2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第6講 習(xí)題課 能量守恒定律學(xué)案 魯科版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第6講 習(xí)題課 能量守恒定律學(xué)案 魯科版必修2 [目標(biāo)定位]　1.進(jìn)一步理解機(jī)械能守恒的條件及其判定.2.能靈活應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的三種表達(dá)方式列方程.3.在多個(gè)物體組成的系統(tǒng)中，會(huì)應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決相關(guān)問題.4.理解各種功能關(guān)系及能量守恒定律． 1．機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容 在只有____________做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能__________． 2．機(jī)械能守恒的條件 只有______或系統(tǒng)內(nèi)______做功． (1)只受____________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)存在其他力，但其他力________，只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功． 3．機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式 (1)守恒觀點(diǎn)：Ek1＋Ep1＝______________. (2)轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)：ΔEk增＝__________. (3)轉(zhuǎn)移觀點(diǎn)：ΔEA增＝__________. 4．能量守恒定律 表達(dá)式：E初 ＝________或ΔE減＝________. 一、機(jī)械能是否守恒的判斷 1．利用機(jī)械能的定義判斷：分析動(dòng)能和勢(shì)能的和是否變化． 2．用做功判斷：分析物體受力情況(包括內(nèi)力和外力)，明確各力做功的情況，若對(duì)物體或系統(tǒng)只有重力或彈力做功，沒有其他力做功或其他力做功的代數(shù)和為零，則機(jī)械能守恒． 3．用能量轉(zhuǎn)化來判斷：若系統(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)，因有摩擦熱產(chǎn)生，系統(tǒng)機(jī)械能將有損失． 例1　如圖1所示，細(xì)繩跨過定滑輪懸掛兩物體M和m，且M>m，不計(jì)摩擦，系統(tǒng)由靜止開始運(yùn)動(dòng)的過程中(　　) 圖1 A．M、m各自的機(jī)械能分別守恒 B．M減少的機(jī)械能等于m增加的機(jī)械能 C．M減少的重力勢(shì)能等于m增加的重力勢(shì)能 D．M和m組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 二、多物體組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒問題 1．多個(gè)物體組成的系統(tǒng)，就單個(gè)物體而言，機(jī)械能一般不守恒，但就系統(tǒng)而言機(jī)械能往往是守恒的． 2．對(duì)系統(tǒng)列守恒方程時(shí)常有兩種表達(dá)形式：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2①或ΔEk增＝ΔEp減②，運(yùn)用①式需要選取合適的參考平面，運(yùn)用②式無需選取參考平面，只要判斷系統(tǒng)內(nèi)能的增加量和減少量即可．所以處理多物體組成系統(tǒng)問題用第②式較為方便． 3．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． 例2　如圖2所示，可視為質(zhì)點(diǎn)的小球A、B用不可伸長的細(xì)軟輕線連接，跨過固定在地面上半徑為R的光滑圓柱，A的質(zhì)量為B的兩倍．當(dāng)B位于地面時(shí)，A恰與圓柱軸心等高．將A由靜止釋放，B上升的最大高度是(　　) 圖2 A．2R B. C. D. 借題發(fā)揮　利用Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2解題必須選擇參考平面，而用ΔEk增＝ΔEp減解題無需選參考平面，故多物體組成系統(tǒng)問題用ΔEk增＝ΔEp減列式較為方便． 三、能量守恒定律及摩擦生熱 1．能量守恒定律的含義 (1)某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量一定和增加量相等． (2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等． 2．利用能量守恒定律解題的基本思路 (1)分清有哪幾種形式的能(如機(jī)械能、內(nèi)能等)在變化． (2)分別列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式． (3)列等式ΔE減＝ΔE增求解． 3．摩擦生熱和內(nèi)能的計(jì)算 作用于系統(tǒng)的滑動(dòng)摩擦力和物體間相對(duì)滑動(dòng)的距離的乘積，在數(shù)值上等于滑動(dòng)過程產(chǎn)生的內(nèi)能．即Q＝F滑s相對(duì)，其中F滑必須是滑動(dòng)摩擦力，s相對(duì)必須是兩個(gè)接觸面的相對(duì)滑動(dòng)距離(或相對(duì)路程)． 例3　自由擺動(dòng)的秋千擺動(dòng)的幅度越來越小，下列說法中正確的是(　　) A．機(jī)械能守恒 B．能量正在消失 C．只有動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化 D．減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒 例4　如圖3所示，在光滑的水平面上，有一質(zhì)量為M的長木塊以一定的初速度向右勻速運(yùn)動(dòng)，將質(zhì)量為m的小鐵塊無初速度地輕放到長木塊右端，小鐵塊與長木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，當(dāng)小鐵塊在長木塊上相對(duì)長木塊滑動(dòng)L時(shí)與長木塊保持相對(duì)靜止，此時(shí)長木塊對(duì)地的位移為l，求這個(gè)過程中 圖3 (1)小鐵塊增加的動(dòng)能； (2)長木塊減少的動(dòng)能； (3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量； (4)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量． 四、對(duì)功能關(guān)系的理解及應(yīng)用 1．功是能量轉(zhuǎn)化的量度 做功的過程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過程．且做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)． 2．不同形式的能量轉(zhuǎn)化與不同的功對(duì)應(yīng) (1)合外力做功等于物體動(dòng)能的增加量W合＝ΔEk (2)重力做功等于重力勢(shì)能的減少量WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2 (3)彈簧彈力做功等于彈性勢(shì)能的減少量W彈＝－ΔEp (4)除重力(及系統(tǒng)內(nèi)彈力)以外的其它力做的功等于物體機(jī)械能的增加量，即W其它＝ΔE機(jī) (5)滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)做的總功對(duì)應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能，即ΔE損＝Q＝F滑s相對(duì)(摩擦生熱)． 例5　質(zhì)量為m的物體以加速度a＝g勻加速下落h，g為重力加速度，則(　　) A．物體重力勢(shì)能減小mgh B．物體重力勢(shì)能減小mgh C．物體動(dòng)能增加mgh D．物體機(jī)械能減小mgh 對(duì)能量守恒定律的理解 1.木塊靜止掛在繩子下端，一子彈以水平速度射入木塊并留在其中，再與木塊一起共同擺到一定高度，如圖4所示，從子彈開始入射到共同上擺到最大高度的過程中，下面說法正確的是(　　) 圖4 A．子彈的機(jī)械能守恒 B．木塊的機(jī)械能守恒 C．子彈和木塊的總機(jī)械能守恒 D．子彈減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為木塊的動(dòng)能和子彈、木塊系統(tǒng)增加的內(nèi)能 多物體組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒問題 2.如圖5所示，一根很長的、不可伸長的柔軟輕繩跨過光滑定滑輪，輕繩兩端各系一小球a和b，a球質(zhì)量為m，靜置于地面；b球質(zhì)量為3m，用手托住，離地面高度為h，此時(shí)輕繩剛好拉緊，從靜止開始釋放b后，a可能達(dá)到的最大高度為(　　) 圖5 A．h B．1.5h C．2h D．2.5h 對(duì)功能關(guān)系的理解及應(yīng)用 3.如圖6所示，質(zhì)量為m的物體(可視為質(zhì)點(diǎn))以某一速度從A點(diǎn)沖上傾角為30的固定斜面，其運(yùn)動(dòng)的加速度大小為g，此物體在斜面上上升的最大高度為h，則在這個(gè)過程中物體(　　) 圖6 A．重力勢(shì)能增加了mgh B．克服摩擦力做功mgh C．動(dòng)能損失了mgh D．機(jī)械能損失了mgh 摩擦生熱及內(nèi)能的計(jì)算 4．電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速度v勻速傳動(dòng)，一質(zhì)量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上，若小木塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，如圖7所示．傳送帶足夠長，當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)．求： 圖7 (1)小木塊的位移； (2)傳送帶轉(zhuǎn)過的路程； (3)小木塊獲得的動(dòng)能； (4)摩擦過程中產(chǎn)生的內(nèi)能； (5)因傳動(dòng)物體電動(dòng)機(jī)多消耗的電能． 答案精析 第6講　習(xí)題課：能量守恒定律 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 1．重力或彈力　保持不變 2．重力　彈力　(1)重力(或彈力)　(2)不做功 3．(1)Ek2＋Ep2　(2)ΔEp減　(3)ΔEB減 4．E末　ΔE增 課堂講義 例1　BD　[M下落過程，繩的拉力對(duì)M做負(fù)功，M的機(jī)械能減少；m上升過程，繩的拉力對(duì)m做正功，m的機(jī)械能增加，A錯(cuò)誤；對(duì)M、m組成的系統(tǒng)，機(jī)械能守恒，易得B、D正確；M減少的重力勢(shì)能并沒有全部用于m重力勢(shì)能的增加，還有一部分轉(zhuǎn)變成M、m的動(dòng)能，所以C錯(cuò)誤．] 例2　C　[設(shè)A、B的質(zhì)量分別為2m、m，當(dāng)A落到地面上時(shí)，B恰好運(yùn)動(dòng)到與圓柱軸心等高處，以A、B整體為研究對(duì)象，則A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故有2mgR－mgR＝(2m＋m)v2，A落到地面上以后，B以速度v豎直上拋，又上升的高度為h′＝，解得h′＝R，故B上升的總高度為R＋h′＝R，選項(xiàng)C正確．] 例3　D　[在秋千擺動(dòng)的過程中，由于阻力的存在，需要克服阻力做功，機(jī)械能會(huì)減少，但能量并沒有消失，減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量保持不變．] 例4　(1)μmg(l－L)　(2)μmgl　(3)μmgL　(4)μmgL 解析　畫出這一過程兩物體位移示意圖，如圖所示．設(shè)木板的初速度為v0，相對(duì)靜止的共同速度為v. 　　 (1)根據(jù)動(dòng)能定理有μmg(l－L)＝mv2－0，① 即摩擦力對(duì)小鐵塊做的正功等于小鐵塊動(dòng)能的增加量． (2)摩擦力對(duì)長木塊做負(fù)功，根據(jù)動(dòng)能定理： μmgl＝Mv－Mv2②， 即長木塊減少的動(dòng)能等于長木塊克服摩擦力做的功μmgl. (3)系統(tǒng)機(jī)械能的減少量ΔE＝Mv－(M＋m)v2， 由①②兩式得ΔE＝μmgL (4)根據(jù)能量守恒定律，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量等于系統(tǒng)機(jī)械能的減少量，即Q＝ΔE＝μmgL 即系統(tǒng)機(jī)械能的減少量等于摩擦力乘以相對(duì)位移． 例5　BCD　[重力勢(shì)能減少量等于重力做的功，所以ΔEp減＝mgh，故A錯(cuò)，B對(duì)；物體動(dòng)能增量ΔEk等于合力的功，故ΔEk＝mah＝mgh，C對(duì)；物體機(jī)械能的減少量等于克服阻力做的功． 由牛頓第二定律知mg－f＝ma 所以f＝mg 所以機(jī)械能減少，ΔE機(jī)減＝fh＝mgh，D對(duì)．] 對(duì)點(diǎn)練習(xí) 1．D　2.B　3.CD 4．(1)　(2)　(3)mv2　(4)mv2　(5)mv2 解析　(1)由牛頓第二定律：μmg＝ma，得a＝μg 由公式v＝at得t＝，小木塊的位移s1＝t＝ (2)傳送帶始終勻速運(yùn)動(dòng)，路程s2＝vt＝ (3)小木塊獲得的動(dòng)能Ek＝mv2 (4)小木塊在和傳送帶達(dá)到共同速度的過程中，相對(duì)傳送帶移動(dòng)的距離s相對(duì)＝s2－s1＝， 產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝μmgs相對(duì)＝mv2 (5)根據(jù)能量守恒定律電動(dòng)機(jī)多消耗電能 ΔE＝Q＋mv2＝mv2