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.ppt

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第3講機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)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(dá)式 Ep mgh 3 矢標(biāo)性 重力勢能是標(biāo)量 但有正負(fù) 跟零勢面的選取有關(guān) 4 重力勢能的特點(diǎn) 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(guān) 但重力勢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) Ep 6 重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 WG 基礎(chǔ)檢測 1 多選 下列關(guān)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(dú)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(guān) 3 彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系 1 彈力做正功 彈性勢能 彈力做負(fù)功 彈性 勢能 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 基礎(chǔ)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(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 重力勢能的改變與重力勢能零點(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 注意重力勢能和彈性勢能的系統(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 重力勢能的改變與重力勢能零點(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(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m 1kg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A球所做的功 g 10m 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(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 對系統(tǒng)列方程求解相關(guān)量 2 對于繩索 鏈條 液體 長桿等這類研究對象 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(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 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(yùn)動(dòng)員動(dòng)能的增加答案 BC