高考二轮三轮物理总复习专题案(粤教版)专题六　能量转化与守恒

欢迎进入物理课堂 专题六能量转化与守恒 专题六能量转化与守恒 专题六 主干知识整合 一 机械能守恒定律1 机械能守恒的几种情况 1 物体只受重力或弹簧的弹力作用时 发生动能和势能 包括重力势能或弹性势能 的相互转化 机械能守恒 如物体在自由落体运动和抛体运动过程中机械能守恒 在弹簧下端悬挂一个物体 使其做自由振动 由物体 弹簧 地球组成的系统机械能守恒 2 物体除受重力 或弹力 外虽然受其他力的作用 但其他力不做功 则物体的机械能守恒 如 用绳子拴一个小球在竖直平面内做圆周运动 在不考虑空气阻力的情况下 机械能守恒 专题六 主干知识整合 3 物体除受重力 或弹力 外受其他力 其他力也做功 但其他力做功的代数和为零 则物体的机械能守恒 如物体在平行斜面向下的拉力作用下沿斜面向下运动 其拉力与摩擦力大小相等 该过程物体的机械能守恒 2 判断运动过程中机械能守恒方法 1 由机械能的定义 E Ep Ek 判断 如物体沿斜面匀速下滑 动能不变 重力势减少 故机械能减少 2 从机械能守恒的条件来判断 看除重力或弹簧弹力以外的其他力做功的代数和是否为零 3 机械能守恒定律的表述 1 守恒的角度 系统初 末态的机械能相等 即E1 E2或Ek1 Ep1 Ep2 Ek2 应用过程中重力势能需要取零势能面 专题六 主干知识整合 2 转化角度 系统增加的动能等于减少的势能 即 Ek Ep或 Ek Ep 0 3 转移角度 在两个物体组成的系统中 A物体增加的机械能等于B物体减少的机械能 EA EB或 EA EB 0 二 能量守恒定律1 能量守恒定律具有普适性 任何过程的能量都是守恒的 即系统初 末态总能量相等 E初 E末 2 功能关系 除重力或弹簧弹力以外的其他做功等于系统机械能的改变 即W其他 E 专题六 要点热点探究 探究点一机械能守恒定律的应用问题 应用机械能守恒定律解题的一般思路 1 选择适当的研究对象 物体或系统 明确哪些物体参与了动能和势能的相互转化 选择合适的初 末状态 2 对物体进行受力分析和运动分析 明确各个力做功的情况及初末状态的速度 判断机械能是否守恒 只有符合守恒条件才能应用机械能守恒定律解题 3 选择适当的机械能守恒定律表述形式列守恒方程 对多过程问题可分阶段列式 也可对全过程列式 必要时应选取重力势能为零的参考平面 专题六 要点热点探究 例1如图2 6 1所示 将一质量为m 0 1kg的小球自水平平台右端O点以初速度v0水平抛出 小球飞离平台后由A点沿切线落入竖直光滑圆轨道ABC 并沿轨道恰好通过最高点C 圆轨道ABC的形状为半径R 2 5m的圆截去了左上角127 的圆弧 CB为其竖直直径 sin53 0 8 cos53 0 6 重力加速度g取10m s2 求 1 小球经过C点的速度大小 2 小球运动到轨道最低点B时轨道对小球的支持力大小 3 平台末端O点到A点的竖直高度H 专题六 要点热点探究 图2 6 1 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 点评 本题是一个多过程的机械能守恒问题 涉及运动的分解 平抛运动 圆周运动 牛顿运动定律等知识 是一个综合性习题 以下变式题是有关连接体的机械能守恒问题 注意与单个物体机械能守恒相区别 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 1 注意W其他 E2 E1 E的含义 2 系统的一种能量减少 另一种能量必然增加 探究点二能量守恒问题 专题六 要点热点探究 例2 2010 全国卷 如图2 6 4所示 MNP为竖直面内一固定轨道 其圆弧段MN与水平段NP相切于N P端固定一竖直挡板 M相对于N的高度为h NP长度为s 一木块自M端从静止开始沿轨道下滑 与挡板发生一次完全弹性碰撞后停止在水平轨道上某处 若在MN段的摩擦可忽略不计 物块与NP段轨道间的滑动摩擦因数为 求物块停止的地方与N点距离的可能值 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 点评 本题中物块储存的重力势能全部用于克服摩擦力做功 在解答这部分习题时 要注意能量转化的方向 专题六 要点热点探究 变式题 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 探究点三能量守恒定律的综合应用 做功的过程就是能量转化的过程 功是能量转化的量度 1 重力所做的功等于重力势能的减少量 弹簧的弹力所做的功等于弹性势能的减少量 2 合外力所做的功等于动能的增加量 3 电场力所做的功等电势能的减少量 4 只有重力或弹簧的弹力做功 则势能和动能相互转化 机械能守恒 5 除重力和弹簧的弹力以外的其他力所做的功等于机械能的增加量 即W其他 E2 E1 E 专题六 要点热点探究 6 克服一对滑动摩擦力所做的净功等于机械能的减少量 即 E f s s为相对滑动的距离 7 克服安培力所做的功等于电能的增加量 例3如图2 6 6所示 挡板P固定在足够高的水平桌面上 小物块A和B大小可忽略 它们分别带有 QA和 QB的电荷量 质量分别为mA和mB 两物块由绝缘的轻弹簧相连 一不可伸长的轻绳跨过滑轮 一端与B连接 另一端连接一轻质小钩 整个装置处于场强为E 方向水平向左的匀强电场中 A B开始时静止 已知弹簧的劲度系数为k 不计一切摩擦及A B间的库仑力 A B所带的电荷量保持不变 B不会碰到滑轮 专题六 要点热点探究 1 若在小挂钩上挂一质量为M的不带电物块C并由静止释放 可使物块A恰好能离开挡板P 求物块C下落的最大距离 2 若C的质量改为2M 则当A刚离开挡板P时 B的速度为多大 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 点评 本题用到能量的转化和守恒定律 即电势能和机械能的转化 是能量守恒定律的一个综合应用 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 要点热点探究 专题六 教师备用习题 备选理由 本题考查圆周运动的能量问题 涉及竖直面内线 球模型最高点的临界状态分析 最低点的动力学分析 小球从最低点到最高点过程中的能量分析 尤其要特别注意本题要求考虑空气阻力做功 1 质量为m的小球被系在轻绳一端 在竖直平面内做半径为R的圆周运动 运动过程中小球受到空气阻力的作用 设从某时刻小球通过轨道的最低点 此后小球继续做圆周运动 经过半个圆周恰能通过最高点 专题六 教师备用习题 在此过程中小球克服空气阻力所做的功为mgR 则小球开始通过轨道的最低点时绳子的张力为 A mgB 5mgC 7mgD 6mg 专题六 教师备用习题 备选理由 本题为运动学 动力学和能量观点的综合应用 是对前面专题内容有效的巩固 有利于提高学生的综合分析能力 2 水上滑梯可简化成如图所示的模型 斜槽AB和水平槽BC平滑连接 斜槽AB的竖直高度H 6 0m 倾角 37 水平槽BC长d 2 0m BC面与水面的距离h 0 80m 人与AB BC间的动摩擦因数均为 0 10 取重力加速度g 10m s2 cos37 0 8 sin37 0 6 一小朋友从滑梯顶端A点无初速地自由滑下 求 专题六 教师备用习题 1 小朋友沿斜槽AB下滑时加速度的大小a 2 小朋友滑到C点时速度的大小v 3 在从C点滑出至落到水面的过程中 小朋友在水平方向位移的大小x 专题六 教师备用习题 答案 1 5 2m s2 2 10m s 3 4 0m 专题六 教师备用习题 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全