高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題五 第3講 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用課件 新人教版

第 3講 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 及 其 應(yīng) 用 一 、 重 力 勢(shì) 能1.概念：物體由于在高處而所具有的能量.2.表達(dá)式：Ep_.mgh3.矢標(biāo)性：重力勢(shì)能是標(biāo)量，但有正負(fù)，跟零勢(shì)面的選取有關(guān). 4.重力勢(shì)能的特點(diǎn)：物體地球路徑高度差(1)系統(tǒng)性：重力勢(shì)能是_和_所共有的.(2)相對(duì)性：重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取有關(guān)，但重力勢(shì)能的變化與參考平面的選取無關(guān).5.重力做功特點(diǎn)：重力做功與_無關(guān)，只與始、末位置的_有關(guān).Ep6.重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系：W G_. 【 基 礎(chǔ) 檢 測(cè) 】1.(多 選 )下列關(guān)于重力勢(shì)能的說法，正確的是( )A.重力勢(shì)能是地球和物體共同具有的，而不是物體單獨(dú)具有的B.重力勢(shì)能的大小是相對(duì)的C.重力勢(shì)能等于零的物體，不可能對(duì)別的物體做功D.在地面上的物體，它具有的重力勢(shì)能一定等于零答 案 ： AB 二 、 彈 性 勢(shì) 能1.概念：發(fā)生_的物體(各部分)之間，由于有彈力的相互作用，而具有的勢(shì)能.彈性形變勁度系數(shù)2.大?。号c形變量及_有關(guān).3.彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系：(1)彈力做正功，彈性勢(shì)能_；彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能_.減少增加 三 、 機(jī) 械 能 守 恒 定 律重力或彈力轉(zhuǎn)化不變1.內(nèi)容：在只有_做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能可以互相_，而總的機(jī)械能保持_.2.機(jī)械能守恒的條件：只有_或_做功.3.機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式：重力彈力觀點(diǎn)表達(dá)式守恒觀點(diǎn)E 1E2，Ek1Ep1Ek2Ep2轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)EkEp轉(zhuǎn)移觀點(diǎn)EAEB 【 基 礎(chǔ) 檢 測(cè) 】2.如圖 5-3-1 所示，用輕彈簧相連的物塊 A 和 B 放在光滑的水平面上，物塊 A 緊靠豎直墻壁，一顆子彈沿水平方向射入物塊 B 后留在其中，由子彈、彈簧和 A、B 所組成的系統(tǒng)在下列圖 5-3-1 A.子彈射入物塊 B 的過程B.物塊 B 帶著子彈向左運(yùn)動(dòng)，直到彈簧壓縮量最大的過程C.彈簧推著帶子彈的物塊 B 向右運(yùn)動(dòng)，直到彈簧恢復(fù)原長的過程D.帶著子彈的物塊 B 因慣性繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，直到彈簧伸長量達(dá)到最大的過程答 案 ： A 3.(2014 年 新 課 標(biāo) 卷)取水平地面為重力勢(shì)能零點(diǎn).一物塊從某一高度水平拋出，在拋出點(diǎn)其動(dòng)能與重力勢(shì)能恰好相等.不計(jì)空氣阻力. 該物塊落地時(shí)的速度方向與水平方向的夾角為( )答 案 ： B 考 點(diǎn) 1 機(jī) 械 能 守 恒 的 條 件 及 判 斷 方 法 重 點(diǎn) 歸 納1.守恒條件只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功.可以從兩個(gè)方面理解：(1)只受重力作用.例如在不考慮空氣阻力的情況下的各種拋體運(yùn)動(dòng)，物體的機(jī)械能守恒.(2)受其他力，但其他力不做功，只有重力或彈力做功.例如物體沿光滑的曲面下滑，受重力和曲面的支持力作用，但曲面的支持力不做功，物體的機(jī)械能守恒. 2.判斷方法(1)利用機(jī)械能的定義判斷(直接判斷)：若物體動(dòng)能、勢(shì)能之和不變，機(jī)械能守恒.(2)利用守恒條件判斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或內(nèi)力的彈力)做功，則機(jī)械能守恒.(3)用能量轉(zhuǎn)化來判斷：若物體或系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒. 典 例 剖 析例 1：一蹦極運(yùn)動(dòng)員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺(tái)下落，到最低點(diǎn)時(shí)距水面還有數(shù)米距離.假定空氣阻力可忽略，運(yùn)A.運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)前重力勢(shì)能始終減小B.蹦極繩張緊后的下落過程中，彈性力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加C.蹦極過程中，運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D.蹦極過程中，重力勢(shì)能的改變與重力勢(shì)能零點(diǎn)的選取有關(guān) 思 維 點(diǎn) 撥 ：在判斷機(jī)械能是否守恒時(shí)，要嚴(yán)格把握守恒條件，注意重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的系統(tǒng)性.解 析 ： 運(yùn) 動(dòng) 員 到 達(dá) 最 低 點(diǎn) 過 程 中 ， 重 力 始 終 做 正 功 ， 所 以重 力 勢(shì) 能 始 終 減 少 ， A 項(xiàng) 正 確 .蹦 極 繩 張 緊 后 的 下 落 過 程 中 ， 彈性 力 做 負(fù) 功 ， 彈 性 勢(shì) 能 增 加 ， B 項(xiàng) 正 確 .蹦 極 過 程 中 ， 運(yùn) 動(dòng) 員 、地 球 和 蹦 極 繩 所 組 成 的 系 統(tǒng) ， 只 有 重 力 和 彈 力 做 功 ， 所 以 機(jī) 械能 守 恒 ， C 項(xiàng) 正 確 .重 力 勢(shì) 能 的 改 變 與 重 力 勢(shì) 能 零 點(diǎn) 的 選 取 無 關(guān) ，D 項(xiàng) 錯(cuò) 誤 .答 案 ： D備 考 策 略 ：要熟練掌握機(jī)械能是否守恒的判斷方法，這樣才能正確運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題. 【 考 點(diǎn) 練 透 】1.(2014 年 新 課 標(biāo) 卷)如圖 5-3-2 所示，一質(zhì)量為 M 的光滑大圓環(huán)，用一細(xì)輕桿固定在豎直平面內(nèi)；套在大環(huán)上質(zhì)量為m 的小環(huán)(可視為質(zhì)點(diǎn))，從大環(huán)的最高處由靜止滑下.重力加速度大小為 g.當(dāng)小環(huán)滑到大環(huán)的最低點(diǎn)時(shí)，大環(huán)對(duì)輕桿拉力的大小為( )圖 5-3-2B.MgmgD.Mg10mgA.Mg5mgC.Mg5mg答 案 ： C 2.如圖 5-3-3 所示，斜劈劈尖頂著豎直墻壁靜止于水平面上，現(xiàn)將一小球從圖示位置靜止釋放，不計(jì)一切摩擦，則在小)球從釋放到落至地面的過程中，下列說法正確的是(A.斜劈對(duì)小球的彈力不做功B.斜劈與小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒C.斜劈的機(jī)械能守恒D.小球重力勢(shì)能減小量等于斜劈動(dòng)能的圖 5-3-3增加量答 案 ： B 考 點(diǎn) 2 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 的 應(yīng) 用 重 點(diǎn) 歸 納用機(jī)械能守恒定律解題的基本思路圖 5-3-4 典 例 剖 析 圖 5-3-5(1)小球被拋出時(shí)的速度 v0.(2)小球到達(dá)半圓軌道最低點(diǎn) B 時(shí)，對(duì)軌道的壓力大小.(3)小球從 C 到 D 過程中克服摩擦力做的功 W. 思 維 點(diǎn) 撥 ： (1)小球到達(dá)A 點(diǎn)的速度沿A 點(diǎn)的切線方向，與DC 斜面平行.(2)小球由A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B 點(diǎn)的過程中機(jī)械能守恒.(3)小球在斜面CD 上克服摩擦力做的功對(duì)應(yīng)小球損失的機(jī)械能. 解 ： (1)小 球 到 達(dá) A 點(diǎn) 時(shí) ， 速 度 與 水 平 方 向 的 夾 角 為 ， 如圖 5-3-6 所 示 . 圖 5-3-6設(shè) 豎 直 方 向 的 速 度 為 vy，則 有 【 考 點(diǎn) 練 透 】3.(2015 年 北 京 朝 陽 區(qū) 二 模 )如圖 5-3-7 所示，輕桿長為 L和端點(diǎn) B 各固定一質(zhì)量均為 m1 kg 的小球，使桿從水平位置無初速釋放擺下.求當(dāng)桿轉(zhuǎn)到豎直位置時(shí)，(1)B 球的速度.(2)在此過程中輕桿對(duì) A 球所做的功(g10 m /s2).圖 5-3-7 解 ： (1)在 轉(zhuǎn) 動(dòng) 過 程 中 ， A、 B 兩 球 的 角 速 度 相 同 ， 設(shè) A 球的 速 度 為 vA， B球 的 速 度 為 vB， 則 有由 A、 B 和 桿 組 成 的 系 統(tǒng) 機(jī) 械 能 守 恒 ， 由 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 ，并 選 最 低 點(diǎn) 所 在 平 面 為 零 勢(shì) 能 參 考 平 面 ， 在 轉(zhuǎn) 動(dòng) 過 程 中 有聯(lián) 立 兩 式 結(jié) 合 可 以 求 出 4.(2015 年 天 津 南 開 中 學(xué) 模 擬 )如圖5-3-8 所示，壓力傳感器能測(cè)量物體對(duì)其正壓力的大小，現(xiàn)將質(zhì)量分別為 M、m 的物塊和小球通過輕繩固定，并跨過兩個(gè)水平固定的定滑輪(滑輪光滑且較小)，當(dāng)小球在豎直面內(nèi)左右擺動(dòng)且高度相等時(shí)，物塊始終沒有離開水平放置的傳感器.已知小球擺動(dòng)偏離豎直方向的最大角度為，滑輪 O 到小球間輕繩長度為 l，重力加速度為 g，求：(1)小球擺到最低點(diǎn)速度大小.圖 5-3-8 解 ： (1)小 球 下 擺 過 程 中 只 有 重 力 做 功 ， 小 球 的 機(jī) 械 能 守 恒 ，由 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 得 ：(2)小 球 在 最 低 點(diǎn) 時(shí) ， 壓 力 傳 感 器 的 示 數(shù) 為 0，則 輕 繩 的 拉 力 大 小 F Mg對(duì) 小 球 在 最 低 點(diǎn) 應(yīng) 用 牛 頓 第 二 定 律 得 ： 易 錯(cuò) 點(diǎn) 系 統(tǒng) 機(jī) 械 能 守 恒 的 判 斷例 3： (多 選 )如圖 5-3-9 所示，質(zhì)量分別為 m 和 2m 的兩個(gè)小球 A、B，中間用輕質(zhì)細(xì)桿相連，在桿的中點(diǎn) O 處有一固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸，把桿置于水平位置后釋放，在 B 球順時(shí)針擺動(dòng)到最低位置的過程中( )圖 5-3-9 A.B 球的重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加，B 球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒B.A 球的重力勢(shì)能增加，動(dòng)能也增加，A 球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒C.A 球、B 球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D.A 球、B 球和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒 正 解 分 析 ： B 球 從 水 平 位 置 下 擺 到 最 低 位 置 的 過 程 中 ， 受到 重 力 和 桿 的 作 用 力 ， 桿 的 作 用 力 方 向 待 定 ， 下 擺 過 程 中 重 力勢(shì) 能 減 少 ， 動(dòng) 能 增 加 ， 但 機(jī) 械 能 是 否 守 恒 不 確 定 .A 球 在 B 球 下擺 過 程 中 ， 重 力 勢(shì) 能 增 加 ， 動(dòng) 能 增 加 ， 機(jī) 械 能 增 加 .由 于 A、 B系 統(tǒng) 只 有 重 力 做 功 ， 系 統(tǒng) 機(jī) 械 能 守 恒 ， A 球 機(jī) 械 能 增 加 ， B 球機(jī) 械 能 一 定 減 少 .所 以 B、 C 選 項(xiàng) 正 確 .答 案 ： BC 指 點(diǎn) 迷 津 ： (1)對(duì)于相互作用的整體，在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化時(shí)，單獨(dú)一個(gè)物體機(jī)械能一般不守恒，但系統(tǒng)機(jī)械能守恒，可利用機(jī)械能守恒定律“轉(zhuǎn)移式”對(duì)系統(tǒng)列方程求解相關(guān)量.(2)對(duì)于繩索、鏈條、液體、長桿等這類研究對(duì)象，不能當(dāng)成質(zhì)點(diǎn)處理時(shí)，正確確定其重心位置是解決有關(guān)問題的關(guān)鍵，一般情況下需分段考慮系統(tǒng)各部分的重力勢(shì)能，對(duì)于參考平面的選取，以系統(tǒng)初、末狀態(tài)的重力勢(shì)能便于表達(dá)為宜. 【 觸 類 旁 通 】(多 選 ， 2015 年 遼 寧 本 溪 聯(lián) 考 改 編 )如圖 5-3-10 所示，蹦床是青少年喜歡的一種體育活動(dòng)，蹦床邊框用彈簧固定有彈性網(wǎng)角，運(yùn)動(dòng)員從最高點(diǎn)落下直至最低點(diǎn)的過程中，不計(jì)一切阻力，則下列說法正確的是( )A.運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能守恒B.對(duì)運(yùn)動(dòng)員、蹦床和地球所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒圖 5-3-10C.重力勢(shì)能的減少量等于彈性勢(shì)能的增加量D.重力做功等于運(yùn)動(dòng)員動(dòng)能的增加答 案 ： BC