高考物理总复习 第3讲 机械能守恒定律及其应用课件 新人教版必修2.ppt

重力 弹性 被举高 mgh 参考平面 正 负 地球 物体 系统 等于 ep1 ep2 弹性形变 形变量 劲度系数 正功 增加 思考势能是标量 但是势能有正负 势能的正负表示什么含义 和我们前面所学的功的正负的含义相同吗 提示 由于势能是标量 其正负表示大小 即势能为正 说明物体在零势能面的上方 重力势能大于零 势能为负 说明物体在零势能面的下方 重力势能小于零 不同的物理量的正负有着不同的物理意义 如前面功的正负表示做功的性质 速度 加速度等矢量的正负表示方向 动能 势能 不变 ek2 ep2 ep eb 1 对机械能守恒条件的理解只有重力及系统内的弹力做功 可以从以下三方面理解 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 受其他力 但其他力不做功 只有重力或系统内的弹力做功 弹力做功伴随着弹性势能的变化 并且弹力做的功等于弹性势能的减少量 2 对机械能守恒定律三种表达式的理解 守恒观点a 意义 系统初状态的机械能等于末状态的机械能 b 注意问题 要先选取零势能参考平面 并且在整个过程中必须选取同一个零势能参考平面 转化观点a 意义 系统 或物体 的机械能守恒时 系统增加 或减少 的动能等于系统减少 或增加 的重力势能 b 注意问题 要明确重力势能的增加量或减少量 即重力势能的变化 可以不选取零势能参考平面 转移观点a 意义 若系统由a b两部分组成 当系统的机械能守恒时 则a部分物体机械能的增加量等于b部分物体机械能的减少量 b 注意问题 a部分机械能的增加量等于a末状态的机械能减初状态的机械能 而b部分机械能的减少量等于b初状态的机械能减末状态的机械能 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 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 对多个物体组成的系统 除考虑外力是否只有重力做功外 还要考虑系统内力做功 如有滑动摩擦力做功时 因有摩擦热产生 系统机械能将有损失 c 蹦极过程中 运动员 地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒d 蹦极过程中 重力势能的改变与重力势能零点的选取有关 思路启迪 解答本题时应注意以下三点 1 重力做功 弹力做功与对应势能变化的关系 2 重力势能及其变化量与零势点选取的关系 3 判断机械能守恒时所选取的系统 尝试解答 重力做功决定重力势能的变化 随着高度的降低 重力一直做正功 重力势能一直减小 故a选项正确 弹性势能的变化取决于弹力做功 当蹦极绳张紧后 随着运动员的下落弹力一直做负功 弹性势能一直增大 故b选项正确 在蹦极过程中 由于只有重力和蹦极绳的弹力做功 故由运动员 地球及蹦极绳组成的系统机械能守恒 故选项c正确 重力势能的大小与势能零点的选取有关 而势能的改变与势能零点选取无关 故选项d错误 答案 abc 如右图所示 质量均为m的a b两个小球 用长为2l的轻质杆相连接 在竖直平面内绕固定轴o沿顺时针方向自由转动 转轴在杆的中点 不计一切摩擦 某时刻a b球恰好在如图所示的位置 a b球的线速度大小均为v 下列说法正确的是 a 运动过程中b球机械能守恒b 运动过程中b球速度大小不变c b球在运动的最高点之前 单位时间内机械能的变化量保持不变d b球在运动到最高点之前 单位时间内机械能的变化量不断变化 当单独分析b球时 b球在运动到最高点之前 动能保持不变 重力势能在不断增加 由几何知识可得单位时间内b球上升的高度不同 因此机械能的变化量是不断改变的 b d正确 答案 bd 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 2 应注意的问题 1 列方程时 选取的表达角度不同 表达式不同 对参考平面的选取要求也不一定相同 2 应用机械能守恒能解决的问题 应用动能定理同样能解决 但其解题思路和表达式有所不同 1 小球在ab段运动的加速度的大小 2 小球从d点运动到a点所用的时间 2013 银川一中月考 如图甲所示 一竖直面内的轨道是由粗糙斜面ab和光滑圆轨道bcd组成 ab与bcd相切于b点 c为圆轨道的最低点 将物块置于轨道abc上离地面高为h处由静止下滑 可用力传感器测出其经过c点时对轨道的压力n 现将物块放在abc上不同高度处 让h从零开始逐渐增大 传感器测得物块每次从不同高度处下滑到c点时对轨道的压力n 得到如图乙两段直线pq和qi 且iq反向延长线与纵轴交点坐标值为2 5n g取10m s2 求 1 小物块的质量m及圆轨道的半径r 2 轨道bc所对圆心角 3 小物块与斜面ab间的动摩擦因数 对应学生用书p97 模型构建 机械能守恒定律应用中的多物体系统模型由多个物体组成的系统 对任何一物体 机械能可能不守恒 对系统机械能是否守恒不好判断 可以从能量角度判断 即没有其他形式的能参与转换 则系统机械能守恒 此时应用 ek ep 动能的增加量等于势能的减少量 或 e1 e2 物体1的机械能增加量等于物体2的机械能减少量 的表达形式求解 更为简单 这样可以不选择等势面 另外 解答系统机械能守恒问题往往需要抓住两个关系 一是多物体的速度关系 二是多物体运动的距离 高度 的关系 a q球的重力势能减少 动能增加 q球和地球组成的系统机械能守恒b p球的重力势能 动能都增加 p球和地球组成的系统机械能不守恒c p球 q球和地球组成的系统机械能守恒d p球 q球和地球组成的系统机械能不守恒 易错分析 q球下摆的过程中受重力 杆的拉力作用 因为拉力不做功 只有重力做功 所以q球重力势能减少 动能增加 q球和地球组成的系统机械能守恒 同理 p球 q球和地球组成的系统机械能守恒 选择ac 正确解答 q球从水平位置下摆到最低点的过程中 受重力和杆的作用力 杆的作用力是q球运动的阻力 重力是动力 对q球做负功 p球是在杆的作用下上升的 杆的作用力是动力 重力是阻力 对p球做正功 所以 由功能关系可以判断 在q下摆过程中 p球重力势能增加 动能增加 机械能增加 q球重力势能减少 动能增加 机械能减少 由于p和q整体只有重力做功 所以系统机械能守恒 答案为bc q球摆到最低位置的过程中 重力势能减少 动能增加 但由此不能确定机械能是否守恒 细绳施力的方向一定沿绳收缩的方向 但杆施力的方向并不一定沿着杆的方向 本题就是一个典例 杆对p q球的作用力 既有沿杆的法向力 也有与杆垂直的切向力 所以杆对p球 q球都做功 p球 q球的机械能都不守恒 但p球和q球整体的机械能守恒 除了重力外没有其他力对p球 q球的整体做功 如右图所示 斜劈劈尖顶着竖直墙壁静止于水平面上 现将一小球从图示位置由静止释放 不计一切摩擦 则在小球从释放到落至地面的过程中 下列说法正确的是 a 斜劈对小球的弹力不做功b 斜劈与小球组成的系统机械能守恒c 斜劈的机械能守恒d 小球机械能的减少量等于斜劈动能的增加量 解析 小球有竖直方向的位移 所以斜劈对小球做功 不计一切摩擦 小球下滑时 小球和斜劈组成的系统只有小球的重力做功 系统机械能守恒 答案 bd 易错点2 未找出隐含条件引起失分 易错分析 本题因忽略了题目中的隐含条件而导致错误 由于没有细致分析细绳在绷紧瞬间的作用力及其做功情况 忽视了绳子绷紧的瞬间的能量损失 正确解答 小球释放后 先做自由落体运动直到绳子绷直 根据对称性和三角形的全等关系 当绳子再次与水平方向的夹角为30 时 绳子与o点的距离再次为l 这时绳子刚好绷直 设绳刚绷直时获得的速度是v 则有 求解这类问题时 首先找出物体运动过程的转折点 例如物体从直线运动变为圆周运动的转折点 或碰撞中两物体从一种匀速直线运动变为另一种匀速直线运动的转折点等 然后判断物体运动状态变化前后是否有能量的损失 主要看动能是否发生了变化 是否产生了内能 从而找出转折点是否有能量的损失 如图所示 质量均为m的物体a b通过一劲度系数为k的轻弹簧相连 开始时b放在地面上 a b都处于静止状态 现用手通过细绳缓慢地将a向上提升距离l1时 b刚要离开地面 此过程手做功w1 手做功的平均功率为p1 若将a加速向上拉起 a上升的距离为l2时 b刚要离开地面 此过程手做功w2 手做功的平均功率为p1 假设弹簧一直在弹性限度范围内 则 两次a增加的重力势能和弹簧增加的弹性势能都相等 但是多了一个a的动能 所以c项正确 第二次做的功多 时间又短 所以p2 p1 d项错误 答案 c 对应学生用书p98 1 关于机械能是否守恒的叙述 正确的是 a 做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒b 做加速运动的物体机械能不可能守恒c 合外力对物体做功为零时 机械能一定守恒d 只有重力对物体做功时 物体机械能一定守恒 解析 只有重力做功或弹簧弹力做功 其他力不做功或做功等于零时 物体的机械能守恒 d正确 答案 d 2 2013 陕西师大附中期中 如图所示 质量为m的钩码在弹簧秤的作用下竖直向上运动 设弹簧秤的示数为t 不计空气阻力 重力加速度为g 则 a t mg时 钩码的机械能不变b tmg时 钩码的机械能增加 解析 弹簧秤只要有拉力 就一定做正功 故机械能一定增加 答案 cd 3 2013 福州三校期中 如图所示 质量相等的a b两物体在同一水平线上 当a物体被水平抛出的同时 b物体开始自由下落 空气阻力忽略不计 曲线ac为a物体的运动轨迹 直线bd为b物体的运动轨迹 两轨迹相交于o点 则两物体 a 经o点时速率相等b 在o点相遇c 在o点具有的机械能一定相等d 在o点时重力的功率一定相等 解析 由机械能守恒定律可知 a b下落相同高度到达o点时速率不相等 故a错 由于平抛运动竖直方向的运动是自由落体运动 两物体从同一水平线上同时开始运动 将同时达