑷当W其=0时,说明只有重力做功,所以系统的机械能守恒。
⑸一对互为作用力反作用力的摩擦力做的总功,用来量度该过程系统由于摩擦而减小的机械能,也就是系统增加的内能。fžd=Q(d为这两个物体间相对移动的路程)。
⊙热学:ΔE=Q+W(热力学第一定律)
⊙电学:WAB=qUAB=F电dE=qEdE动能(导致电势能改变)
W=QU=UIt=I2Rt=U2t/RQ=I2Rt
E=I(R+r)=u外+u内=u外+IrP电源t=uIt+E其它P电源=IE=IU+I2Rt
⊙磁学:安培力功W=F安d=BILd内能(发热)
⊙光学:单个光子能量E=hγ一束光能量E总=Nhγ(N为光子数目) 
光电效应=hγ-W0跃迁规律:hγ=E末-E初辐射或吸收光子
⊙原子:质能方程:E=mc2ΔE=Δmc2注意单位的转换换算
汽车的启动问题:,
恒定功
率启动
速度V↑F=↓
a=
当a=0即F=f时,v达到最大vm
保持vm匀速
∣→→→变加速直线运动→→→→→→→∣→→→→匀速直线运动→→……
恒定加速度启动
a定=即F一定
P↑=F定v↑即P随v的增大而增大
当a=0时,v达到最大vm,此后匀速
当P=P额时
a定=≠0,
v还要增大
F=
a=
∣→→匀加速直线运动→→→→∣→→→变加速(a↓)运动→→→→→∣→匀速运动→
(1)若额定功率下起动,则一定是变加速运动,.
(2)特别注意匀加速起动时,(匀加速结束时的速度),,车仍要在额定功率下做加速度减小的加速运动(这阶段类同于额定功率起动)直至a=0时速度达到最大.
动量守恒:
内容:相互作用的物体系统,如果不受外力,或它们所受的外力之和为零,它们的总动量保持不变。
(研究对象:相互作用的两个物体或多个物体所组成的系统)
守恒条件:①系统不受外力作用。(理想化条件)
②系统受外力作用,但合外力为零。
③系统受外力作用,合外力也不为零,但合外力远小于物体间的相互作用力。
④系统在某一个方向的合外力为零,在这个方向的动量守恒。
⑤全过程的某一阶段系统受合外力为零,该阶段系统动量守恒,
即:原来连在一起的系统匀速或静止(受合外力为零),分开后整体在某阶段受合外力仍为零,可用动量守恒。
不同的表达式及含义:;;(各种表达式的中文含义)
实际中有应用:m1v1+m2v2=;0=m1v1+m2v2m1v1+m2v2=(m1+m2)v共
注意理解四性:系统性、矢量性、同时性、相对性
系统性:研究对象是某个系统、研究的是某个过程
矢量性:不在同一直线上时进行矢量运算;在同一直线上时,取正方向,引入正负号转化为代数运算。
同时性:v1、v2是相互作用前同一时刻的速度,v1'、v2'是相互作用后同一时刻的速度。
同系性:各速度必须相对同一参照系
解题步骤:选对象,划过程;?用何种形式列方程(先要规定正方向)求解并讨论结果。历年高考中涉及动量守量模型题:
,,若把此木板固定在水平面上,其它条件相同,求滑块离开木板时速度?
3x0
x0
A
O
m
1996年全国广东(24题)
1995年全国广东(30题压轴题)
1997年全国广东(25题轴题12分)
1998年全国广东(25题轴题12分)
试在下述简化情况下由牛顿定律导出动量守恒定律的表达式:系统是两个质点,相互作用力是恒力,不受其他力,沿直线运动要求说明推导过程中每步的根据,以及式中各符号和最后结果中各项的意义。
质量为M的小船以速度V0行驶,船上有两个质量皆为m的小孩a和b,(相对于静止水面)向前跃入水中,然后小孩b沿水平方向以同一速率v(相对于静止水面).
1999年全国广东(20题12分)
2000年全国广东(22压轴题)
2001年广东河南(17题12分)
M21N
PQ
B
2002年广东(19题)
2003年广东(19、20题)
2004年广东(15、17题)
A
H
O/
O
B
L
P
C
2005年广东(18题)
2006年广东(16、18题)
2007年广东(17题)
碰撞模型:特点和注意点:
①动量守恒;②碰后的动能不可能碰前大;
③对追及碰撞,碰后后面物体的速度不可能大于前面物体的速度。
m1v1+m2v2=(1)
(2)
记住这个结论给解综合题带来简便。通过讨论两质量便可。
“一动一静”弹性碰撞规律:即m2v2=0;=0代入(1)、(2)式
动量守恒:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'动能守恒:m1v12+m2v22=m1v1'2+m2v2'2
联立可解:v1'=(主动球速度下限)v2'=(被碰球速度上限)
讨论(1):
当m1>m2时,v1'>0,v2'>0v1′与v1方向一致;当m1>>m2时,v1'≈v1,v2'≈2v1(高射炮打蚊子)
当m1=m2时,v1'=0,v2'=v1即m1与m2交换速度
当m1<m2时,v1'<0(反弹),v2'>0v2′与v1同向;当m1<<m2时,v1'≈-v1,v2'≈0(乒乓球撞铅球)
讨论(2):被碰球2获最大速度、最大动量、最大动能的条件为
,当m1>>m2时,v2'≈2v1
,由p2'=m2v2'=,可见,当m1<<m2时,p2'≈2m1v1=2p1
,当m1=m2时,EK2'=EK1
一动静的完全非弹性碰撞。(子弹打击木块模型)是高中物理的重点。
特点:碰后有共同速度,或两者的距离最大(最小)或系统的势能最大等等多种说法.
mv0+0=(m+M)=(主动球速度上限,被碰球速度下限)
=+E损E损=一=
由上可讨论主动球、被碰球的速度取值范围
<v主<<v被<
讨论:①E损可用于克服相对运动时的摩擦力做功转化为内能
E损=fd相=mg·d相=一=d相==
②也可转化为弹性势能;③转化为电势能、电能发热等等;(通过电场力或安培力做功)
子弹打木块模型:物理学中最为典型的碰撞模型(一定要掌握)
子弹击穿木块时,两者速度不相等;子弹未击穿木块时,:当子弹从木块一端到达另一端,相对木块运动的位移等于木块长度时,两者速度相等.
例题:设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为M的木块,并留在木块中不再射出,子弹钻入木块深度为d。求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。
解析:子弹和木块最后共同运动,相当于完全非弹性碰撞。
从动量的角度看,子弹射入木块过程中系统动量守恒:
从能量的角度看,该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。设平均阻力大小为f,设子弹、木块的位移大小分别为s1、s2,如图所示,显然有s1-s2=d
对子弹用动能定理:…………………………………①
对木块用动能定理:…………………………………………②
①、②相减得:………………③
③式意义:fžd恰好等于系统动能的损失;根据能量守恒定律,系统动能的损失应该等于系统内能的增加;可见,即两物体由于相对运动而摩擦产生的热(机械能转化为内能),等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积(由于摩擦力是耗散力,摩擦生热跟路径有关,所以这里应该用路程,而不是用位移)。
由上式不难求得平均阻力的大小:
至于木块前进的距离s2,可以由以上②、③相比得出:
从牛顿运动定律和运动学公式出发,也可以得出同样的结论。试试推理。
由于子弹和木块都在恒力作用下做匀变速运动,位移与平均速度成正比:
一般情况下,所以s2<<d。这说明在子弹射入木块过程中木块的位移很小,可以忽略不计。这就为分阶段处理问题提供了依据。象这种运动物体与静止物体相互作用,动量守恒,最后共同运动的类型,
全过程动能的损失量可用公式:………………………………④
当子弹速度很大时,可能射穿木块,这时末状态子弹和木块的速度大小不再相等,但穿透过程中系统动量仍然守恒,系统动能损失仍然是ΔEK=fžd(这里的d为木块的厚度),但由于末状态子弹和木块速度不相等,所以不能再用④式计算ΔEK的大小。
做这类题目时一定要画好示意图,把各种数量关系和速度符号标在图上,以免列方程时带错数据。
以上所列举的人、船模型的前提是系统初动量为零。如果发生相互作用前系统就具有一定的动量,那就不能再用m1v1=m2v2这种形式列方程,而要利用(m1+m2)v0=m1v1+m2v2列式。
特别要注意各种能量间的相互转化
附:
高考物理力学常见几类计算题的分析
高考题物理计算的常见几种类型
题型常见特点
考查的主要内容
解题时应注意的问题
牛顿运动定律的应用与运动学公式的应用
(1)一般研究单个物体的阶段性运动。
(2)力大小可确定,一般仅涉及力、速度、加速度、位移、时间计算,通常不涉及功、能量、动量计算问题。
(1)运动过程的阶段性分析与受力分析
(2)运用牛顿第二定律求a
(3)选择最合适的运动学公式求位移、速度和时间。
(4)特殊的阶段性运动或二物体运动时间长短的比较常引入速度图象帮助解答。
(1)学会画运动情境草,并对物体进行受力分析,以确定合外力的方向。
(2)加速度a计算后,应根据物体加减速运动确定运动学公式如何表示(即正负号如何添加)
(3)不同阶段的物理量要加角标予以区分。
力学二大定理与二大定律的应用
二大定理应用:(1)一般研究单个物体运动:若出现二个物体时隔离受力分析,分别列式判定。
(2)题目出现“功”、“动能”、“动能增加(减少)”等字眼,常涉及到功、力、初末速度、时间和长度量计算。
(1)功、冲量的正负判定及其表达式写法。
(2)动能定理、动量定理表达式的建立。
(3)牛顿第二定律表达式、运动学速度公式与单一动量定理表达是完全等价的;牛顿第二定律表达式、运动学位移公式与单一动能定理表达是完全等价的;二个物体动能表达式与系统能量守恒式往往也是等价的。应用时要避免重复列式。
(4)曲线运动一般考虑到动能定理应用,圆周运动一般还要引入向心力公式应用;匀变速直线运动往往考查到二个定理的应用。
(1)未特别说明时,动能中速度均是相对地而言的,动能不能用分量表示。
(2)功中的位移应是对地位移;功的正负要依据力与位移方向间夹角判定,重力和电场力做功正负有时也可根据特征直接判定。
(3)选用牛顿运动定律及运动学公式解答往往比较繁琐。
(4)运用动量定理时要注意选取正方向,并依据规定的正方向来确定某力冲量,物体初末动量的正负。
二大定律应用:(1)一般涉及二个物体运动
(2)题目常出现“光滑水平面”(或含“二物体间相互作用力等大反向”提示)、“碰撞”、“动量”、“动量变化量”、“速度”等字眼,给定二物体质量,并涉及共同速度、最大伸长(压缩量)、最大高度、临界量、相对移动距离、作用次数等问题。
(1)系统某一方向动量守恒时运用动量守恒定律。
(2)涉及长度量、能量、相对距离计算时常运用能量守恒定律(含机械能守恒定律)解题。
(3)等质量二物体的弹性碰撞,二物体会交换速度。
(4)最值问题中常涉及二物体的共同速度问。
(1)运用动量守恒定律时要注意选择某一运动方向为正方向。
(2)系统合外力为零时,能量守恒式要力争抓住原来总能量与后来总能量相等的特点列式;当合外力不为零时,常根据做多少功转化多少能特征列式计算。
(3)多次作用问题逐次分析、列式找规律的意识。
万有引力定律的应用(一般出在选择题中)
(1)涉及天体运动问题,题目常出现“卫星”、“行星”、
(1)物体行星表面处所受万有引力近似等于物体重力,地面处重力往往远大于向心力
(1)注意万有引力定律表达式中的两天体间距离r距与向心力公式中物体环绕半径r的区别与联系。
“地球”、“表面”等字眼。
(2)涉及卫星的环绕速度、周期、加速度、质量、离地高度等计算
(3)星体表面环绕速度也称第一宇宙速度。
(2)空中环绕时万有引力提供向心力。
(3)物体所受的重力与纬度和高度有关,涉及火箭竖直上升(下降)时要注意在范围运动对重力及加速度的影响,而小范围的竖直上抛运动则不用考虑这种影响。
(4)当涉及转动圈数、二颗卫星最近(最远距离)、覆盖面大小问题时,要注意几何上角度联系、卫星到行星中心距离与行星半径的关系。
(2)双子星之间距离与转动半径往往不等,列式计算时要特别小心。
(3)向心力公式中的物体环绕半径r是所在处的轨迹曲率半径,当轨迹为椭圆时,曲率半径不一定等于长半轴或短半轴。
(4)地面处重力或万有引力远大于向心力,而空中绕地球匀速圆周运动时重力或万有引力等于向心力。