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 路径 高度差 1 重力做功与 无关 只与始 末位置的 有关 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 减小 增大 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 Ep 3 重力势能的变化量是绝对的 与参考面的选取 变化 无关 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 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 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 重力 弹力 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 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 如图5 3 2所示 在光滑水平面上有一物体 它的左端连接着一轻弹簧 弹簧的另一端固定在墙上 在力F作用下物体处于静止状态 当撤去力F后 物体将向右运动 在物体 向右运动的过程中 下列说法正确的是 A 弹簧的弹性势能逐渐减少B 物体的机械能不变C 弹簧的弹性势能先增加后减少D 弹簧的弹性势能先减少后增加 图5 3 2 解析 因弹簧左端固定在墙上 右端与物体连接 故撤去F后 弹簧先伸长到原长后 再被物体拉伸 其弹性势能先减少后增加 物体的机械能先增大后减小 故D正确 A B C均错误 答案 D 考点练透 1 2014年新课标全国卷 如图5 3 3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 套在大圆环上质量为m的小圆环 可视为质点 从大圆环的最高处由静止滑下 重力加速度大小为g 当小环滑到大圆环的最低点时 大圆环对 图5 3 3 轻杆拉力的大小为 A Mg 5mgB Mg mgC Mg 5mgD Mg 10mg答案 C 考点2单个物体的机械能守恒 1 机械能守恒的三种表达式对比 重点归纳 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 典例剖析 例2 2015年山东邹平一中检测 如图5 3 4所示 半径为R的光滑半圆轨道ABC与倾角 37 的粗糙斜面轨道DC相切于C 圆轨道的直径AC与斜面垂直 质量为m的小球从A点左上方距A高为h的斜上方P点以某一速度水平抛出 刚好与半圆轨道的A点相切进入半圆轨道内侧 之后经半圆轨道沿斜面刚好滑到与抛出点等高的D处 已知当地的重力加速度为g 取 图5 3 4 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 5所示设竖直方向的速度为vy 则有 图5 3 5 2 A B间竖直高度H R 1 cos 设小球到达B点时的速度为v 则从抛出点到B过程中有 解得FN 5 6mg由牛顿第三定律知 小球在B点对轨道的压力大小是5 6mg 3 小球沿斜面上滑过程中克服摩擦力做的功等于小球做 2 小球摆到最低点时 压力传感器示数为0 则的大小 考点练透 2 2015年天津南开中学模拟 如图5 3 6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 M m 图5 3 6 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 小球摆到最低点时 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 7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 7 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 如图5 3 8所示 在倾角为 30 的光滑固定斜面上 放有两个质量分别为1kg和2kg的可视为质点的小球A和B 两球之间用一根长L 0 2m的轻杆相连 小球B距水平面的高度h 0 1m 两球由静止开始下滑到光滑地面上 不计球与地面碰撞 时的机械能损失 g取10m s2 则下列说法中正确的是 图5 3 8 A 整个下滑过程中A球机械能守恒B 整个下滑过程中B球机械能守恒 解析 在下滑的整个过程中 只有重力对系统做功 系统的机械能守恒 但在B球沿水平面滑行 而A沿斜面滑行时 杆的弹力对A B球做功 所以A B球各自机械能不守恒 故A B错误 根据系统机械能守恒得 mAg h Lsin mBgh 能减小 C错误 答案 D