2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第18講 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用課件 新人教版.ppt

考點(diǎn)分階突破 高考模擬演練 教師備用習(xí)題 考綱解讀 第18講 理解重力勢(shì)能 彈性勢(shì)能的概念 并能計(jì)算 掌握機(jī)械能守恒的條件 會(huì)判斷物體的機(jī)械能是否守恒 掌握機(jī)械能守恒定律的三種表達(dá)形式 理解其物理意義 并能熟練應(yīng)用 一 重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能1 重力勢(shì)能 1 概念 物體由于而具有的能 2 表達(dá)式 Ep 3 矢標(biāo)性 重力勢(shì)能是量 正負(fù)表示其 考點(diǎn)一機(jī)械能守恒的理解與判斷 知能必備 被舉高 mgh 標(biāo) 大小 2 彈性勢(shì)能 1 概念 物體由于發(fā)生而具有的能 2 大小 彈簧的彈性勢(shì)能的大小與形變量及勁度系數(shù)有關(guān) 彈簧的形變量 勁度系數(shù) 彈簧的彈性勢(shì)能越大 二 機(jī)械能守恒定律1 機(jī)械能 和統(tǒng)稱為機(jī)械能 即E 其中勢(shì)能包括和 2 機(jī)械能守恒定律內(nèi)容 在只有或做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化 而總的機(jī)械能 彈性形變 越大 越大 動(dòng)能 勢(shì)能 Ek Ep 重力勢(shì)能 彈性勢(shì)能 重力 彈力 保持不變 考向探究 1 在下列所描述的運(yùn)動(dòng)過程中 若物體所受到的空氣阻力均可忽略不計(jì) 則機(jī)械能守恒的是 A 小孩沿滑梯勻速滑下B 電梯中的貨物隨電梯一起勻速下降C 發(fā)射過程中的火箭加速上升D 被投擲出的鉛球在空中運(yùn)動(dòng) 答案 D 解析 小孩沿滑梯勻速下滑時(shí) 其動(dòng)能不變 重力勢(shì)能減小 故機(jī)械能不守恒 其實(shí)是有摩擦存在 將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 貨物勻速下降 與A選項(xiàng)類似 它的機(jī)械能也不守恒 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 火箭加速上升 動(dòng)能增大 重力勢(shì)能也增大 故機(jī)械能增大 機(jī)械能不守恒 其實(shí)是外力對(duì)它做了功 故機(jī)械能會(huì)增大 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 D中的鉛球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí) 只受重力的作用 其機(jī)械能是守恒的 選項(xiàng)D正確 2 在如圖18 1所示的物理過程示意圖中 甲圖一端固定有小球的輕桿 從右偏上30 角釋放后繞光滑支點(diǎn)擺動(dòng) 乙圖為末端固定有小球的輕質(zhì)直角架 釋放后繞通過直角頂點(diǎn)的固定軸O無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng) 丙圖為輕繩一端連著一小球 從右偏上30 角處自由釋放 丁圖為置于光滑水平面上的帶有豎直支架的小車 把用細(xì)繩懸掛的小球從圖示位置釋放 小球開始擺動(dòng) 則關(guān)于這幾個(gè)物理過程 空氣阻力忽略不計(jì) 下列判斷中正確的是 A 甲圖中小球機(jī)械能守恒B 乙圖中小球A機(jī)械能守恒C 丙圖中小球機(jī)械能守恒D 丁圖中小球機(jī)械能守恒 圖18 1 答案 A 3 如圖18 2所示 梯形物塊靜止于墻角附近的水平面上 現(xiàn)將一小球從圖示位置由靜止釋放 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 梯形物塊的機(jī)械能守恒B 小球與梯形物塊之間的彈力不做功C 梯形物塊與小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D 小球重力勢(shì)能的減少量等于梯形物塊動(dòng)能的增加量 圖18 2 答案 C 4 多選 如圖18 3所示 一輕彈簧一端固定在O點(diǎn) 另一端系一小球 將小球從與懸點(diǎn)O在同一水平面且使彈簧保持原長(zhǎng)的A點(diǎn)無(wú)初速度地釋放 讓小球自由擺下 不計(jì)空氣阻力 在小球由A點(diǎn)擺向最低點(diǎn)B的過程中 下列說法中正確的是 A 小球的機(jī)械能守恒B 小球的機(jī)械能減少C 小球的重力勢(shì)能與彈簧的彈性勢(shì)能之和不變D 小球與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 圖18 3 答案 BD 特別提醒 機(jī)械能守恒的判斷方法 1 用定義判斷 若物體動(dòng)能 勢(shì)能均不變 則機(jī)械能不變 若一個(gè)物體動(dòng)能不變 重力勢(shì)能變化 重力勢(shì)能不變 動(dòng)能變化或動(dòng)能和重力勢(shì)能同時(shí)增加 減少 其機(jī)械能一定變化 2 用做功判斷 若物體或系統(tǒng)只有重力 或彈簧的彈力 做功 雖受其他力 但其他力不做功 則機(jī)械能守恒 3 用能量轉(zhuǎn)化來(lái)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(wú)機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化 則物體或系統(tǒng)機(jī)械能守恒 4 對(duì)多個(gè)物體組成的系統(tǒng) 除考慮外力是否只有重力或彈力做功外 還要考慮系統(tǒng)內(nèi)力做功 如有滑動(dòng)摩擦力做功時(shí) 因摩擦生熱 系統(tǒng)機(jī)械能將有損失 考點(diǎn)二機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 知能必備 1 機(jī)械能守恒的三種表達(dá)式 Ek Ep 總和 零勢(shì)能面 Ep 動(dòng)能 EB減 減少量 2 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用技巧 1 機(jī)械能守恒定律是一種 能 能轉(zhuǎn)化 關(guān)系 其守恒是有條件的 因此 應(yīng)用時(shí)首先要對(duì)研究對(duì)象在所研究的過程中機(jī)械能是否守恒做出判斷 2 如果系統(tǒng) 除地球外 只有一個(gè)物體 用守恒觀點(diǎn)列方程較方便 對(duì)于由兩個(gè)或兩個(gè)以上物體組成的系統(tǒng) 用轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)列方程較簡(jiǎn)便 考向探究 例1 2017 江蘇揚(yáng)州考前調(diào)研 游樂場(chǎng)的過山車可以底朝上在圓軌道上運(yùn)行 游客不會(huì)掉下來(lái) 我們把這種情形抽象為如圖18 4所示的模型 弧形軌道的下端與豎直圓軌道相接 使質(zhì)量為m的小球從弧形軌道上端滾下 小球從圓軌道下端進(jìn)入后沿圓軌道運(yùn)動(dòng) 如果已知圓軌道的半徑為R 重力加速度為g 不考慮阻力 1 若小球從高為h處由靜止釋放 求小球到達(dá)圓軌道底端時(shí)對(duì)軌道的壓力 2 若要使小球運(yùn)動(dòng)過程中不脫離軌道 討論小球由靜止釋放時(shí)的高度滿足的條件 3 若讓小球從高為h 2R處的A點(diǎn)由靜止釋放 試求小球所能達(dá)到的最大高度 圖18 4 變式 多選 2017 山東煙臺(tái)二模 如圖18 5所示 一輕質(zhì)彈簧下端固定 直立于水平地面上 將質(zhì)量為m的物塊從彈簧頂端B點(diǎn)的正上方h高處的A點(diǎn)由靜止釋放 物塊在C點(diǎn)的速度達(dá)到最大 在D點(diǎn)速度變?yōu)榱?用x1表示B C間的距離 EkC EpC分別表示物塊在C點(diǎn)的動(dòng)能和重力勢(shì)能 EpD表示物塊在D點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能 取地面為重力勢(shì)能參考面 若改變h 則下列圖像中表示各物理量間關(guān)系正確的是 圖18 5 圖18 6 答案 AB 特別提醒 應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟 考點(diǎn)三多物體機(jī)械能守恒問題 知能必備 多物體機(jī)械能守恒問題的分析方法 1 對(duì)多個(gè)物體組成的系統(tǒng)要注意判斷物體運(yùn)動(dòng)過程中 系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒 2 注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關(guān)系和位移關(guān)系 3 列機(jī)械能守恒方程時(shí) 一般選用 Ek Ep的形式 考向探究 例2如圖18 7所示 一質(zhì)量不計(jì)的細(xì)線一端繞過無(wú)摩擦的輕質(zhì)小定滑輪O與質(zhì)量為5m的砝碼相連 另一端與套在一根固定光滑的豎直桿上 質(zhì)量為m的圓環(huán)相連 直桿上有A C B三點(diǎn) 且C為AB的中點(diǎn) AO與豎直桿的夾角 53 C點(diǎn)與滑輪O在同一水平高度 滑輪與豎直桿相距為L(zhǎng) 重力加速度為g 設(shè)直桿足夠長(zhǎng) 圓環(huán)和砝碼在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)與其他物體相碰 現(xiàn)將圓環(huán)從A點(diǎn)由靜止釋放 試求 已知sin53 0 8 cos53 0 6 1 砝碼下降到最低點(diǎn)時(shí) 圓環(huán)的速度大小 2 圓環(huán)下滑到B點(diǎn)時(shí)的速度大小 3 圓環(huán)能下滑的最大距離 圖18 7 特別提醒 考點(diǎn)四非質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能守恒問題 知能必備 在應(yīng)用機(jī)械能守恒定律處理實(shí)際問題時(shí) 經(jīng)常遇到像 鏈條 液柱 類的物體 其在運(yùn)動(dòng)過程中將發(fā)生形變 其重心位置相對(duì)物體也發(fā)生變化 因此這類物體不能再看成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理 物體雖然不能看成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理 但因只有重力做功 物體整體機(jī)械能守恒 一般情況下 可將物體分段處理 確定質(zhì)量分布均勻的規(guī)則物體各部分的重心位置 根據(jù)初 末狀態(tài)物體重力勢(shì)能的變化列式求解 考向探究 例3如圖18 9所示 AB為光滑的水平面 BC是傾角為 的足夠長(zhǎng)的光滑斜面 斜面體固定不動(dòng) AB BC間用一小段光滑圓弧軌道相連 一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻柔軟鏈條開始時(shí)靜止放在ABC面上 其一端D至B的距離為L(zhǎng) a 現(xiàn)自由釋放鏈條 則 重力加速度為g 1 鏈條下滑過程中機(jī)械能是否守恒 簡(jiǎn)述理由 2 鏈條的D端滑到B點(diǎn)時(shí) 鏈條的速率為多大 圖18 9 高考真題 答案 B 答案 B 答案 BCD 答案 AB 5 多選 2018 濟(jì)南一中月考 如圖18 14甲所示 質(zhì)量不計(jì)的彈簧豎直固定在水平地面上 t 0時(shí)刻 將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放 小球落到彈簧上將彈簧壓縮到最低點(diǎn) 然后又被彈簧彈起離開彈簧 上升到一定高度后再下落 如此反復(fù) 通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器 測(cè)出這一過程彈簧彈力F隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示 則 A t2時(shí)刻彈簧的彈性勢(shì)能最大B t3時(shí)刻彈簧的彈性勢(shì)能最大C t1 t3這段時(shí)間內(nèi) 彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大D t1 t3這段時(shí)間內(nèi) 彈簧的彈性勢(shì)能先增大后減小 精選模擬 圖18 14 3 如圖所示 在下列不同情形中將光滑小球以相同速率v射出 忽略空氣阻力 結(jié)果只有一種情形小球不能到達(dá)天花板 則該情形是 ABCD