2013届高三物理一轮复习课件(粤教版)：第5章第3节机械能守恒定律.ppt

第3节 机械能守恒定律 【例1】均匀铁链全长为L，其中5/8平放在光滑水平桌 面上其余3/8悬垂于桌边，如图531 所示，如果由图 示位置无初速释放铁链，则铁链释放前吊在桌边和平 放在桌面上重力势能分别是多少？刚挂直时重力势能 又是多少？ 重力做功与重力势能的变化 图531 【点评】 重力做功只与初、末位置的高度差有关，与 路径及参考面的选择无关，重力做功是过程量；重力 势能与参考面的选取有关，同一位置的物体，选择不 同的参考平面会有不同的重力势能值，重力势能是状 态量重力做功过程是重力势能的改变过程，重力做 正功，重力势能减少，重力做负功，重力势能增加， 且重力做了多少功，重力势能就减少多少，即WG=Ep1 Ep2；重力势能减少量Ep=Ep1Ep2是绝对的，与参考平 面的选择无关 【例2】(双选)如图532 所示，斜面置于光滑水平地面 上，其光滑斜面上有一物体由静止开始沿斜面下滑， 物体在下滑过程中下列说法正确的是( ) A物体的重力势能减少，动能增加 B斜面的机械能不变 C斜面对物体的作用力垂直于接触面，不对物体做 功 D物体和斜面组成的系统机械能守恒 机械能守恒定律的理解 图532 【解析】 物体下滑过程中，由于物体与斜面相互间有 垂直于斜面的作用力，使斜面加速运动，斜面的动能 增加；物体克服其相互作用力做功，物体的机械能减 少，但动能增加；重力势能减少，斜面的机械能增加 ，故A对，B错 物体沿斜面下滑时既沿斜面向下运动，又随斜面 向右运动，其合速度方向与斜面方向不垂直，弹力方 向垂直于斜面但与速度方向之间的夹角大于90，所以 斜面对物体的作用力做负功，则C错；对斜面和物体 组成的系统只有重力在做功，故系统机械能守恒则 D正确 【答案】 AD 【点评】 判断机械能守恒时，对单个物体就看是否有 重力做功，并非只受重力，而是虽受其他力，但其他 力不做功或做功代数和为零，机械能也守恒对由两 个或两个以上的物体组成的系统，在判断其机械能是 否守恒时，就看是否只有重力或系统内弹力做功，若 有其他外力或内力做功(如内部有摩擦等)，则系统机 械能不守恒 1不能把重力势能和重力做功联系起来，甚至 认为是一样的，不知一个是状态量，一个是过程量 2对重力势能的计算不选择零势面导致错误 3重力势能的正负理解不清楚，计算重力势能 时高度算错 4没有理解机械能守恒定律的条件 【例3】如图533 所示，物体A、B通过光滑的轻滑轮相 连，B物体放在光滑的水平桌面上，B物体质量是A物 体质量的一半，先按住B使整个装置静止，放手时，A 离地面的高度为H，问：当A离地面的高度h为多少时 ，它的动能和势能相等(设B尚未离开桌面，以地面 为参考平面) 图533 【错解原因】 以A、B和绳整体为研究对象，系统 只有重力做功，因而机械能守恒部分学生在列 式时，漏掉A或B的动能，导致失误 【纠错心得】 机械能守恒定律有三种表达式， (1)E1=E2，系统原来的机械能等于系统后来的机械能 ；(2)Ek=Ep，系统变化的动能大小等于系统变化的 势能大小；(3)EA=EB，系统内A物体增加的机械能 等于B物体减少的机械能第一种表达式是从“守恒” 的角度反映机械能守恒，解题时必须选取零势面，而 后两种表达式都是从“转化”的角度来反映机械能守恒 ，不必选取零势面因此，当零势面难以选取时，应 选后两种表达式列方程 【例4】如图534 所示，光滑轨道AB部分平直，BC部 分是处于竖直平面内半径为R的半圆，圆管截面半径 rR.有一质量为m、半径比r略小的光滑小球以水平初 速度v0射入圆管，问： (1)要小球能从C端出来，初速度v0需多大？ (2)在小球从C端出来的瞬间，对管壁压力有哪几种典 型情况，初速度v0各应满足什么条件？ (3)要让小球在C处时能对下管壁有 压力，初速度v0应满足什么条件？ 题型一 机械能守恒定律的应用 图534 【思维拓展】只有弄清物体的运动过程，分析其受力 特点及运动情况，发现运动所遵循的物理规律，才能 确定实施求解的物理公式或规律，进而列式求解一 般来说：涉及竖直平面内做圆周运动物体的机械能守 恒问题时，常需同时列出机械能守恒方程和牛顿第三 定律方程，才能解决问题 跟踪训练1 如图535 所示，B的质量为2m、半径为R的 光滑木块，放在光滑水平桌面上A是质量为m的细长 杆，光滑套管D被固定在竖直方向，A可以自由上下运 动，物块C的质量为m，紧靠木块B放置初始时，A 杆被握住，使其下端正好与木块的半球面上边缘接触 然后从静止开始释放A，A、B、C便开始运动求 ： (1)长直杆的下端运动到木块的最 低点时，长直杆竖直方向的速度 和B、C水平方向的速度； (2)运动过程中，长直杆的下端能 上升到的最大高度距离木块底部 的高度 图535 【解析】 杆只能沿竖直方向运动，杆下降过程， 其重力势能转化为A、B和C的动能，杆下降到最低 位置时速度为零，而B和C达到了最大速度、此后B 、C分离，B减速，C匀速，B的动能又转化为杆的 重力势能 【例5】如图536 所示，一很长的、不可伸长的柔软轻 绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和b.a球质量 为m，静置于地面；b球质量为3m，用手托住，高度为 h，此时轻绳刚好拉紧从静止开始释放b后，a可能 达到的最大高度为( ) Ah B1.5h C2h D2.5h 题型二 机械能守恒定律与连接体的关系 图536 【切入点】此题分两个过程：第一个过程为b落地前 ，此过程中对a、b单个物体机械能并不守恒，但对a 、b组成的系统机械能守恒；第二个过程为b落地后a 竖直上升的过程，a(包括地球)的机械能守恒 【答案】 B 【思维拓展】(1)当系统内有两个或两个以上的物体时 ，由于确定两物体在两个状态下的重力势能大小比较 麻烦，而利用表达式Ek= Ep列式可以不用确定重力 势能参考面，故用此表达式列式更简便；(2)对于由绳 或杆相连接的物体系，要注意两物体的速度是否相等 跟踪训练2 如图537 所示，一根长为1m，可绕O轴在 竖直平面内无摩擦转动的细杆AB，已知OA=0.6m， OB=0.4m，质量相等的两个球分别固定在杆的A、B端 ，由水平位置自由释放，求轻杆转到竖直位置时两球 的速度？(g取10m/s2) 图537 1.(单选)游乐场中的一种滑梯如图538 所示小朋友从 轨道顶端由静止开始下滑，沿水平轨道滑动了一段距 离后停下来，则( ) A下滑过程中支持力对小朋友做功 B下滑过程中小朋友的重力势能增加 C整个运动过程中小朋友的机械能守恒 D在水平面滑动过程中摩擦力对小朋友做负功 D 图538 【解析】 在滑动的过程中，人受三个力，重力做正功 ，重力势能减少，B错；支持力不做功，摩擦力做负 功，所以机械能不守恒，A、C皆错，D正确 Am=M Bm=2M C木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的 加速度 D在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少 的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能 答案：BC 图539 3.(2010江苏卷)在游乐节目中，选手需要借助悬挂在 高处的绳飞越到水面的浮台上，小明和小阳观看后对 此进行了讨论如图5310 所示，他们将选手简化为质 量m=60kg的质点，选手抓住绳由静止开始摆动，此时 绳与竖直方向夹角=53，绳的悬挂点O距水面的高度 为H=3m.不考虑空气阻力和绳的质量，浮台露出水面 的高度不计，水足够深取重力加速度g=10m/s2， sin53=0.8，cos53=0.6. (1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F； (2)若绳长l=2m，选手摆到最高点时松手落入水中设 水对选手的平均浮力f1=800N，平均阻力f2=700N，求 选手落入水中的深度d； (3)若选手摆到最低点时松手，小明认为绳越长，在浮 台上的落点距岸边越远；小阳认为绳越短，落点距岸 边越远，请通过推算说明你的观点 图5310 4.(单选)(2010惠州调研)物体只在重力和一个不为零的 向上的拉力作用下，分别做了匀速上升、加速上升和 减速上升三种运动在这三种情况下物体机械能的变 化情况是( ) A匀速上升机械能不变，加速上升机械能增加，减 速上升机械能减小 B匀速上升和加速上升机械能增加，减速上升机械 能减小 C由于该拉力与重力大小的关系不明确，所以不能 确定物体机械能的变化情况 D三种情况中，物体的机械能均增加 答案：D 【解析】 三种情况中除了重力外，还有拉力做了正功 ，所以三种情况机械能都不守恒，都增加了 5.(2010江苏模拟)如图5311 所示，一玩滚轴溜冰的小 孩(可视作质点)质量为m=30kg，他在左侧平台上滑行 一段距离后平抛，恰能无碰撞地沿圆弧切线从A点进 入光滑竖直圆弧轨道，并沿轨道下滑，A、B为圆弧两 端点，其连线水平已