浙江省2020版高考物理第五章机械能守恒定律第3讲机械能及能量守恒定律课件.pptx_第1页
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,第五章 机械能守恒定律,第3讲 机械能及能量守恒定律,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,课时作业,回扣基础知识 训练基础题目,细研考纲和真题 分析突破命题点,限时训练 练规范 练速度,过好双基关,1.重力做功与路径无关,只与初、末位置的 有关. 2.重力做功与重力势能变化的关系: 重力对物体做正功,重力势能减少;重力对物体做负功,重力势能 ;物体从位置A到位置B时,重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量,即WG . 3.弹力做功与弹性势能的关系: 弹力对物体做正功,弹性势能减少,弹力对物体做负功,弹性势能增加,弹力对物体做的功等于弹性势能的减少量.,高度差,增加,一、重力势能和弹性势能,Ep,自测1 关于重力势能,下列说法中正确的是 A.物体的位置一旦确定,它的重力势能的大小也随之确定 B.物体与零势能面的距离越大,它的重力势能也越大 C.一个物体的重力势能从5 J变化到3 J,重力势能减少了 D.重力势能的减少量等于重力对物体做的功,自测2 (2018浙江11月选考5)奥运会比赛项目撑杆跳高如图1所示,下列说法不正确的是 A.加速助跑过程中,运动员的动能增加 B.起跳上升过程中,杆的弹性势能一直增加 C.起跳上升过程中,运动员的重力势能增加 D.越过横杆后下落过程中,运动员的重力势能减少动能增加,答案,图1,解析 加速助跑过程中运动员的速度增大,动能增加,A对; 起跳上升过程中杆的形变量先变大,再变小,故弹性势能先增加再减少,B错; 起跳上升过程中运动员位置升高,重力势能增加,C对; 越过横杆后下落过程中,运动员所受重力做正功,重力势能减少,动能增加,D对.,1.内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以互相转化,而总的机械能 . 2.表达式:mgh1 mv12 .,保持不变,二、机械能守恒定律,3.条件 (1)系统只受重力或弹簧弹力的作用,不受其他外力. (2)系统除受重力或弹簧弹力作用外,还受其他内力和外力,但这些力对系统 不做功. (3)系统内除重力或弹簧弹力做功外,还有其他内力和外力做功,但这些力做功的代数和 . (4)系统跟外界没有发生机械能的传递,系统内外也没有机械能与其他形式的能发生转化.,为零,自测3 运动会中的投掷链球、铅球、铁饼和标枪等体育比赛项目都是把物体斜向上抛出的运动,如图2所示,若不计空气阻力,这些物体从被抛出到落地的过程中 A.物体的机械能先减小后增大 B.物体的机械能先增大后减小 C.物体的动能先增大后减小,重力势能先减小后增大 D.物体的动能先减小后增大,重力势能先增大后减小,图2,返回,研透命题点,1.利用机械能的定义判断: 若物体在水平面上匀速运动,则其动能、势能均不变,机械能不变.若一个物体沿斜面匀速下滑,则其动能不变,重力势能减少,机械能减少. 2.做功判断法:若物体系统内只有重力和弹簧弹力做功,其他力均不做功或其他力做功的代数和为零,则系统的机械能守恒. 3.能量转化判断法:若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,机械能也没有转变成其他形式的能(如没有内能增加),则系统的机械能守恒.,命题点一 机械能守恒的理解和判断,例1 (2017浙江4月选考12)火箭发射回收是航天技术的一大进步.如图3所示,火箭在返回地面前的某段运动,可看成先匀速后减速的直线运动,最后撞落在地面上,不计火箭质量的变化,则 A.火箭在匀速下降过程中,机械能守恒 B.火箭在减速下降过程中,携带的检测仪器处于失重状态 C.火箭在减速下降过程中合力做功等于火箭机械能的变化 D.火箭着地时,火箭对地的作用力大于自身的重力,图3,答案,解析 匀速下降阶段,说明阻力等于重力,不止重力做功,所以机械能不守恒,选项A错误; 在减速阶段,加速度向上,所以超重,选项B错误; 火箭着地时,地面给火箭的力大于火箭的重力,由牛顿第三定律知,火箭对地的作用力大于自身的重力,选项D正确; 合外力做功等于动能的改变量,选项C错误.,变式1 如图4所示,将一个内外侧均光滑的半圆形槽置于光滑的水平面上,槽的左侧有一竖直墙壁.现让一小球自左端槽口A点的正上方由静止开始下落,小球从A点与半圆形槽相切进入槽内,则下列说法正确的是 A.小球在半圆形槽内运动的全过程中,只有重力对它做功 B.小球从A点向半圆形槽的最低点运动的过程中,小球处于 失重状态 C.小球从A点经最低点向右侧最高点运动的过程中,小球与 槽组成的系统机械能守恒 D.小球从下落到从右侧离开槽的过程中机械能守恒,答案,图4,解析 小球从A点向半圆形槽的最低点运动的过程中,半圆形槽有向左运动的趋势,但实际上没有动,整个系统中只有重力做功,所以小球与槽组成的系统机械能守恒;小球过了半圆形槽的最低点以后,半圆形槽向右运动,系统没有其他形式的能量产生,满足机械能守恒的条件,所以系统的机械能守恒;小球从开始下落至到达槽最低点前,小球先失重,后超重;当小球从最低点向右上方运动时,半圆形槽也向右移动,半圆形槽对小球做负功,小球的机械能不守恒,故选项A、B、D错误,选项C正确.,变式2 如图5所示,用一轻绳系一小球悬于O点.现将小球拉至水平位置,然后释放,不计阻力,小球下落到最低点的过程中,下列表述正确的是 A.小球的机械能守恒 B.小球所受的合力不变 C.小球的动能不断减小 D.小球的重力势能增加,图5,答案,解析 小球在下落的过程中,受到重力和绳的拉力的作用,绳的拉力与小球的运动方向垂直,对小球不做功,只有重力做功,故在整个过程中小球的机械能守恒,选项A正确; 由于小球的速度变大,动能增加,所需的向心力变大,故小球所受合力发生变化,选项B、C错误; 小球的高度下降,重力势能减小,选项D错误.,变式3 如图6所示,小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上,在弹簧压缩到最短的整个过程中,不计空气阻力,下列关于能量的叙述中正确的是 A.重力势能和动能之和总保持不变 B.重力势能和弹性势能之和总保持不变 C.动能和弹性势能之和保持不变 D.重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变,答案,解析 在弹簧压缩到最短的整个过程中,小球受到了重力和弹簧的弹力,且只有这两个力在做功,系统满足机械能守恒的条件,故重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变,选项D正确,选项A、B、C错误.,图6,变式4 如图7所示,一小球从光滑圆弧轨道顶端由静止开始下滑,进入光滑水平面又压缩弹簧.在此过程中,小球重力势能和动能的最大值分别为Ep和Ek,弹簧弹性势能的最大值为Ep(以水平面为零势能面),则它们之间的关系为 A.EpEkEp B.EpEkEp C.EpEkEp D.EpEkEp,图7,变式5 (多选)在高度为H的桌面上以速度v水平抛出质量为m的物体,当物体落到距地面高度为h的A点处,如图8所示,不计空气阻力,以地面为参考平面,下列说法中,正确的是,答案,图8,命题点二 机械能守恒的应用,1.机械能守恒定律的表达式,2.选用技巧:在处理单个物体机械能守恒问题时通常应用守恒观点和转化观点,转化观点不用选取零势能面.,(1)求小球在B、A两点的动能之比;,答案,图9,答案 51,由式得EkBEkA51 ,(2)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点.,答案,答案 能 理由见解析,解析 若小球能沿轨道运动到C点, 小球在C点所受轨道的正压力FN应满足FN0 ,由式可知,vCvC,即小球恰好可以沿轨道运动到C点.,变式6 如图10所示,半径为R的光滑圆周轨道AB固定在竖直平面内,O为圆心,OA与水平方向的夹角为30,OB在竖直方向.一个可视为质点的小球从O点正上方某处以某一水平初速度向右抛出,小球恰好能无碰撞地从A点进入圆轨道内侧,此后沿圆轨道运动到达B点.已知重力加速度为g,求: (1)小球初速度的大小;,答案,图10,解析 设小球的初速度为v0,飞行时间为t, 则在水平方向有Rcos 30v0t,(2)小球运动到B点时对圆轨道压力的大小.,答案,解析 抛出点距轨道最低点的高度hRRsin 30h1 设小球运动到最低点B时速度为v,对圆轨道的压力为F,,答案 6mg,由牛顿第三定律有:FNF,联立解得F6mg.,变式7 (2019届东阳中学月考)如图11所示,把质量为0.5 kg的石块从离地面10 m高处以30角斜向上方抛出,初速度为v08 m/s.不计空气阻力,以地面为零势能参考平面,g取10 m/s2.求: (1)石块抛出时的动能;,答案,图11,答案 16 J,(2)石块落地时的机械能;,答案,答案 66 J,解析 根据机械能守恒定律知,石块落地时的机械能等于抛出时的机械能,为:,(3)石块的动能恰好等于重力势能时,石块离地的高度.,答案,答案 6.6 m,解得:H6.6 m.,拓展点 含弹簧类机械能守恒问题 1.由于弹簧的形变会具有弹性势能,系统的总动能将发生变化,若系统所受的外力和除弹簧弹力以外的内力不做功,系统机械能守恒. 2.在相互作用过程特征方面,弹簧两端物体把弹簧拉伸至最长(或压缩至最短)时,两端的物体具有相同的速度,弹性势能最大. 3.如果系统内每个物体除弹簧弹力外所受合力为零,当弹簧为自然长度时,系统内弹簧某一端的物体具有最大速度(如绷紧的弹簧由静止释放).,例3 如图12所示,在某竖直平面内,光滑曲面AB与水平面BC平滑连接于B点,BC右端连接内壁光滑、半径r0.2 m的四分之一细圆管CD(圆管内径可忽略),管口D端正下方直立一根劲度系数为k100 N/m的轻弹簧,弹簧一端固定,另一端恰好与管口D端平齐.一个质量为1 kg的小球(可视为质点)放在曲面AB上,现从距BC的高度h处静止释放小球,小球进入管口C端时,它对上管壁有FN2.5mg的作用力,通过CD后,在压缩弹簧过程中小球速度最大时弹簧的弹性势能为Ep0.5 J.取重力加速度g10 m/s2.求:,图12,(1)小球到达C点时的速度大小;,答案,解析 小球在C点时,由牛顿第三定律知,上管壁对小球的作用力大小为FNFN2.5mg. 由牛顿第二定律有:,(2)在压缩弹簧过程中小球的最大动能Ekm.,返回,答案,解析 在压缩弹簧过程中小球速度最大时, 小球所受合力为零.设此时小球与D端的距离为x0, 则有:kx0mg 小球从C点到速度最大的过程中,对小球和弹簧组成的系统, 由机械能守恒定律有:mg(rx0) mvC2EkmEp,解得:Ekm6 J.,答案 6 J,课时作业,1.蹦极是一项非常刺激的户外休闲活动.北京青龙峡蹦极跳塔高度为68米,身系弹性蹦极绳的蹦极运动员从高台跳下,下落高度大约为50米.假设空气阻力可忽略,运动员可视为质点.下列说法正确的是 A.运动员到达最低点前加速度先不变后增大 B.蹦极过程中,运动员的机械能守恒 C.蹦极绳张紧后的下落过程中,动能一直减小 D.蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力一直增大,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,解析 蹦极绳张紧前,运动员只受重力,加速度不变,蹦极绳张紧后,运动员受重力、弹力,开始时重力大于弹力,加速度向下,后来重力小于弹力,加速度向上,则蹦极绳张紧后,运动员加速度先减小为零再反向增大,故A错误. 蹦极过程中,运动员和蹦极绳的机械能守恒,故B错误. 蹦极绳张紧后的下落过程中,运动员加速度先减小为零再反向增大,运动员速度先增大再减小,运动员动能先增大再减小,故C错误. 蹦极绳张紧后的下落过程中,蹦极绳的伸长量一直增大,弹力一直增大,故D正确.,2.(多选)如图1所示,斜面体置于光滑水平地面上,其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑,在物体下滑过程中,下列说法正确的是 A.物体的重力势能减少,动能增加 B.斜面体的机械能不变 C.斜面体对物体的弹力垂直于接触面,不对物体做功 D.物体和斜面体组成的系统机械能守恒,解析 物体下滑过程中重力势能减少,动能增加,A正确; 地面光滑,斜面体会向右运动,动能增加,机械能增加,B错误; 斜面体对物体的弹力垂直于接触面,与物体的位移并不垂直,弹力对物体做负功,C错误; 物体与斜面体组成的系统,只有重力做功,系统的机械能守恒,D正确.,答案,图1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,3.如图2所示,将一质量为m的小球从A点以初速度v斜向上抛出,小球先后经过B、C两点.已知B、C之间的竖直高度和C、A之间的竖直高度都为h,重力加速度为g,取A点所在的平面为参考平面,不考虑空气阻力,则 A.小球在B点的机械能是C点机械能的两倍 B.小球在B点的动能是C点动能的两倍 C.小球在B点的动能为 mv22mgh D.小球在C点的动能为 mv2mgh,图2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,4.如图3所示,“蹦蹦跳”杆中的弹簧向上弹起,从图中1到2弹簧恢复原长的过程中,关于小孩的重力势能和弹簧的弹性势能的变化,下列说法正确的是 A.重力势能减小,弹性势能增加 B.重力势能减小,弹性势能减小 C.重力势能增加,弹性势能减小 D.重力势能增加,弹性势能增加,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,图3,解析 题图中1到2弹簧恢复原长的过程中,小孩相对地面的高度上升,重力对小孩做负功,则小孩的重力势能增加,同时,弹簧弹力对小孩做正功,弹簧的弹性势能减小,故A、B、D错误,C正确.,5.如图4所示,轻质弹簧下悬挂一个小球,手掌托小球使之缓慢上移,弹簧恢复原长时迅速撤去手掌使小球开始下落.不计空气阻力,取弹簧处于原长时的弹性势能为零.撤去手掌后,下列说法正确的是 A.刚撤去手掌瞬间,弹簧弹力等于小球重力 B.小球速度最大时,弹簧的弹性势能为零 C.弹簧的弹性势能最大时,小球速度为零 D.小球运动到最高点时,弹簧的弹性势能最大,图4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,6.如图5所示,在水平桌面上的A点有一个质量为m的物体,以初速度v0被抛出,不计空气阻力,当它到达B点时,其动能为,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,图5,答案,7.跳水比赛中,看似不起眼的跳板却是高科技产品,不仅要够结实,够弹性,而且还要软硬度适中.如图6所示,运动员在跳板上会有一个起跳动作,若研究从运动员下落接触跳板到下落到最低点这一过程,下列说法正确的是 A.运动员的动能不断增大 B.运动员的机械能先增大后减小 C.运动员的重力势能先减小后增大 D.跳板的弹性势能不断增大,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,图6,答案,解析 运动员从下落接触跳板到下落到最低点的过程中,运动员的动能先增大后减小,重力势能一直减小,由于跳板的弹力对运动员做负功,运动员的机械能一直减小,跳板的弹性势能不断增大.,8.(2019届嘉兴市质检)如图7所示,“Verruckt”是世界上最高、最长的滑水道.游客乘坐皮艇从a点由静止沿滑水道滑下,滑到最低点b后冲上弧形轨道(c为最高点),最后到达终点.在营运前的安全测试中,测试假人有被抛出滑道的现象.下列分析正确的是 A.假人经过c点时处于超重状态 B.假人在弧形轨道上做匀速圆周运动 C.假人被抛出的位置一定是c点 D.出发点a点一定比c点高,图7,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,9.如图8是娱乐场所中的一种滑梯,滑梯在最底端是处于水平切线方向,质量为M、可看成质点的一名滑梯爱好者从高为h的滑梯顶端由静止下滑,忽略所有摩擦及阻力,则下列关于滑梯爱好者在下滑过程中的说法正确的是 A.机械能不守恒 B.滑梯爱好者滑到底层末端时的速度大小为v C.滑梯爱好者滑到底层末端时对滑梯的压力为Mg D.滑梯爱好者到达底层末端时处于失重状态,答案,图8,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,解析 由于忽略所有摩擦及阻力,在运动过程中,只有重力做功,机械能守恒,A错误;,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,由于到达底端时是圆弧,合力用来提供做圆周运动的向心力,因此支持力大于重力,C错误; 由于合力向上,因此滑梯爱好者到达底层末端时处于超重状态,D错误.,10.(2019届温州市模拟)如图9所示是“抓娃娃机”的照片,使用者可凭自己的技术操控机械爪抓住透明箱内的玩具,提升至一定高度后 水平移动到出口就可取得玩具.不计空气阻力,关于这一操 作过程,下列说法正确的是 A.机械爪抓到玩具匀速上升时,玩具的机械能守恒 B.玩具从机械爪中掉下,玩具的动能增加,机械能增加 C.机械爪抓住玩具水平匀速移动时,机械爪对玩具不做功 D.机械爪抓到玩具匀速上升时,机械爪做的功等于零,图9,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,解析 机械爪抓到玩具匀速上升时,玩具的动能不变,重力势能增加,两者之和即机械能增加,故A错误; 玩具从机械爪中掉下,只有重力做功,机械能守恒,故B错误; 机械爪抓到玩具水平匀速移动时,由平衡条件知机械爪对玩具的作用力竖直向上,与位移方向垂直,对玩具不做功,故C正确; 机械爪抓到玩具匀速上升时,机械爪对玩具的作用力方向竖直向上,与位移方向相同,对玩具做正功,故D错误.,11.取水平地面为重力势能零面.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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,答案,答案,12.物体做自由落体运动,Ek代表动能,Ep代表势能,h代表下落的距离,以水平地面为零势能面(不计一切阻力),下列图象能正确反映各物理量之间关系的是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,解析 由机械能守恒定律得EpEEk,可知势能与动能关系的图象为倾斜的直线,C错; 由动能定理得Ekmgh,则EpEmgh,故势能与h关系的图象也为倾斜的直线,D错;,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,13.如图10所示,在轻弹簧的下端悬挂一个质量为m的小球A,若将小球A从弹簧原长位置由静止释放,小球A能够下降的最大高度为h.若将小球A换为质量为2m的小球B,仍从弹簧原长位置由静止释放,已知重力加速度为 g,不计空气阻力,则小球B下降h时的速度为,图10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,答案,14.(2018浙江4月选考13)如图11所示,一根绳的两端分别固定在两座猴山上的A、B处,A、B两点水平距离为16 m,竖直距离为2 m,A、B间绳长为20 m.质量为10 kg的猴子抓住套在绳上的滑环从A处滑到B处.以A点所在水平面为参考平面,猴子在滑行过程中重力势能最小值约为(绳处于拉直状态) A.1.2103 J B.7.5102 J C.6.0102 J D.2.0102 J,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,图11,解析 重力势能最小的点为最低点,结合“同绳同力”可知,在最低点时,两侧绳子与水平方向夹角相同,记为,设右边绳子长为a,则左边绳长为20a. 由几何关系得:20cos 16;asin (20a)sin 2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,答案,15.一质量为8.00104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面.飞船在离地面高度1.60105 m处以7.5103 m/s的速度进入大气层,逐渐减慢至速度

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