高考物理一轮总复习 专题五 第3讲 机械能守恒定律及其应用课件 新人教版.ppt

第3讲机械能守恒定律及其应用 一 重力势能1 概念 物体由于在高处而所具有的能量 2 表达式 Ep mgh 3 矢标性 重力势能是标量 但有正负 跟零势面的选取有关 4 重力势能的特点 物体 地球 路径 高度差 1 系统性 重力势能是 和 所共有的 2 相对性 重力势能的大小与参考平面的选取有关 但重力势能的变化与参考平面的选取无关 5 重力做功特点 重力做功与 无关 只与始 末 位置的 有关 Ep 6 重力做功与重力势能变化的关系 WG 基础检测 1 多选 下列关于重力势能的说法 正确的是 A 重力势能是地球和物体共同具有的 而不是物体单独具有的B 重力势能的大小是相对的C 重力势能等于零的物体 不可能对别的物体做功D 在地面上的物体 它具有的重力势能一定等于零答案 AB 二 弹性势能1 概念 发生 的物体 各部分 之间 由于有 弹力的相互作用 而具有的势能 弹性形变 劲度系数 2 大小 与形变量及 有关 3 弹力做功与弹性势能变化的关系 1 弹力做正功 弹性势能 弹力做负功 弹性 势能 减少 增加 三 机械能守恒定律 重力或弹力 转化 不变 1 内容 在只有 做功的物体系统内 动能和势能可以互相 而总的机械能保持 2 机械能守恒的条件 只有 或 做功 3 机械能守恒定律的表达式 重力 弹力 基础检测 2 如图5 3 1所示 用轻弹簧相连的物块A和B放在光滑的水平面上 物块A紧靠竖直墙壁 一颗子弹沿水平方向射入物块B后留在其中 由子弹 弹簧和A B所组成的系统在下列 图5 3 1 A 子弹射入物块B的过程 B 物块B带着子弹向左运动 直到弹簧压缩量最大的过程C 弹簧推着带子弹的物块B向右运动 直到弹簧恢复原长 的过程 D 带着子弹的物块B因惯性继续向右运动 直到弹簧伸长 量达到最大的过程 答案 A 3 2014年新课标卷 取水平地面为重力势能零点 一物块从某一高度水平抛出 在抛出点其动能与重力势能恰好相等 不计空气阻力 该物块落地时的速度方向与水平方向的夹角为 答案 B 考点1 机械能守恒的条件及判断方法 重点归纳1 守恒条件只有重力或系统内的弹力做功 可以从两个方面理解 1 只受重力作用 例如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动 物体的机械能守恒 2 受其他力 但其他力不做功 只有重力或弹力做功 例如物体沿光滑的曲面下滑 受重力和曲面的支持力作用 但曲面的支持力不做功 物体的机械能守恒 2 判断方法 1 利用机械能的定义判断 直接判断 若物体动能 势能 之和不变 机械能守恒 2 利用守恒条件判断 若物体或系统只有重力 或内力的弹 力 做功 则机械能守恒 3 用能量转化来判断 若物体或系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化 则物体系统机械能守恒 典例剖析例1 一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落 到最低点时距水面还有数米距离 假定空气阻力可忽略 运 A 运动员到达最低点前重力势能始终减小B 蹦极绳张紧后的下落过程中 弹性力做负功 弹性势能增加C 蹦极过程中 运动员 地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D 蹦极过程中 重力势能的改变与重力势能零点的选取有关 思维点拨 在判断机械能是否守恒时 要严格把握守恒条 件 注意重力势能和弹性势能的系统性 解析 运动员到达最低点过程中 重力始终做正功 所以重力势能始终减少 A项正确 蹦极绳张紧后的下落过程中 弹性力做负功 弹性势能增加 B项正确 蹦极过程中 运动员 地球和蹦极绳所组成的系统 只有重力和弹力做功 所以机械能守恒 C项正确 重力势能的改变与重力势能零点的选取无关 D项错误 答案 D 备考策略 要熟练掌握机械能是否守恒的判断方法 这样 才能正确运用机械能守恒定律解题 考点练透 1 2014年新课标卷 如图5 3 2所示 一质量为M的光滑大圆环 用一细轻杆固定在竖直平面内 套在大环上质量为m的小环 可视为质点 从大环的最高处由静止滑下 重力加速度大小为g 当小环滑到大环的最低点 时 大环对轻杆拉力的大小为 图5 3 2 B Mg mgD Mg 10mg A Mg 5mgC Mg 5mg答案 C 2 如图5 3 3所示 斜劈劈尖顶着竖直墙壁静止于水平面上 现将一小球从图示位置静止释放 不计一切摩擦 则在小 球从释放到落至地面的过程中 下列说法正确的是 A 斜劈对小球的弹力不做功B 斜劈与小球组成的系统机械能守恒C 斜劈的机械能守恒D 小球重力势能减小量等于斜劈动能的 图5 3 3 增加量答案 B 考点2 机械能守恒定律的应用 重点归纳用机械能守恒定律解题的基本思路图5 3 4 典例剖析 图5 3 5 1 小球被抛出时的速度v0 2 小球到达半圆轨道最低点B时 对轨道的压力大小 3 小球从C到D过程中克服摩擦力做的功W 思维点拨 1 小球到达A点的速度沿A点的切线方向 与 DC斜面平行 2 小球由A点运动到B点的过程中机械能守恒 3 小球在斜面CD上克服摩擦力做的功对应小球损失的机 械能 解 1 小球到达A点时 速度与水平方向的夹角为 如图5 3 6所示 图5 3 6设竖直方向的速度为vy 则有 考点练透 3 2015年北京朝阳区二模 如图5 3 7所示 轻杆长为L 和端点B各固定一质量均为m 1kg的小球 使杆从水平位置无初速释放摆下 求当杆转到竖直位置时 1 B球的速度 2 在此过程中轻杆对A球所做的功 g 10m s2 图5 3 7 解 1 在转动过程中 A B两球的角速度相同 设A球的速度为vA B球的速度为vB 则有 由A B和杆组成的系统机械能守恒 由机械能守恒定律 并选最低点所在平面为零势能参考平面 在转动过程中有 联立 两式结合可以求出 4 2015年天津南开中学模拟 如图5 3 8所示 压力传感器能测量物体对其正压力的大小 现将质量分别为M m的物块和小球通过轻绳固定 并跨过两个水平固定的定滑轮 滑轮光滑且较小 当小球在竖直面内左右摆动且高度相等时 物块始终没有离开水平放置的传感器 已知小球摆动偏离竖直方向的最大角度为 滑轮O到小球间轻绳长度为l 重力加速度为g 求 1 小球摆到最低点速度大小 图5 3 8 解 1 小球下摆过程中只有重力做功 小球的机械能守恒 由机械能守恒定律得 2 小球在最低点时 压力传感器的示数为0 则轻绳的拉力大小F Mg对小球在最低点应用牛顿第二定律得 易错点 系统机械能守恒的判断 例3 多选 如图5 3 9所示 质量分别为m和2m的两个小球A B 中间用轻质细杆相连 在杆的中点O处有一固定转动轴 把杆置于水平位置后释放 在B球顺时针摆动到最低 位置的过程中 图5 3 9 A B球的重力势能减少 动能增加 B球和地球组成的系 统机械能守恒 B A球的重力势能增加 动能也增加 A球和地球组成的系 统机械能不守恒 C A球 B球和地球组成的系统机械能守恒D A球 B球和地球组成的系统机械能不守恒 正解分析 B球从水平位置下摆到最低位置的过程中 受到重力和杆的作用力 杆的作用力方向待定 下摆过程中重力势能减少 动能增加 但机械能是否守恒不确定 A球在B球下摆过程中 重力势能增加 动能增加 机械能增加 由于A B系统只有重力做功 系统机械能守恒 A球机械能增加 B球机械能一定减少 所以B C选项正确 答案 BC 指点迷津 1 对于相互作用的整体 在进行能量转化时 单独一个物体机械能一般不守恒 但系统机械能守恒 可利用机械能守恒定律 转移式 对系统列方程求解相关量 2 对于绳索 链条 液体 长杆等这类研究对象 不能当成质点处理时 正确确定其重心位置是解决有关问题的关键 一般情况下需分段考虑系统各部分的重力势能 对于参考平面的选取 以系统初 末状态的重力势能便于表达为宜 触类旁通 多选 2015年辽宁本溪联考改编 如图5 3 10所示 蹦床是青少年喜欢的一种体育活动 蹦床边框用弹簧固定有弹性网角 运动员从最高点落下直至最低点的过程中 不计一切阻力 则下列说法正确的是 A 运动员的机械能守恒B 对运动员 蹦床和地球所组成的系统 机械能守恒 图5 3 10 C 重力势能的减少量等于弹性势能的增加量D 重力做功等于运动员动能的增加答案 BC