2019版高考物理大一轮复习专题五机械能第3讲机械能守恒定律及其应用课件.ppt

第3讲 机械能守恒定律及其应用 一 重力做功与重力势能1 重力做功的特点 1 重力做功与 无关 只与始 末位置的 有关 路径 高度差 2 重力做功不引起物体 的变化 机械能 2 重力做功与重力势能变化的关系 1 定性关系 重力对物体做正功 重力势能就 重力对物体做负功 重力势能就 2 定量关系 重力对物体做的功等于物体重力势能的 量 即WG Ep2 Ep1 Ep1 Ep2 3 重力势能的变化量是绝对的 与参考面的选取 减小 增大 减少 Ep 无关 基础检测 1 自由下落的物体在下落过程中 其重力做功和重力势 能变化的情况为 A 重力做正功 重力势能减小B 重力做正功 重力势能增加C 重力做负功 重力势能减小D 重力做负功 重力势能增加答案 A 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 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 弹性形变 劲度系数 减小 增大 三 机械能守恒定律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 重力或弹力 转化 不变 重力 弹力 列依次进行的过程中 机械能不守恒的是 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 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 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 考题题组 1 多选 如图5 3 2所示 下列关于机械能是否守恒的判 断正确的是 甲 乙 丙 丁 图5 3 2 A 甲图中 物体A将弹簧压缩的过程中 物体A机械能 守恒 B 乙图中 物体A固定 物体B沿斜面匀速下滑 物体B 的机械能守恒 C 丙图中 不计任何阻力和定滑轮质量时 A加速下落 B加速上升过程中 A B组成的系统机械能守恒 D 丁图中 小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时 小球的 机械能守恒 答案 CD 考点2 单个物体的机械能守恒 重点归纳1 机械能守恒的三种表达式对比 续表 2 求解单个物体机械能守恒问题的基本思路 1 选取研究对象 物体 2 根据研究对象所经历的物理过程 进行受力 做功分析 判断机械能是否守恒 3 恰当地选取参考平面 确定研究对象在过程的初 末状 态时的机械能 4 选取方便的机械能守恒定律的方程形式 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 Ek Ep 进行求解 考题题组 图5 3 3 A 适当调整高度h 可使小球从轨道最高点M飞出后 恰好落在轨道右端口N处 B 若h 2R 则小球在轨道最低点对轨道的压力为5mgC 只有h大于等于2 5R时 小球才能到达圆轨道的最高 点M D 若h R 则小球能上升到圆轨道左侧离地高度为R的 位置 该过程重力做功为mgR 答案 BC 3 2016年甘肃兰州诊断 如图5 3 4所示 竖直平面内的一半径R 0 50m的光滑圆弧槽BCD B点与圆心O等高 一水平面与圆弧槽相接于D点 质量m 0 10kg的小球从B点正上方H 0 95m高处的A点自由下落 由B点进入圆弧轨道 从D点飞出后落在水平面上的Q点 DQ间的距离x 2 4m 球从D点飞出后的运动过程中相对水平面上升的最大高度h 0 80m g取10m s2 不计空气阻力 求 1 小球经过C点时轨道对它的支持力大小FN 2 小球经过最高点P的速度大小vP 3 D点与圆心O的高度差hOD 图5 3 4 考点3 多个物体的机械能守恒定律的应用 重点归纳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或 EA EB的形式 考题题组 4 多选 2015年新课标 卷 如图5 3 5所示 滑块a b的质量均为m a套在固定竖直杆上 与光滑水平地面相距h b放在地面上 a b通过铰链用刚性轻杆连接 由静止开始运 动 不计摩擦 a b可视为质点 重力加速度大小为g 则 图5 3 5 解析 首先 把a b看成一个系统 运动中机械能守恒 b先加速后减速 a到达地面时b速度为0 故杆对b先做正功后做负功 A错误 根据系统机械能守恒 a的重力势能的减 确 a下落时 开始受到沿杆向上的支持力 a的加速度小于g 后来受杆的沿杆向下的拉力 此时a的加速度大于g C错误 a刚开始的一段下落过程中杆对a做负功 a的机械能减少 a的机械能最小时杆对a的作用力为0 此时杆对b也没有力的作用 故b对地面的压力大小为mg D正确 答案 BD 5 2017年山东济南质检 如图5 3 6所示 跨过同一高度处的定滑轮的细线连接着质量相同的物体A和B A套在光滑水平杆上 定滑轮离水平杆的高度h 0 2m 开始时让连着A的细线与水平杆的夹角 1 37 由静止释放B 当细线与水平杆的夹角 2 53 时 A的速度为多大 在以后的运动过程中 A所获得的最大速度为多大 设B不会碰到水平杆 sin37 0 6 sin53 0 8 取g 10m s2 图5 3 6 由于绳子的拉力对A做正功 使A加速 至左滑轮正下方时速度最大 此时B的速度为零 此过程B下降高度设为h2 则由机械能守恒定律得 模型 用机械能守恒定律解决非质点问题 重点归纳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 例题 如图5 3 7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 图5 3 7 1 链条下滑过程中 系统的机械能是否守恒 简述理由 2 链条的D端滑到B点时 链条的速率为多大 解 1 链条在下滑过程中机械能守恒 因为斜面BC和AB面均光滑 链条下滑时只有重力做功 符合机械能守恒的条件 2 设链条质量为m 可以认为始末状态的重力势能变化是由L a段下降引起的 如图5 3 8所示 则高度减少量 h a L a2 sin L a2 sin 图5 3 8 触类旁通 如图5 3 9所示 粗细均匀 两端开口的U形管内装有同种液体 开始时两边液面高度差为h 管中液柱总长度为4h 后来让液体自由流动 当两液面高度相等时 右侧液面下降的 速度为 图5 3 9 图D31答案 A