高考物理总复习第5章机械能守恒定律第3课时机械能守恒定律及其应用课件

第第3课时机械能守恒定律及其应用课时机械能守恒定律及其应用基基础过关关一、重力势能一、重力势能1.重力做功的特点重力做功的特点(1)重力做功与重力做功与_无关，只与始、末位置的无关，只与始、末位置的_有关。有关。(2)重力做功不引起物体重力做功不引起物体_的的变化。化。考点一重力势能考点一重力势能(c/c)路径路径高度差高度差机械能机械能2.重力做功与重力势能变化的关系重力做功与重力势能变化的关系(1)定定性性关关系系：重重力力对物物体体做做正正功功，重重力力势能能就就_；重重力力对物体做物体做负功，重力功，重力势能就能就_。(2)定量关系：重力定量关系：重力对物体做的功物体做的功_物体重力物体重力势能的能的_量。即量。即WG(Ep2Ep1)Ep1Ep2_。(3)重力重力势能的相能的相对性和系性和系统性性重重力力势能能的的具具体体大大小小与与零零势能能面面的的选取取是是有有关关的的，即即具具有有相相对性。性。重力重力势能是物体和地球共有的，即具有系能是物体和地球共有的，即具有系统性。性。减小减小增大增大等于等于减小减小Ep二、弹性势能二、弹性势能1.概念：物体由于概念：物体由于发生生_而具有的能。而具有的能。2.大大小小：弹簧簧的的弹性性势能能的的大大小小与与形形变量量及及劲度度系系数数有有关关，弹簧簧的形的形变量量_，劲度系数度系数_，弹簧的簧的弹性性势能越大。能越大。3.弹力力做做功功与与弹性性势能能变化化的的关关系系：类似似于于重重力力做做功功与与重重力力势能能变化的关系，用公式表示：化的关系，用公式表示：W_。弹性形性形变越大越大越大越大Ep【过关演练】【过关演练】1.篮球球场上上，运运动员练习投投篮，篮球球划划过一一条条漂漂亮亮的的弧弧线落落入入篮筐筐，球球的的轨迹迹如如图中中虚虚线所所示示。从从篮球球出出手手到到落落入入篮筐筐的的过程程中，中，篮球的重力球的重力势能能()A.一直增大一直增大B.一直减小一直减小C.先减小后增大先减小后增大D.先增大后减小先增大后减小解解析析篮篮球球出出手手后后先先上上升升后后下下降降，故故重重力力势势能能先先增增大大后后减减小小，D正确。正确。答案答案D2.质量量为m的的小小球球从从离离桌桌面面高高度度为H处由由静静止止下下落落，桌桌面面离离地地高高度度为h，如如图所所示示。若若以以桌桌面面为参参考考平平面面，那那么么小小球球落落地地时的的重重力力势能及整个能及整个过程中小球重力程中小球重力势能的能的变化分化分别为()A.mgh，减少，减少mg(Hh)B.mgh，增加，增加mg(Hh)C.mgh，增加，增加mg(Hh)D.mgh，减少，减少mg(Hh)解解析析以以桌桌面面为为参参考考平平面面，小小球球落落地地时时的的重重力力势势能能Epmgh，故故A、B错错；整整个个过过程程中中小小球球重重力力势势能能减减少少了了mg(Hh)，C错错误误，D正确。正确。答案答案D要点突破要点突破1.对重力做功和重力势能的几点理解对重力做功和重力势能的几点理解(1)重重力力做做功功的的大大小小与与物物体体的的运运动状状态无无关关，与与物物体体是是否否受受其其他他力无关；力无关；(2)重力做功，一定会引起重力重力做功，一定会引起重力势能的能的变化；化；(3)重重力力势能能是是标量量，但但有有正正负，其其意意义表表示示物物体体的的重重力力势能能比比它在参考平面的重力它在参考平面的重力势能大能大还是小；是小；(4)WGEP中中的的负号号表表示示重重力力做做的的功功与与重重力力势能能变化化的的绝对值相等，符号相反。相等，符号相反。2.对弹性势能的理解对弹性势能的理解(1)弹性性势能是由物体的相能是由物体的相对位置决定的能。位置决定的能。(2)当当弹簧簧形形变量量的的长度度为零零时，弹性性势能能计为零零，弹簧簧被被拉拉长或或压缩后，都具有后，都具有弹性性势能。能。(3)表表达达式式适适用用范范围：在在弹簧簧的的弹性性限限度度之之内内，该式式成成立立，与与其其他受力无关，与运他受力无关，与运动状状态无关。无关。【例例题题】如如图所所示示，在在光光滑滑水水平平面面上上有有一一物物体体，它它的的左左端端连一一弹簧簧，弹簧簧的的另另一一端端固固定定在在墙上上，在在力力F作作用用下下物物体体处于于静静止止状状态，当当撤撤去去F后后，物物体体将将向向右右运运动，在在物物体体向向右右运运动的的过程程中中，下下列列说法正确的是法正确的是()A.弹簧的簧的弹性性势能逐能逐渐减少减少B.弹簧的簧的弹性性势能逐能逐渐增加增加C.弹簧的簧的弹性性势能先增加再减少能先增加再减少D.弹簧的簧的弹性性势能先减少再增加能先减少再增加解解析析当当力力F作作用用在在物物体体上上时时，弹弹簧簧处处于于压压缩缩状状态态，具具有有弹弹性性势势能能，当当撤撤去去力力F后后，物物体体向向右右运运动动。随随着着物物体体向向右右运运动动，弹弹簧簧的的压压缩缩量量逐逐渐渐减减小小，弹弹性性势势能能减减少少，当当弹弹簧簧恢恢复复原原长长时时，弹弹性性势势能能为为零零，但但物物体体的的运运动动速速度度仍仍然然向向右右，继继续续向向右右运运动动，弹弹簧簧被被拉拉长长，弹性势能增加，所以选项弹性势能增加，所以选项D正确。正确。答案答案D精精练题组1.关于重力关于重力势能，下列能，下列说法中正确的是法中正确的是()A.物体的位置一旦确定，它的重力物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定能的大小也随之确定B.物体与零物体与零势能面的距离越大，它的重力能面的距离越大，它的重力势能也越大能也越大C.一个物体的重力一个物体的重力势能从能从5 J变化到化到3 J，重力，重力势能减少了能减少了D.重力重力势能的能的变化量与零化量与零势能面的能面的选取无关取无关解解析析物物体体的的重重力力势势能能与与零零势势能能面面的的选选取取有有关关，同同一一物物体体在在同同一一位位置置相相对对不不同同的的零零势势能能面面的的重重力力势势能能不不同同，选选项项A错错误误；物物体体在在零零势势能能面面以以上上，距距零零势势能能面面的的距距离离越越大大，重重力力势势能能越越大大；物物体体在在零零势势能能面面以以下下，距距零零势势面面的的距距离离越越大大，重重力力势势能能越越小小，选选项项B错错误误；重重力力势势能能中中的的正正、负负号号表表示示大大小小，5 J的的重重力力势势能能小小于于3 J的的重重力力势势能能，选选项项C错错误误；重重力力做做的的功功量量度度了了重重力力势势能能的的变变化化，选项选项D正确。正确。答案答案D2.关于重力关于重力势能的几种理解，正确的是能的几种理解，正确的是()A.重力重力势能的能的值与参考平面的与参考平面的选择有关有关B.放在地面上的物体，它的重力放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零能一定等于零C.不同不同质量的物体，由于在同一地点，所以重力量的物体，由于在同一地点，所以重力势能相等能相等D.因因为重力重力势能是能是标量，所以只能取正量，所以只能取正值解解析析重重力力势势能能的的值值与与参参考考平平面面有有关关，选选定定了了参参考考平平面面后后，物物体处于参考平面低处重力势能为负值，体处于参考平面低处重力势能为负值，A正确。正确。答案答案A3.将将质量量为100 kg的的物物体体从从地地面面提提升升到到10 m高高处，在在这个个过程程中中，下列下列说法中正确的是法中正确的是(取取g10 m/s2)()A.重力做正功，重力重力做正功，重力势能增加能增加1.0104 JB.重力做正功，重力重力做正功，重力势能减少能减少1.0104 JC.重力做重力做负功，重力功，重力势能增加能增加1.0104 JD.重力做重力做负功，重力功，重力势能减少能减少1.0104 J解解析析WGmgh1.0104 J，EpWG1.0104 J，C项正确。项正确。答案答案C4.如如图所所示示，小小明明玩玩蹦蹦杆杆，在在小小明明将将蹦蹦杆杆中中的的弹簧簧向向下下压缩的的过程中，小明的重力程中，小明的重力势能、能、弹簧的簧的弹性性势能的能的变化是化是()A.重力重力势能减少，能减少，弹性性势能增大能增大B.重力重力势能增大，能增大，弹性性势能减少能减少C.重力重力势能减少，能减少，弹性性势能减少能减少D.重力重力势能不能不变，弹性性势能增大能增大解解析析弹弹簧簧向向下下压压缩缩的的过过程程中中，弹弹簧簧压压缩缩量量增增大大，弹弹性性势势能能增增大；重力做正功，重力势能减少，故大；重力做正功，重力势能减少，故A正确。正确。答案答案A5.(多多选选)物物体体在在运运动过程程中中，克克服服重重力力做做功功50 J，则下下列列说法法中中正正确的是确的是()A.物体的高度一定降低了物体的高度一定降低了B.物体的高度一定升高了物体的高度一定升高了C.物体的重力物体的重力势能一定是能一定是50 JD.物体的重力物体的重力势能一定增加能一定增加50 J解解析析克克服服重重力力做做功功，即即重重力力做做负负功功，重重力力势势能能增增加加，高高度度升升高高，克克服服重重力力做做多多少少功功，重重力力势势能能就就增增加加多多少少，但但重重力力势势能能的的大小是相对的，故大小是相对的，故A、C错误，错误，B、D正确。正确。答案答案BD【方法总结】【方法总结】(1)物体的重力势能大小与参考面的选择有关。物体的重力势能大小与参考面的选择有关。(2)重重力力做做功功过过程程是是重重力力势势能能改改变变的的过过程程，重重力力势势能能的的改改变变只只与与重重力做功有关，与其他力做功无关。力做功有关，与其他力做功无关。基基础过关关1.机械能：机械能：_和和_统称称为机械能，其中机械能，其中势能包括能包括_和和_。2.机械能守恒定律机械能守恒定律(1)内内容容：在在只只有有_做做功功的的物物体体系系统内内，动能能与与势能能可以相互可以相互转化，而化，而总的机械能的机械能_。(2)表达式：表达式：mgh1 _。考点二机械能守恒定律及应用考点二机械能守恒定律及应用(d/d)动能能势能能弹性性势能能重力重力势能能重力或重力或弹力力保持不保持不变3.守恒条件：守恒条件：只有重力或只有重力或弹簧的簧的弹力做功。力做功。【过关演练】【过关演练】1.(2016浙浙江江10月月学学考考)如如图所所示示，无无人人机机在在空空中中匀匀速速上上升升时，不不断增加的能量是断增加的能量是()A.动能能B.动能、重力能、重力势能能C.重力重力势能、机械能能、机械能D.动能、重力能、重力势能、机械能能、机械能解解析析无无人人机机匀匀速速上上升升，所所以以动动能能保保持持不不变变，所所以以选选项项A、B、D均均错错；高高度度不不断断增增加加，所所以以重重力力势势能能不不断断增增加加，在在上上升升过过程程中中升升力力对对无无人人机机做做正正功功，所所以以无无人人机机机机械械能能不不断断增增加加，所所以以选选项项C正确。正确。答案答案C2.下列运下列运动过程中，机械能一定守恒的是程中，机械能一定守恒的是()A.做自由落体运做自由落体运动的小球的小球B.在在竖直平面内做匀速直平面内做匀速圆周运周运动的物体的物体C.在粗糙斜面上匀加速下滑的物在粗糙斜面上匀加速下滑的物块D.匀速下落的跳匀速下落的跳伞运运动员解解析析判判断断机机械械能能是是否否守守恒恒有有两两种种方方法法，一一是是根根据据条条件件判判断断；二二是是直直接接判判断断动动能能和和势势能能的的总总和和是是否否保保持持不不变变。做做自自由由落落体体运运动动的的小小球球，只只有有重重力力做做功功，机机械械能能守守恒恒，选选项项A正正确确；做做竖竖直直面面上上的的匀匀速速圆圆周周运运动动的的物物体体，在在运运动动中中重重力力势势能能改改变变，而而动动能能不不变变，机机械械能能不不守守恒恒，故故选选项项B错错误误；沿沿粗粗糙糙斜斜面面加加速速下下滑滑的的物物块块，由由于于摩摩擦擦力力做做功功，所所以以机机械械能能一一定定不不守守恒恒，选选项项C错错误误；跳跳伞伞运运动动员员带带着着张张开开的的降降落落伞伞匀匀速速下下降降，动动能能不不变变，重重力力势势能能减减小小，所所以以机机械能减小，故选项械能减小，故选项D错误。错误。答案答案A要点突破要点突破要点一机械能守恒的判断要点一机械能守恒的判断只要只要满足下列条件之一，机械能一定守恒。足下列条件之一，机械能一定守恒。(1)物物体体只只受受重重力力，只只发生生动能能和和重重力力势能能的的相相互互转化化。如如自自由由落体运落体运动、抛体运、抛体运动等。等。(2)只只有有系系统内内弹力力做做功功，只只发生生动能能和和弹性性势能能的的相相互互转化化。如如在在光光滑滑水水平平面面上上运运动的的物物体体碰碰到到一一个个弹簧簧，和和弹簧簧相相互互作作用用的的过程中，程中，对物体和物体和弹簧簧组成的系成的系统来来说，机械能守恒。，机械能守恒。(3)物物体体既既受受重重力力，又又受受弹力力，只只有有重重力力和和系系统内内弹力力做做功功，只只发生生动能能、弹性性势能能、重重力力势能能的的相相互互转化化。如如自自由由下下落落的的物物体体落落到到竖直直的的弹簧簧上上，和和弹簧簧相相互互作作用用的的过程程中中，对物物体体和和弹簧簧组成的系成的系统来来说，机械能守恒。，机械能守恒。(4)除除受受重重力力(或或系系统内内弹力力)外外，还受受其其他他力力，但但其其他他力力不不做做功功，或或其其他他力力做做功功的的代代数数和和为零零。如如物物体体在在沿沿斜斜面面向向下下的的拉拉力力F的的作作用用下下沿沿斜斜面面向向下下运运动，其其拉拉力力的的大大小小与与摩摩擦擦力力的的大大小小相相等等，在在此此运运动过程中，其机械能守恒。程中，其机械能守恒。答案答案B要点二用机械能守恒定律解题的基本思路要点二用机械能守恒定律解题的基本思路【例例2】(2015浙浙江江9月月学学考考测测试试)如如图所所示示是是跳跳台台滑滑雪雪的的示示意意图，雪雪道道由由倾斜斜的的助助滑滑雪雪道道AB、水水平平平平台台BC、着着陆雪雪道道CD及及减减速速区区DE组成成，各各雪雪道道间均均平平滑滑连接接，A处与与水水平平平平台台间的的高高度度差差h45 m，CD的的倾角角为30。运运动员自自A处由由静静止止滑滑下下，不不计其其在在雪雪道道ABC滑滑行行和和空空中中飞行行时所所受受的的阻阻力力。运运动员可可视为质点点。(g取取10 m/s2)(1)求运求运动员滑离平台滑离平台BC时的速度；的速度；(2)为保保证运运动员落在着落在着陆雪道雪道CD上，雪道上，雪道CD长度至少度至少为多少？多少？(3)若若实际的的着着陆雪雪道道CD长为150 m，运运动员着着陆后后滑滑到到D点点时具具有有的的动能能是是着着陆瞬瞬间动能能的的80%。在在减减速速区区DE，滑滑行行s100 m后后停下，运停下，运动员在减速区所受平均阻力是其重力的多少倍？在减速区所受平均阻力是其重力的多少倍？答案答案(1)30 m/s(2)120 m(3)0.84倍倍精精练题组1.如如图所所示示，一一轻弹簧簧一一端端固固定定在在O点点，另另一一端端系系一一小小球球，将将小小球球从从与与悬点点O在在同同一一水水平平面面且且使使弹簧簧保保持持原原长的的A点点无无初初速速度度地地释放放，让小小球球自自由由摆下下，不不计空空气气阻阻力力，在在小小球球由由A点点摆向向最最低低点点B的的过程中，下列程中，下列说法中正确的是法中正确的是()A.小球的机械能守恒小球的机械能守恒B.小球的机械能增加小球的机械能增加C.小球的重力小球的重力势能与能与弹簧的簧的弹性性势能之和不能之和不变D.小球与小球与弹簧簧组成的系成的系统机械能守恒机械能守恒解解析析小小球球由由A点点下下摆摆到到B点点的的过过程程中中，弹弹簧簧被被拉拉长长，弹弹簧簧的的弹弹力力对对小小球球做做了了负负功功，所所以以小小球球的的机机械械能能减减少少，故故选选项项A、B错错误误；在在此此过过程程中中，由由于于有有重重力力和和弹弹簧簧的的弹弹力力做做功功，所所以以小小球球与与弹弹簧簧组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒，即即小小球球减减少少的的重重力力势势能能，等等于于小小球球获获得得的的动动能与弹簧增加的弹性势能之和，故选项能与弹簧增加的弹性势能之和，故选项C错误，错误，D正确。正确。答案答案D2.总质量量约为3.8吨吨“嫦嫦娥娥三三号号”探探测器器在在距距月月面面3 m 处关关闭反反推推发动机机，让其其以以自自由由落落体体方方式式降降落落在在月月球球表表面面。4条条着着陆腿腿触触月月信信号号显示示，“嫦嫦娥娥三三号号”完完美美着着陆月月球球虹虹湾湾地地区区。月月球球表表面面附附近近重重力力加加速速度度约为1.6 m/s2，4条条着着陆腿腿可可视作作完完全全相相同同的的四四个个轻弹簧，在簧，在软着着陆后，每个后，每个轻弹簧簧获得的得的弹性性势能大能大约是是()A.28 500 J B.4 560 J C.18 240 J D.9 120 J答案答案B3.(2016温温州州十十校校期期中中)如如图所所示示，桌桌面面高高为h，质量量为m的的小小球球从从离离桌桌面面高高H处自自由由落落下下，不不计空空气气阻阻力力，假假设地地面面为参参考考平平面面，则小球落到地面前瞬小球落到地面前瞬间的机械能的机械能为()A.0 B.mghC.mgH D.mg(Hh)解解析析物物体体做做自自由由落落体体运运动动，只只受受到到重重力力的的作作用用，所所以以机机械械能能守守恒恒，可可知知物物体体落落地地前前的的机机械械能能等等于于物物体体最最初初的的机机械械能能，物物体体最最初初静静止止于于距距离离地地面面高高为为Hh的的位位置置，也也即即物物体体最最初初的的机机械械能能为为mg(Hh)，则物体落地前机械能为，则物体落地前机械能为mg(Hh)，选项，选项D正确。正确。答案答案D(1)小球初速度小球初速度v0的大小；的大小；(2)小球滑小球滑过C点点时的速率的速率vC；(3)要要使使小小球球不不离离开开轨道道，则竖直直圆弧弧轨道道的的半半径径R应该满足足什什么么条件。条件。(1)一小一小环套在套在轨道上从道上从a点由静止滑点由静止滑下，当其在下，当其在bc段段轨道运道运动时，与，与轨道道之之间无相互作用力，求无相互作用力，求圆弧弧轨道的半径；道的半径；(2)若若环从从b点点由由静静止止因因微微小小扰动而而开开始始滑滑下下，求求环到到达达c点点时速度的水平分量的大小。速度的水平分量的大小。【方法总结】【方法总结】机械能守恒定律与圆周运动的结合机械能守恒定律与圆周运动的结合绳杆圆管m的受力情况重力、绳的拉力重力、杆的拉力或支持力重力、外管壁的支持力或内管壁的支持力