高中物理节机械能守恒定律及其应用新人教版必修PPT课件.pptx

一 机械能 1 概念 动能 重力势能和弹性势能统称机械能 2 表达式 3 机械能是标量 具有相对性 先选取参考平面和参考系才能确定机械能 一般选地面 1 物体质量m 2kg在距地面20m高处 以10m s的水平速度飞行 求它的总机械能为多少 解 取地面作为参考平面在20m高处的势能 抛出时的动能 总机械能 2 一 动能和势能的相互转化 动能和重力势能可以相互转化 3 一 动能和势能的相互转化 动能和弹性势能可以相互转化 4 一 动能和势能的相互转化 动能和弹性势能 重力势能的相互转化 5 如图所示 一个质量为m的物体自由下落 经过高度为h1的A点时速度为v1 下落到高度为h2的B点时速度为v2 不计空气阻力 分析物体由A下落到B的过程中机械能的变化 6 二 机械能守恒定律 在只有重力做功和弹力做功的物体系统内 物体只发生动能与势能的相互转化 而总的机械能保持不变 7 三 机械能守恒定律的条件 只有重力或弹力做功 1 只受重力 弹力 不受其他力 G v0 G 8 2 除受重力 弹力 以外还受其他力 但其他力不做功 9 例题 在下面各个实例中 除 1 外都不计空气阻力 判断哪些机械能是守恒的 并说明理由 伞兵带着张开的降落伞在空气中匀速下落 抛出的手榴弹做抛物线运动 物体沿着光滑的曲面滑下 拉着物体沿着光滑的斜面匀速上升 不守恒 守恒 守恒 不守恒 10 1 在下列的物理过程中 机械能守恒的有 A 把一个物体竖直向上匀速提升的过程B 人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程C 汽车关闭油门后沿水平公路向前滑行的过程D 从高处竖直下落的物体落在竖立的轻弹簧上 压缩弹簧的过程 对弹簧 物体和地球这一系统 11 例题 把一个小球用细绳悬挂起来 就成为一个摆 摆长为L 最大偏角为 小球运动到最底位置时的速度是多大 G F 解 拉力F不做功 只有重力G做功 小球机械能守恒 以最低点为参考平面 则 12 1 明确研究对象 是由哪些物体组成的系统 并正确分析系统内每个物体的受力情况 应用机械能守恒定律解题的一般步骤 2 判断各力做功情况 判断是否符合机械能守恒的适用条件 3 选取零势能面 找出系统各物体初态 末态的动能和势能 4 应用机械能守恒定律列出表达式 解题过程中注意统一单位制 13 8 从20米高的塔上以10m s的初速度水平抛出一个质量为1Kg的铁球 铁球下落过程中在离地5m高处时的速度是多大 不考虑空气阻力 以地面为参考平面 14 2020 1 8 15 3 如图所示 在竖直平面内有一段四分之一圆弧轨道 半径OA在水平方向 一个小球从顶端A点由静止开始下滑 已知轨道半径R 10cm 不计摩擦 求小球刚离开轨道底端B点时的速度大小 解 选取B点所在水平面为零势能面 以小球在A点时为初状态 经过B点时为末状态 则依据机械能守恒定律可知 16 4 如图所示 长为L的轻绳上端固定与O点 下端系一质量为m的小球要使小球在竖直平面内做圆周运动 小球在最低点的速度v0至少为多大 17 例 如图为翻滚过山车示意图 圆轨道的半径为10m 为了安全 则过山车由静止开始向下运动时离地至少多高 不考虑空气阻力和摩擦阻力 以地面为参考平面 18 长为L质量分布均匀的绳子 对称地悬挂在轻小的定滑轮上 如图所示 轻轻地推动一下 让绳子滑下 那么当绳子离开滑轮的瞬间 绳子的速度为 解 由机械能守恒定律 取小滑轮处为零势能面 19 1 小球沿高为h 5m的光滑斜面由静止开始下滑 求小球到达斜面底端时的速率 20 4 要使一个球着地后回跳的高度比抛出点高5 0m 必须以多大速度将它竖直抛下 不计空气阻力和球落地时的能量损失 分析 依题意 球在运动过程中机械能守恒 设物体质量为m 原来高度为h1 速度为v 回跳的高度为h2 由机械能守恒定律可得 由题意h2 h1 5 0m 代入上式得 21 例1 长为L质量分布均匀的绳子 对称地悬挂在光滑的轻质小定滑轮上 如图所示 当略有扰动时 某一端下落 那么绳子离开滑轮的瞬间 绳子的速度为 解 取小滑轮处为零势能面 则由机械能守恒定律可知 热点三流体 连续体机械能守恒的应用 22 练习1 长为L的均匀链条 放在光滑的水平桌面上 且使其长度的1 4垂在桌边 如图所示 松手后链条从静止开始沿桌边下滑 则链条滑至刚刚离开桌边时的速度大小为多大 解析 链条下滑时 因桌面光滑 没有摩擦力做功 整根链条总的机械能守恒 可用机械能守恒定律求解 设整根链条质量为m 则单位长度质量为m L 设桌面重力势能为零 初状态 末状态 由机械能守恒定律得 EK1 EP1 EK2 EP2即 解得 初 末 23 答案 1 2S 1 如图所示 一固定的楔形木块 其斜面的倾角 30 另一边与水平地面垂直 顶上有一定滑轮 一柔软的细绳跨过定滑轮 两端分别与物体A和B连接 A的质量为4m B的质量为m 开始时将B按在地面上不动 然后放开手 让A沿斜面下滑而B上升 物块A与斜面间无摩擦 若A沿斜面下滑s距离时 细绳突然断了 求物体B上升的最大高度H B始终不与定滑轮相碰 特别提醒 A B两物体的速率 位移大小相同 但是重力做功的位移不相等 24 练习2 05全国 理综 如图所示 在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮K 一条不可伸长的轻绳绕过K分别与物块A B相连 A B的质量分别为mA mB 开始时系统处于静止状态 现用一水平恒力F拉物块A 使物块B上升 已知当B上升距离为h时 B的速度为v 求此过程中物块A克服摩擦力所做的功 重力加速度为g 解 由于连结AB绳子在运动过程中未松 故AB有一样的速度大小 对AB系统 由功能关系有 Fh W mBgh 1 2 mA mB v2求得 W Fh mBgh 1 2 mA mB v2 25 3 如图所示 在光滑的水平面上放一质量为M 96 4kg的木箱 用细绳跨过定滑轮O与一质量为m 10kg的重物相连 已知木箱到定滑轮的绳长AO 8m OA绳与水平方向成300角 重物距地面高度h 3m 开始时让它们处于静止状态 不计绳的质量及一切摩擦 g取10m s2 将重物无初速度释放 当它落地的瞬间木箱的速度多大 特别提醒 M m两物体为连接体 二者的速度不相等 m的速率等于M沿绳方向速度的大小 26 1 以10m s的速度将质量为m的物体竖直上抛出 若空气阻力忽略 g 10m s2则 物体上升的最大高度是多少 上升过程在何处重力势能和动能相等 解析 物体在空气中只有重力做功 故机械能守恒 以地面为参考平面 则 在最高点动能为零 故 由E1 E2得 27 1 以10m s的速