2019年高考物理一轮复习第18讲机械能守恒定律及其应用课件新人教版.ppt

考点分阶突破 高考模拟演练 教师备用习题 考纲解读 第18讲 理解重力势能 弹性势能的概念 并能计算 掌握机械能守恒的条件 会判断物体的机械能是否守恒 掌握机械能守恒定律的三种表达形式 理解其物理意义 并能熟练应用 一 重力势能和弹性势能1 重力势能 1 概念 物体由于而具有的能 2 表达式 Ep 3 矢标性 重力势能是量 正负表示其 考点一机械能守恒的理解与判断 知能必备 被举高 mgh 标 大小 2 弹性势能 1 概念 物体由于发生而具有的能 2 大小 弹簧的弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关 弹簧的形变量 劲度系数 弹簧的弹性势能越大 二 机械能守恒定律1 机械能 和统称为机械能 即E 其中势能包括和 2 机械能守恒定律内容 在只有或做功的物体系统内 动能与势能可以相互转化 而总的机械能 弹性形变 越大 越大 动能 势能 Ek Ep 重力势能 弹性势能 重力 弹力 保持不变 考向探究 1 在下列所描述的运动过程中 若物体所受到的空气阻力均可忽略不计 则机械能守恒的是 A 小孩沿滑梯匀速滑下B 电梯中的货物随电梯一起匀速下降C 发射过程中的火箭加速上升D 被投掷出的铅球在空中运动 答案 D 解析 小孩沿滑梯匀速下滑时 其动能不变 重力势能减小 故机械能不守恒 其实是有摩擦存在 将机械能转化成了内能 选项A错误 货物匀速下降 与A选项类似 它的机械能也不守恒 选项B错误 火箭加速上升 动能增大 重力势能也增大 故机械能增大 机械能不守恒 其实是外力对它做了功 故机械能会增大 选项C错误 D中的铅球在空中运动时 只受重力的作用 其机械能是守恒的 选项D正确 2 在如图18 1所示的物理过程示意图中 甲图一端固定有小球的轻杆 从右偏上30 角释放后绕光滑支点摆动 乙图为末端固定有小球的轻质直角架 释放后绕通过直角顶点的固定轴O无摩擦转动 丙图为轻绳一端连着一小球 从右偏上30 角处自由释放 丁图为置于光滑水平面上的带有竖直支架的小车 把用细绳悬挂的小球从图示位置释放 小球开始摆动 则关于这几个物理过程 空气阻力忽略不计 下列判断中正确的是 A 甲图中小球机械能守恒B 乙图中小球A机械能守恒C 丙图中小球机械能守恒D 丁图中小球机械能守恒 图18 1 答案 A 3 如图18 2所示 梯形物块静止于墙角附近的水平面上 现将一小球从图示位置由静止释放 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 梯形物块的机械能守恒B 小球与梯形物块之间的弹力不做功C 梯形物块与小球组成的系统机械能守恒D 小球重力势能的减少量等于梯形物块动能的增加量 图18 2 答案 C 4 多选 如图18 3所示 一轻弹簧一端固定在O点 另一端系一小球 将小球从与悬点O在同一水平面且使弹簧保持原长的A点无初速度地释放 让小球自由摆下 不计空气阻力 在小球由A点摆向最低点B的过程中 下列说法中正确的是 A 小球的机械能守恒B 小球的机械能减少C 小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变D 小球与弹簧组成的系统机械能守恒 图18 3 答案 BD 特别提醒 机械能守恒的判断方法 1 用定义判断 若物体动能 势能均不变 则机械能不变 若一个物体动能不变 重力势能变化 重力势能不变 动能变化或动能和重力势能同时增加 减少 其机械能一定变化 2 用做功判断 若物体或系统只有重力 或弹簧的弹力 做功 虽受其他力 但其他力不做功 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 则物体或系统机械能守恒 4 对多个物体组成的系统 除考虑外力是否只有重力或弹力做功外 还要考虑系统内力做功 如有滑动摩擦力做功时 因摩擦生热 系统机械能将有损失 考点二机械能守恒定律的应用 知能必备 1 机械能守恒的三种表达式 Ek Ep 总和 零势能面 Ep 动能 EB减 减少量 2 机械能守恒定律的应用技巧 1 机械能守恒定律是一种 能 能转化 关系 其守恒是有条件的 因此 应用时首先要对研究对象在所研究的过程中机械能是否守恒做出判断 2 如果系统 除地球外 只有一个物体 用守恒观点列方程较方便 对于由两个或两个以上物体组成的系统 用转化或转移的观点列方程较简便 考向探究 例1 2017 江苏扬州考前调研 游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行 游客不会掉下来 我们把这种情形抽象为如图18 4所示的模型 弧形轨道的下端与竖直圆轨道相接 使质量为m的小球从弧形轨道上端滚下 小球从圆轨道下端进入后沿圆轨道运动 如果已知圆轨道的半径为R 重力加速度为g 不考虑阻力 1 若小球从高为h处由静止释放 求小球到达圆轨道底端时对轨道的压力 2 若要使小球运动过程中不脱离轨道 讨论小球由静止释放时的高度满足的条件 3 若让小球从高为h 2R处的A点由静止释放 试求小球所能达到的最大高度 图18 4 变式 多选 2017 山东烟台二模 如图18 5所示 一轻质弹簧下端固定 直立于水平地面上 将质量为m的物块从弹簧顶端B点的正上方h高处的A点由静止释放 物块在C点的速度达到最大 在D点速度变为零 用x1表示B C间的距离 EkC EpC分别表示物块在C点的动能和重力势能 EpD表示物块在D点时的重力势能 取地面为重力势能参考面 若改变h 则下列图像中表示各物理量间关系正确的是 图18 5 图18 6 答案 AB 特别提醒 应用机械能守恒定律解题的一般步骤 考点三多物体机械能守恒问题 知能必备 多物体机械能守恒问题的分析方法 1 对多个物体组成的系统要注意判断物体运动过程中 系统的机械能是否守恒 2 注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系 3 列机械能守恒方程时 一般选用 Ek Ep的形式 考向探究 例2如图18 7所示 一质量不计的细线一端绕过无摩擦的轻质小定滑轮O与质量为5m的砝码相连 另一端与套在一根固定光滑的竖直杆上 质量为m的圆环相连 直杆上有A C B三点 且C为AB的中点 AO与竖直杆的夹角 53 C点与滑轮O在同一水平高度 滑轮与竖直杆相距为L 重力加速度为g 设直杆足够长 圆环和砝码在运动过程中不会与其他物体相碰 现将圆环从A点由静止释放 试求 已知sin53 0 8 cos53 0 6 1 砝码下降到最低点时 圆环的速度大小 2 圆环下滑到B点时的速度大小 3 圆环能下滑的最大距离 图18 7 特别提醒 考点四非质点的机械能守恒问题 知能必备 在应用机械能守恒定律处理实际问题时 经常遇到像 链条 液柱 类的物体 其在运动过程中将发生形变 其重心位置相对物体也发生变化 因此这类物体不能再看成质点来处理 物体虽然不能看成质点来处理 但因只有重力做功 物体整体机械能守恒 一般情况下 可将物体分段处理 确定质量分布均匀的规则物体各部分的重心位置 根据初 末状态物体重力势能的变化列式求解 考向探究 例3如图18 9所示 AB为光滑的水平面 BC是倾角为 的足够长的光滑斜面 斜面体固定不动 AB BC间用一小段光滑圆弧轨道相连 一条长为L的均匀柔软链条开始时静止放在ABC面上 其一端D至B的距离为L a 现自由释放链条 则 重力加速度为g 1 链条下滑过程中机械能是否守恒 简述理由 2 链条的D端滑到B点时 链条的速率为多大 图18 9 高考真题 答案 B 答案 B 答案 BCD 答案 AB 5 多选 2018 济南一中月考 如图18 14甲所示 质量不计的弹簧竖直固定在水平地面上 t 0时刻 将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放 小球落到弹簧上将弹簧压缩到最低点 然后又被弹簧弹起离开弹簧 上升到一定高度后再下落 如此反复 通过安装在弹簧下端的压力传感器 测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示 则 A t2时刻弹簧的弹性势能最大B t3时刻弹簧的弹性势能最大C t1 t3这段时间内 弹簧的弹性势能先减小后增大D t1 t3这段时间内 弹簧的弹性势能先增大后减小 精选模拟 图18 14 3 如图所示 在下列不同情形中将光滑小球以相同速率v射出 忽略空气阻力 结果只有一种情形小球不能到达天花板 则该情形是 ABCD