高考物理一輪總復習 專題五 第3講 機械能守恒定律及其應用課件 新人教版.ppt

第3講機械能守恒定律及其應用 一 重力勢能1 概念 物體由于在高處而所具有的能量 2 表達式 Ep mgh 3 矢標性 重力勢能是標量 但有正負 跟零勢面的選取有關 4 重力勢能的特點 物體 地球 路徑 高度差 1 系統(tǒng)性 重力勢能是 和 所共有的 2 相對性 重力勢能的大小與參考平面的選取有關 但重力勢能的變化與參考平面的選取無關 5 重力做功特點 重力做功與 無關 只與始 末 位置的 有關 Ep 6 重力做功與重力勢能變化的關系 WG 基礎檢測 1 多選 下列關于重力勢能的說法 正確的是 A 重力勢能是地球和物體共同具有的 而不是物體單獨具有的B 重力勢能的大小是相對的C 重力勢能等于零的物體 不可能對別的物體做功D 在地面上的物體 它具有的重力勢能一定等于零答案 AB 二 彈性勢能1 概念 發(fā)生 的物體 各部分 之間 由于有 彈力的相互作用 而具有的勢能 彈性形變 勁度系數(shù) 2 大小 與形變量及 有關 3 彈力做功與彈性勢能變化的關系 1 彈力做正功 彈性勢能 彈力做負功 彈性 勢能 減少 增加 三 機械能守恒定律 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) 動能和勢能可以互相 而總的機械能保持 2 機械能守恒的條件 只有 或 做功 3 機械能守恒定律的表達式 重力 彈力 基礎檢測 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帶著子彈向左運動 直到彈簧壓縮量最大的過程C 彈簧推著帶子彈的物塊B向右運動 直到彈簧恢復原長 的過程 D 帶著子彈的物塊B因慣性繼續(xù)向右運動 直到彈簧伸長 量達到最大的過程 答案 A 3 2014年新課標卷 取水平地面為重力勢能零點 一物塊從某一高度水平拋出 在拋出點其動能與重力勢能恰好相等 不計空氣阻力 該物塊落地時的速度方向與水平方向的夾角為 答案 B 考點1 機械能守恒的條件及判斷方法 重點歸納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動 物體的機械能守恒 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 物體的機械能守恒 2 判斷方法 1 利用機械能的定義判斷 直接判斷 若物體動能 勢能 之和不變 機械能守恒 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)中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化 則物體系統(tǒng)機械能守恒 典例剖析例1 一蹦極運動員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺下落 到最低點時距水面還有數(shù)米距離 假定空氣阻力可忽略 運 A 運動員到達最低點前重力勢能始終減小B 蹦極繩張緊后的下落過程中 彈性力做負功 彈性勢能增加C 蹦極過程中 運動員 地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機械能守恒D 蹦極過程中 重力勢能的改變與重力勢能零點的選取有關 思維點撥 在判斷機械能是否守恒時 要嚴格把握守恒條 件 注意重力勢能和彈性勢能的系統(tǒng)性 解析 運動員到達最低點過程中 重力始終做正功 所以重力勢能始終減少 A項正確 蹦極繩張緊后的下落過程中 彈性力做負功 彈性勢能增加 B項正確 蹦極過程中 運動員 地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng) 只有重力和彈力做功 所以機械能守恒 C項正確 重力勢能的改變與重力勢能零點的選取無關 D項錯誤 答案 D 備考策略 要熟練掌握機械能是否守恒的判斷方法 這樣 才能正確運用機械能守恒定律解題 考點練透 1 2014年新課標卷 如圖5 3 2所示 一質(zhì)量為M的光滑大圓環(huán) 用一細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 從大環(huán)的最高處由靜止滑下 重力加速度大小為g 當小環(huán)滑到大環(huán)的最低點 時 大環(huán)對輕桿拉力的大小為 圖5 3 2 B Mg mgD Mg 10mg A Mg 5mgC Mg 5mg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 斜劈對小球的彈力不做功B 斜劈與小球組成的系統(tǒng)機械能守恒C 斜劈的機械能守恒D 小球重力勢能減小量等于斜劈動能的 圖5 3 3 增加量答案 B 考點2 機械能守恒定律的應用 重點歸納用機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 小球被拋出時的速度v0 2 小球到達半圓軌道最低點B時 對軌道的壓力大小 3 小球從C到D過程中克服摩擦力做的功W 思維點撥 1 小球到達A點的速度沿A點的切線方向 與 DC斜面平行 2 小球由A點運動到B點的過程中機械能守恒 3 小球在斜面CD上克服摩擦力做的功對應小球損失的機 械能 解 1 小球到達A點時 速度與水平方向的夾角為 如圖5 3 6所示 圖5 3 6設豎直方向的速度為vy 則有 考點練透 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B各固定一質(zhì)量均為m 1kg的小球 使桿從水平位置無初速釋放擺下 求當桿轉(zhuǎn)到豎直位置時 1 B球的速度 2 在此過程中輕桿對A球所做的功 g 10m s2 圖5 3 7 解 1 在轉(zhuǎn)動過程中 A B兩球的角速度相同 設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)機械能守恒 由機械能守恒定律 并選最低點所在平面為零勢能參考平面 在轉(zhuǎn)動過程中有 聯(lián)立 兩式結合可以求出 4 2015年天津南開中學模擬 如圖5 3 8所示 壓力傳感器能測量物體對其正壓力的大小 現(xiàn)將質(zhì)量分別為M m的物塊和小球通過輕繩固定 并跨過兩個水平固定的定滑輪 滑輪光滑且較小 當小球在豎直面內(nèi)左右擺動且高度相等時 物塊始終沒有離開水平放置的傳感器 已知小球擺動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 小球的機械能守恒 由機械能守恒定律得 2 小球在最低點時 壓力傳感器的示數(shù)為0 則輕繩的拉力大小F Mg對小球在最低點應用牛頓第二定律得 易錯點 系統(tǒng)機械能守恒的判斷 例3 多選 如圖5 3 9所示 質(zhì)量分別為m和2m的兩個小球A B 中間用輕質(zhì)細桿相連 在桿的中點O處有一固定轉(zhuǎn)動軸 把桿置于水平位置后釋放 在B球順時針擺動到最低 位置的過程中 圖5 3 9 A B球的重力勢能減少 動能增加 B球和地球組成的系 統(tǒng)機械能守恒 B A球的重力勢能增加 動能也增加 A球和地球組成的系 統(tǒng)機械能不守恒 C A球 B球和地球組成的系統(tǒng)機械能守恒D A球 B球和地球組成的系統(tǒng)機械能不守恒 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 下擺過程中重力勢能減少 動能增加 但機械能是否守恒不確定 A球在B球下擺過程中 重力勢能增加 動能增加 機械能增加 由于A B系統(tǒng)只有重力做功 系統(tǒng)機械能守恒 A球機械能增加 B球機械能一定減少 所以B C選項正確 答案 BC 指點迷津 1 對于相互作用的整體 在進行能量轉(zhuǎn)化時 單獨一個物體機械能一般不守恒 但系統(tǒng)機械能守恒 可利用機械能守恒定律 轉(zhuǎn)移式 對系統(tǒng)列方程求解相關量 2 對于繩索 鏈條 液體 長桿等這類研究對象 不能當成質(zhì)點處理時 正確確定其重心位置是解決有關問題的關鍵 一般情況下需分段考慮系統(tǒng)各部分的重力勢能 對于參考平面的選取 以系統(tǒng)初 末狀態(tài)的重力勢能便于表達為宜 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 蹦床邊框用彈簧固定有彈性網(wǎng)角 運動員從最高點落下直至最低點的過程中 不計一切阻力 則下列說法正確的是 A 運動員的機械能守恒B 對運動員 蹦床和地球所組成的系統(tǒng) 機械能守恒 圖5 3 10 C 重力勢能的減少量等于彈性勢能的增加量D 重力做功等于運動員動能的增加答案 BC