沪科版高考物理一轮复习：必修2第5章第3节《机械能守恒定律、功能关系》ppt精编课件.ppt

第3节机械能守恒定律功能关系 一 重力势能1 定义 物体的重力势能等于它所受 与 的乘积 2 公式 Ep 重力 所处高度 mgh 3 矢标性 重力势能是 但有正 负 其意义是表示物体的重力势能比它在 上大还是小 这与功的正 负的物理意义不同 标量 参考平面 4 特点 1 系统性 重力势能是 和 共有的 2 相对性 重力势能的大小与 的选取有关 重力势能的变化是 的 与参考平面的选取 物体 地球 参考平面 绝对 无关 5 重力做功与重力势能变化的关系重力做正功时 重力势能 重力做负功时 重力势能 重力做多少正 负 功 重力势能就 多少 即WG 减小 增加 减小 增加 Ep 二 弹性势能1 定义 物体由于发生 而具有的能 2 大小 弹性势能的大小与 及 有关 弹簧的形变量越大 劲度系数 则弹簧的弹性势能 弹性形变 形变量 劲度系数 越大 越大 3 弹力做功与弹性势能变化的关系弹力做正功 弹性势能 弹力做负功 弹性势能 即弹簧恢复原长过程中弹力做 弹性势能 形变量变大的过程中弹力做 弹性势能 减小 增加 正功 减小 减小 增加 思考感悟1 弹力做功与弹性势能变化的关系跟重力做功与重力势能变化的关系 有哪些相似的地方 提示 1 做正功势能减小 做负功势能增加 2 与实际过程无关 只与初末状态有关 三 机械能守恒定律1 内容 在只有 或 做功的情况下 物体系统内的 和 相互转化 机械能的总量 2 条件 重力 弹力 动能 势能 保持不变 只有重力或弹力做功 3 守恒表达式 思考感悟2 物体所受合外力为零或合外力做功为零能看成机械能守恒的条件吗 提示 1 机械能守恒的条件不是合力做功等于零 更不是合力等于零 而是看是否只有重力或弹力做功 2 合力为零说明物体静止或做匀速直线运动 合力做的功为零说明物体的动能增量为零 四 功能关系1 内容 1 功是 的量度 即做了多少功就有多少能量发生了转化 2 做功的过程一定伴随着 而且能量的转化必须通过做功来实现 能量转化 能量的转化 2 功与对应能量的变化关系 五 能量守恒定律1 内容 能量既不会消灭 也不会创生 它只会从一种形式 为其他形式 或者从一个物体 到另一个物体 而在转化和转移的过程中 能量的总量 2 表达式 E减 转化 转移 保持不变 E增 一 机械能守恒条件的理解及守恒判断方法1 对机械能守恒条件的理解机械能守恒的条件是 只有重力或弹力做功 可以从以下两个方面理解 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 只有重力或弹簧弹力做功 例如物体沿光滑的曲面下滑 受重力 曲面的支持力的作用 但曲面的支持力不做功 物体的机械能守恒 2 判断机械能是否守恒的几种方法 1 利用机械能的定义判断 直接判断 若物体在水平面上匀速运动 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 其动能不变 重力势能减少 其机械能减少 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 其机械能守恒 3 用能量转化来判断 若物体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 4 对一些绳子突然绷紧 物体间非弹性碰撞等 除非题目特别说明 否则机械能必不守恒 即时应用1 下列四幅图表示不同的物理情景 其中机械能守恒的是 图5 3 1 图甲 把物体斜向上抛出到落至海平面 不计空气阻力图乙 物体从静止开始以8m s2的加速度竖直下落的过程图丙 斜面体放在光滑的水平面上 滑块冲上光滑斜面顶端 图丁 用轻质杆连接质量不等的两个小球 当杆绕光滑轴O从水平位置转到竖直位置A 甲中的物体B 乙中的物体C 丙中滑块D 丁中的两个小球组成的系统 解析 选AD 图甲中只有重力做功 机械能守恒 图乙中下落加速度为8m s2说明有阻力做负功 故机械能不守恒 图丙中因水平面光滑 滑块向上冲时 对斜面做功 故机械能不守恒 图丁中M m组成的系统只有重力做功 机械能守恒 故A D正确 二 机械能守恒定律的表达式及应用1 三种守恒表达式的比较 2 应用机械能守恒的方法步骤 2 根据受力分析和各力做功情况分析 确定是否符合机械能守恒条件 3 确定初末状态的机械能或运动过程中物体机械能的转化情况 4 选择合适的表达式列出方程 进行求解 5 对计算结果进行必要的讨论和说明 特别提醒 机械能守恒定律是一种 动能 势能转化 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 即时应用2 如图5 3 2所示 U型管内装有同种液体 右管管口用盖板A密闭 两液面的高度差为h U型管中液体总长度为4h U型管中横截面处处相同 先拿去盖板A 液体开始流动 不计一切摩擦 当两液面高度相平时 右侧液体下降的速度为 图5 3 2 三 摩擦力做功特点及几种常见的功能关系1 摩擦力做功的特点 2 几种常见的功能关系表达式 1 合外力做功等于物体动能的改变 即W合 Ek2 Ek1 Ek 2 重力做功等于物体重力势能的改变 即WG Ep1 Ep2 Ep 3 弹簧弹力做功等于弹性势能的改变 即W弹 Ep1 Ep2 Ep 4 除了重力和弹簧弹力之外的其他力所做的总功 等于物体机械能的改变 即W其他 E2 E1 E 5 电场力做功等于电势能的改变 即W电 Ep1 Ep2 Ep 即时应用3 2018 高考山东理综卷 如图5 3 3所示 倾角 30 的粗糙斜面固定在地面上 长为l 质量为m 粗细均匀 质量分布均匀的软绳置于斜面上 其上端与斜面顶端齐平 用细线将物块与软绳连接 物块由静止释放后向下运动 直到软绳刚好全部离开斜面 此时物块未到达地面 在此过程中 图5 3 3 物块和软绳重力势能的减少等于物块和软绳增加的动能和软绳克服摩擦力所做的功 C项错误 对于软绳 由能的转化和守恒知 绳子拉力对软绳所做的功和软绳重力势能的减少之和等于软绳动能的增加与克服摩擦力所做功之和 D项正确 2018 皖南八校联考 素有 陆地冲浪 之称的滑板运动已深受广大青少年喜爱 如图5 3 4是由足够长的斜直轨道 半径R1 2m的凹形圆弧轨道和半径R2 3 6m的凸形圆弧轨道三部分组成的模拟滑板组合轨道 这三部分轨道依次平滑连接 且处于同一竖直平面内 其中M点为凹形圆弧轨道的最低点 N点为凸形圆弧轨道的最高点 凸形圆弧轨道的圆心O与M点在同一水平面上 一可视为质点的 质量为m 1kg的滑板从斜直轨道上的P点无初速滑下 经M点滑向N点 P点距水平面的高度h 3 2m 不计一切阻力 g取10m s2 图5 3 4 求 1 滑板滑至M点时的速度多大 2 滑板滑至M点时 轨道对滑板的支持力多大 3 若滑板滑至N点时对轨道恰好无压力 则滑板的下滑点P距水平面的高度多大 思路点拨 答案 1 8m s 2 42N 3 5 4m 方法指引 机械能守恒定律一般结合圆周运动或平抛运动知识进行综合考查 解题时应分清物体的运动过程 弄清各过程中遵循的物理规律 变式训练1如图5 3 5所示 ABDO是处于竖直平面内的光滑轨道 AB是半径为R 15m的1 4圆周轨道 半径OA处于水平位置 BDO是直径为15m的半圆轨道 D为BDO轨道的中央 图5 3 5 求 的大小等于多少 2 试讨论此球能否到达BDO轨道的O点 并说明理由 解析 1 小球从H高处落下 进入轨道 沿BDO轨道做圆周运动 小球受重力和轨道的支持力 答案 1 10m 2 见解析 如图5 3 6所示 质量为m1的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2的物体B相连 弹簧的劲度系数为k A B都处于静止状态 一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮 一端连物体A 另一端连一轻挂钩 开始时各段绳都处于伸直状态 A上方的一段绳沿竖直方向 现在挂钩上挂一质量为m3的物体C并从静止状态释放 已知它恰好能使B离开地面但不继续上升 图5 3 6 若将C换成另一个质量为 m1 m3 的物体D 仍从上述初始位置由静止状态释放 则这次B刚离开时D的速度大小是多少 已知重力加速度为g 思路点拨 解此题关键有三点 1 系统机械能是否守恒 2 分析运动过程把握弹簧弹性势能 3 正确选取机械能守恒的表达式 解析 开始时 A B静止 设弹簧压缩量为x1 有kx1 m1g 挂C并释放后 C向下运动 A向上运动 设B刚要离地时弹簧伸长量为x2 有kx2 m2g B不再上升 表示此时A和C的速度为零 C已降到其最低点 A与C 含弹簧 的机械能守恒 与初始状态相比 弹簧弹性势能的增加量等于减少的重力势能 为 E m3g x1 x2 m1g x1 x2 方法指引 1 由于多物体组成的系统中各物体的运动过程比较复杂 故从能量转化的角度研究问题比较方便 但要弄清各过程中各物体间的能量转化情况 列方程时 切记不要遗漏某个物体的动能或势能 2 解决此类问题的另一关键是弄清物体之间的速度关系 如用轻绳 轻杆连接的物体 沿绳或杆方向上的速度相等 变式训练2光滑的长轨道形状如图5 3 7所示 底部为半圆形 半径为R 固定在竖直平面内 A B两质量相同的小环用长为R的轻杆连接在一起 套在轨道上 将A B两环从图示位置由静止释放 A环与底部的距离为2R 不考虑轻杆和轨道的接触 即忽略系统机械能的损失 图5 3 7 求 1 A B两环都未进入半圆形轨道时 杆上的作用力情况 2 A环到达最低点时 两环速度的大小 解析 1 由于A B环 轻杆整体做自由落体运动 加速度为g 以A环为研究对象 A环做自由落体运动 则杆对A环一定没有作用力 同理 杆对B环也没有作用力 2 A B环都进入半圆形轨道后 两环具有相同的角速度 则两环的线速度大小一定相等 以杆为弦的圆弧所对圆心角为60 满分样板10分 如图5 3 8所示 A B C质量分别为mA 0 7kg mB 0 2kg mC 0 1kg B为套在细绳上的圆环 A与水平桌面的动摩擦因数 0 2 另一圆环D固定在桌边 离地面高h2 0 3m 当B C从静止下降h1 0 3m C穿环而过 B被D挡住 不计绳子质量和滑轮的摩擦 取g 10m s2 若开始时A离桌边足够远 图5 3 8 试求 1 物体C穿环瞬间的速度 结果可用根号表示 2 物体C能否到达地面 如果能到达地面 其