2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機械能 第3節(jié) 機械能守恒定律及其應(yīng)用課件 新人教版.ppt

第3節(jié)機械能守恒定律及其應(yīng)用 知識梳理 考點自診 一 重力做功與重力勢能1 重力做功的特點 1 重力做功與路徑無關(guān) 只與物體始末位置的高度差有關(guān) 2 重力做功不引起物體機械能的變化 2 重力勢能 1 公式 Ep mgh 2 矢標性 重力勢能是標量 但有正 負 其意義是表示物體的重力勢能比它在參考平面上大還是小 這與功的正 負的物理意義不同 3 系統(tǒng)性 重力勢能是物體和地球共有的 4 相對性 重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān) 重力勢能的變化是絕對的 與參考平面的選取無關(guān) 知識梳理 考點自診 3 重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 1 定性關(guān)系 重力對物體做正功 重力勢能就減少 重力對物體做負功 重力勢能就增加 2 定量關(guān)系 重力對物體做的功等于物體重力勢能的減少量 即WG Ep2 Ep1 Ep 知識梳理 考點自診 二 彈性勢能1 彈性勢能 1 定義 發(fā)生彈性形變的物體之間 由于有彈力的相互作用而具有的勢能 叫彈性勢能 2 彈性勢能的大小與形變量及勁度系數(shù)有關(guān) 3 矢標性 標量 4 沒有特別說明的情況下 一般選彈簧形變?yōu)榱愕臓顟B(tài)為彈性勢能零點 2 彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系 1 彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系類似于重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 用公式表示為W Ep 2 對于彈性勢能 一般物體的彈性形變量越大 彈性勢能越大 知識梳理 考點自診 三 機械能守恒定律1 機械能動能和勢能統(tǒng)稱為機械能 其中勢能包括彈性勢能和重力勢能 2 機械能守恒定律 1 內(nèi)容 在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化 而總的機械能保持不變 2 機械能守恒的條件只有重力或彈力做功 知識梳理 考點自診 3 守恒表達式 知識梳理 考點自診 1 2017 陜西榆陽區(qū)期末 關(guān)于重力勢能 下列說法正確的是 A 物體的位置一旦確定 它的重力勢能的大小也隨之確定B 物體與零勢能面的距離越大 它的重力勢能也越大C 一個物體的重力勢能從 5J變化到 3J 重力勢能減少了D 重力勢能的減少量等于重力對物體做的功 答案 解析 知識梳理 考點自診 2 2017 廣東荔灣區(qū)期末 將質(zhì)量為100kg的物體從地面提升到10m高處 在這個過程中 下列說法正確的是 g取10m s2 A 重力做正功 重力勢能增加1 0 104JB 重力做正功 重力勢能減少1 0 104JC 重力做負功 重力勢能增加1 0 104JD 重力做負功 重力勢能減少1 0 104J 答案 解析 知識梳理 考點自診 3 多選 2017 河南西華縣期中 如圖所示 一個物體以速度v0沖向豎直墻壁 墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮 不計任何摩擦阻力 在此過程中下列說法正確的是 A 物體對彈簧做功 物體的動能增加B 物體向墻壁運動相同的位移 彈力做的功不相等C 彈簧的彈力做正功 彈簧的彈性勢能減少D 彈簧的彈力做負功 彈簧的彈性勢能增加 答案 解析 知識梳理 考點自診 4 多選 如圖所示 質(zhì)量分別為m0 m的兩個小球置于高低不同的兩個平臺上 a b c分別為不同高度的參考平面 下列說法正確的是 A 若以c為參考平面 m0的機械能大B 若以b為參考平面 m0的機械能大C 若以a為參考平面 無法確定m0 m機械能的大小D 無論如何選擇參考平面 總是m0的機械能大 答案 解析 知識梳理 考點自診 5 2017 黑龍江東安區(qū)期末 如圖所示 質(zhì)量為m的物體沿斜上方以速度v0拋出后 能達到的最大高度為h0 當它將要落到離地面高度為h的平臺上時 不計空氣阻力 取地面為參考平面 下列判斷正確的是 B 它的總機械能為mgh0C 它的動能為mg h0 h 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 機械能守恒的判斷1 利用機械能的定義判斷 直接判斷 分析動能和勢能之和是否變化 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 或有除重力 或彈簧彈力 外的其他力做功 但其他力做功的代數(shù)和為零 則機械能守恒 3 用能量轉(zhuǎn)化來判斷 若物體系統(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 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 例1 2017 云南昆明三中 玉溪一中統(tǒng)考 如圖所示 固定的傾斜光滑桿上套有一個質(zhì)量為m的小球 小球與一輕質(zhì)彈簧一端相連 彈簧的另一端固定在地面上的A點 已知桿與水平面之間的夾角 45 當小球位于B點時 彈簧與桿垂直 此時彈簧處于原長 現(xiàn)讓小球自C點由靜止釋放 在小球滑到桿底端的整個過程中 關(guān)于小球的動能 重力勢能和彈簧的彈性勢能 下列說法正確的是 A 小球的動能與重力勢能之和保持不變B 小球的動能與重力勢能之和先增大后減小C 小球的動能與彈簧的彈性勢能之和保持不變D 小球的重力勢能與彈簧的彈性勢能之和保持不變 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 思維點撥判斷是否守恒 首先要明確研究對象 是選的小球與地球組成的系統(tǒng) 還是小球 彈簧和地球組成的系統(tǒng) 然后根據(jù)守恒條件進行判斷 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 機械能守恒條件的理解及判斷1 機械能守恒的條件絕不是合外力的功等于零 更不是合外力為零 只有重力或彈力做功 不等于 只受重力或彈力作用 2 對于一些繩子突然繃緊 物體間碰撞等情況 除非題目特別說明 否則機械能必定不守恒 3 對于系統(tǒng)機械能是否守恒 可以根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化進行判斷 嚴格地講 機械能守恒定律的條件應(yīng)該是對一個系統(tǒng)而言 外力對系統(tǒng)不做功 表明系統(tǒng)與外界之間無能量交換 系統(tǒng)內(nèi)除了重力和彈力以外 無其他摩擦和介質(zhì)阻力做功 表明系統(tǒng)內(nèi)不存在機械能與其他形式之間的轉(zhuǎn)換 則系統(tǒng)的機械能守恒 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 即學(xué)即練1 2018 山東日照校際聯(lián)合期中 蹦極是一項非常刺激的戶外休閑活動 北京青龍峽蹦極跳塔高度為68m 身系彈性蹦極繩的蹦極運動員從高臺跳下 下落高度大約為50m 假定空氣阻力可忽略 運動員可視為質(zhì)點 下列說法正確的是 A 運動員到達最低點前加速度先不變后增大B 蹦極過程中 運動員的機械能守恒C 蹦極繩張緊后的下落過程中 動能一直減小D 蹦極繩張緊后的下落過程中 彈力一直增大 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 2 多選 2017 四川三臺縣月考 如圖所示 一輕彈簧一端固定在O點 另一端系一小球 將小球從與懸點O在同一水平面且使彈簧保持原長的A點無初速度地釋放 讓小球自由擺下 不計空氣阻力 在小球由A點擺向最低點B的過程中 下列說法正確的是 A 小球的機械能守恒B 小球的機械能減少C 小球的重力勢能與彈簧的彈性勢能之和不變D 小球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 單個物體的機械能守恒問題 1 求小球在B A兩點的動能之比 2 通過計算判斷小球能否沿軌道運動到C點 答案 1 5 1 2 見解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 解析 1 設(shè)小球的質(zhì)量為m 小球在A點的動能為EkA 由機械能守恒得 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 2 若小球能沿軌道運動到C點 小球在C點所受軌道的正壓力FN應(yīng)滿足FN 0 設(shè)小球在C點的速度大小為vC 由牛頓運動定律和向心加速度公式有 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 思維點撥 1 小球由靜止開始經(jīng)A到B的過程中有哪些力做功 小球的機械能守恒嗎 2 假設(shè)小球能到達C點 在C點小球受力又如何 提示 只有重力做功 機械能守恒 提示 假設(shè)小球到達C點 在C點時滿足FN 0 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 用機械能守恒定律解題的基本思路 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 即學(xué)即練3 多選 2017 甘肅蘭州一模 如圖所示 豎直面內(nèi)光滑的圓形導(dǎo)軌固定在一水平地面上 半徑為R 一個質(zhì)量為m的小球從距水平地面正上方h高處的P點由靜止開始自由下落 恰好從N點沿切線方向進入圓軌道 不考慮空氣阻力 則下列說法正確的是 A 適當調(diào)整高度h 可使小球從軌道最高點M飛出后 恰好落在軌道右端口N處B 若h 2R 則小球在軌道最低點對軌道的壓力為5mgC 只有h大于等于2 5R時 小球才能到達圓軌道的最高點MD 若h R 則小球能上升到圓軌道左側(cè)離地高度為R的位置 該過程重力做功為mgR 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 4 2017 安徽第三次聯(lián)考 如圖所示 光滑軌道由AB BCDE兩段細圓管平滑連接組成 其中AB段水平 BCDE段為半徑為R的四分之三圓弧 圓心O及D點與AB等高 整個軌道固定在豎直平面內(nèi) 現(xiàn)有一 經(jīng)過軌道交接處無能量損失 圓管孔徑遠小于R 則 小球直徑略小于管內(nèi)徑 B 小球能通過E點且拋出后恰好落至B點C 無論小球的初速度v0為多少 小球到達E點時的速度都不能為零D 若將DE軌道拆除 則小球能上升的最大高度與D點相距2R 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 多物體的機械能守恒問題1 對多個物體組成的系統(tǒng)要注意判斷物體運動過程中 系統(tǒng)的機械能是否守恒 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 列機械能守恒方程時 一般選用 Ek Ep或 EA增 EB減的形式 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 例3 多選 2017 福建福州二模 如圖所示 左側(cè)為一個固定在水平桌面上的半徑為R的半球形碗 碗口直徑AB水平 O點為球心 碗的內(nèi)表面及碗口光滑 右側(cè)是一個足夠長的固定光滑斜面 一根不可伸長的輕質(zhì)細繩跨過碗口及豎直固定的輕質(zhì)光滑定滑輪 細繩兩端分別系有可視為質(zhì)點的小球m1和物塊m2 且m1 m2 開始時m1恰在A點 m2在斜面上且距離斜面頂端足夠遠 此時連接m1 m2的細繩與斜面平行且恰好伸直 C點是圓心O的正下方 當m1由靜止釋放開始運動 則下列說法正確的是 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 A 在m1從A點運動到C點的過程中 m1與m2組成的系統(tǒng)機械能守恒 C m1不可能沿碗面上升到B點D m2沿斜面上滑過程中 地面對斜面的支持力始終保持恒定 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 思維點撥在m1從A點運動到C點的過程中 m1與m2組成的系統(tǒng)只有重力做功 系統(tǒng)的機械能守恒 將m1到達最低點C時的速度沿繩子方向和垂直繩子方向分解 沿繩子方向的速度等于m2的速度 根據(jù)平行四邊形定則求出兩個速度的關(guān)系 對系統(tǒng) 運用機械能守恒定律 m1沿碗面上升的最大高度 分析斜面的受力情況 由平衡條件判斷地面對斜面的支持力如何變化 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 即學(xué)即練5 多選 2017 陜西商洛模擬 如圖所示 將質(zhì)量為2m的重物懸掛在輕繩的一端 輕繩的另一端系一質(zhì)量為m的環(huán) 環(huán)套在豎直固定的光滑直桿上 光滑定滑輪與直桿的距離為d 桿上的A點與定滑輪等高 桿上的B點在A點正下方距離為d處 現(xiàn)將環(huán)從A處由靜止釋放 不計一切摩擦阻力 下列說法正確的是 B 小環(huán)到達B處時 環(huán)與重物的速度大小相等C 環(huán)從A到B 環(huán)減少的機械能等于重物增加的機械能 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 6 2017 江蘇泰州一模 如圖所示 在傾角為30 的光滑斜面上 一勁度系數(shù)為k 200N m的輕質(zhì)彈簧一端連接固定擋板C上 另一端連接一質(zhì)量為m 4kg的物體A 一輕細繩通過定滑輪 一端系在物體A上 另一端與質(zhì)量也為m的物體B相連 細繩與斜面平行 斜面足夠長 用手托住物體B使繩子剛好沒有拉力 然后由靜止釋放 求 1 彈簧恢復(fù)原長時細繩上的拉力 2 物體A沿斜面向上運動多遠時獲得最大速度 3 物體A的最大速度的大小 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 答案 1 30N 2 20cm 3 1m s解析 1 恢復(fù)原長時對B有mg FT ma對A有FT mgsin30 ma解得FT 30N 所以A沿斜面上升x1 x2 20cm 3 因x1 x2 故彈性勢能改變量 Ep 0 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 用機械能守恒定律分析非質(zhì)點模型在應(yīng)用機械能守恒定律處理實際問題時 經(jīng)常遇到像 鏈條 類的物體 其在運動過程中將發(fā)生形變 其重心位置相對物體也發(fā)生變化 因此這類物體不能再看作質(zhì)點來處理 物體雖然不能看成質(zhì)點來處理 但因只有重力做功 物體整體機械能守恒 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)物體重力勢能的變化列式求解 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 例4 2017 湖北武漢東湖區(qū)期末 有一條長為2m的均勻金屬鏈條 有一半長度在光滑的足夠高的斜面上 斜面頂端是一個很小的圓弧 斜面傾角為30 另一半長度豎直下垂在空中 當鏈條從靜止開始釋放后鏈條滑動 則鏈條剛好全部滑出斜面時的速度為 g取10m s2 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 思維點撥本題中鏈條只有重力做功 故機械能守恒 首先確定零勢能面 得出初末狀態(tài)時的機械能表達式 由機械能守恒列式求解即可 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 即學(xué)即練7 2017 安徽宣城期末 如圖所示 粗細均勻 兩端開口的U形管內(nèi)裝有同種液體 開始時兩邊液面高度差為h 管中液柱總長度為4h 后來讓液體自由流動 當兩液面高度相等時 右側(cè)液面下降的速度為 忽略一切阻力 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 8 2017 云南五華區(qū)期末 如圖所示 長為l的均勻鐵鏈對稱掛在一輕質(zhì)小滑輪上 某一微小的擾動使鐵鏈向一側(cè)滑動 則鐵鏈完全離開滑輪時速度大小為 答案 解析