高中物理第二卷中的函數和能量知識一般包括以下模塊:
1. 工作與權力
2.動能定理
3.機械能守恒定律
4. 函數關系
我們先來說第一個模塊:工作和電源。 功的定義為W=FScosθ。 它的數學本質是力和位移兩個向量的定量乘積。 因此,功是一個標量。 需要注意的是,一個物體可以受到多種力的作用,但只有一種位移,而且是以地面為參考系的位移。 從知識架構的角度來看,找到力所做的功,為后續的動能定理鋪平了道路。 相當一部分學生在制定動能定理方程時,在計算某個力所做的功時出現錯誤,導致整個方程出現錯誤。
功率是一個單獨的知識模塊。 既要考大題,也要考小題。 尤其是在考小題時,很多學生都會犯錯誤。 權力的概念常常是不明確的。 事實上,與功的定義類似,瞬時功率的定義是P=Fvcosθ,它是力和瞬時速度兩個向量的定量乘積。
第二個模塊是動能定理。 外力合力所做的功等于物體動能的變化。 簡單的一句話,但其重要性卻超乎想象。 由于新高一年級的學生在剛學習高中物理時就接觸到運動學和牛頓運動定律,或許出于復雜的感受或本能,很多學生還是下意識地運用運動學和動力學的知識來解決問題。當他們遇到他們的時候。 。 缺乏對動能定理這一解決問題的高端思路的應用認識。 其實,在解決問題時,遇到速度比較、做功、位移,特別是出現合成外力做功等術語時,首先應該用動能定理來分析。 無論是在重力場還是電場的背景下,無論是大問題還是圖像問題,很多問題都可以這樣解決。
其實我們在研究運動學的時候就已經遇到了動能定理。 運動學第三個公式是勻速直線運動動能定理的簡化形式。
需要指出的是,凈外力所做的功中的凈外力是指作用在物體上的所有力,包括重力和彈簧力。
動能定理一度被稱為高中物理的通用公式。 后來,這個提法逐漸淡出。 原因也很簡單。 動能定理的問題求解也有其自身的局限性。
首先,動能定理不涉及時間t和加速度a這兩個物理量。 當我們解決問題時,一旦遇到某個給出加速度或時間的運動過程,就不應該用動能定理來建立方程。
其次,動能定理一般只對一個物體建立方程,一般不會用動能定理來求解兩個物體組成的系統。
第三個模塊是機械能守恒定律。 我們先來說說機械能的構成。 機械能包括動能、重力勢能和彈性勢能。 在地球表面附近,機械能也包括這三種能量。 很多人,尤其是學初中物理的人,常常錯誤地認為機械能包括動能和勢能。 這個說法實際上是基于這個問題。 勢能是“相互作用系統中存儲的能量,與物體的相對位置有關”。 并非所有勢能都是機械能。 例如,分子勢能屬于內能,不屬于機械能; 例如,電勢能不屬于機械能。
機械能守恒定律的表達式為:系統中只有重力和彈簧力做功,機械能守恒。
很多同學問:為什么重力和彈簧力如此特殊? 原因也很容易解釋。
如果只有重力起作用,那就是重力勢能和動能的轉換; 它是內能向機械能的轉化;
如果只有彈簧的彈力做功動能定理公式,就是彈性勢能和動能的轉換; 也是內能向機械能的轉化;
如果重力和彈簧力同時做功,是重力勢能、彈性勢能、動能三種能量的相互轉化,還是機械能內能的相互轉化。
只有重力和彈簧力起作用,這并不意味著不能施加其他力。 它可以接受其他力動能定理公式,但其他力不能做功。 例如,用繩子拉動鐘擺,但繩子的拉力不起作用。
在解決具體問題時,有時有更簡單的判斷方法。
在只有重力場的系統中,如果系統不產生摩擦和熱量,繩子突然拉緊,兩個球發生非彈性碰撞,機械能通常是守恒的。
個別題也可以用初中的方法來評判。 例如,一個物體以勻速沿斜面下滑,這個過程中動能不變,但重力勢能減小,因此總機械能減小。
動能定理一般只為一個物體建立方程。 機械能守恒定律比動能定理更有用,因為它可以為由物體組成的系統制定方程。
對于單個物體,無論哪些力做功,總能列出動能定理方程; 而機械能守恒則有其局限性。 只有機械能守恒時,才能列出守恒定律。 如果不保守,則無法列出。 。
研究單個物體時,如果機械能守恒,可以利用動能定理和機械能守恒定律來求解。 但需要注意的是,你列出的方程必須有基礎。 老師可以根據你列出的方程的格式判斷你使用的是動能定理還是機械能守恒。 不要列出混合的數學公式。
第四個模塊是功能關系。 這里所說的函數關系是機械能守恒定律的延伸和擴展。
當只有重力和彈簧力做功時,機械能系統的內能相互轉化,總機械能守恒。
那么,如果除了重力和彈簧力之外還有其他力在做功呢?
當重力和彈簧力以外的力完成大量功時,系統的機械能會發生變化。 這就是所謂的函數關系。
對于放置在光滑地面上且存在相互摩擦的板系統,塊與板摩擦所做的功的代數和不為零,且代數和為負,因此系統的機械能減小,且減少的機械能轉化為內能。 所以就有這樣的表達式Q=umgL,其中L是板間的相對位移。
在未來的研究中,我們會遇到更多的功能轉變。