【立体设计】高考历史 第四单元 第3讲 机械能守恒定律及其应用知识研习课件 鲁科版必修2.ppt

1 机械能 1 重力做功的特点重力做功与无关 只与初末位置的有关 大小 wg 2 重力势能 概念 物体的重力势能等于它所受与所处的乘积 公式 ep 水平方向的位移 竖直方向的位移 mg h初 h末 重力 高度 mgh 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 3 弹性势能 概念 物体由于发生而具有的能 大小 弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关 弹簧的形变量越大 劲度系数 弹簧的弹性势能 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 标量 参考平面 弹性形变 越大 越大 减小 增大 正功 减小 负功 增大 2 机械能守恒定律 1 内容 在只有 或弹簧的弹力 做功的情况下 物体的动能与重力势能 或弹性势能 可以发生相互 但机械能的总量保持 2 表达式 ek1 ep1 3 机械能守恒的条件 只有或做功 重力 转化 不变 ek2 ep2 重力 弹簧的弹力 考点一机械能守恒定律1 判断机械能是否守恒的方法 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 机械能守恒 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 机械能守恒 3 用能量转化来判断 若物体或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能的转化 则物体或系统机械能守恒 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 否则机械能必定不守恒 技巧提示 机械能守恒的条件不是合外力的功等于零 更不是合外力等于零 而是看是否只有重力或弹簧弹力做功 2 机械能守恒定律的3种表达形式 1 守恒的观点 ek1 ep1 ek2 ep2 即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能与势能之和 2 转化的观点 ek ep 即动能 势能 的增加量等于势能 动能 的减少量 3 转移的观点 ea增 eb减 即a物体机械能的增加量等于b物体机械能的减少量 技巧提示 1 运用守恒的观点列式 应选好零势能面 且初 末状态必须用同一零势能面计算势能 2 运用转化的观点列式 关键要分清势能的增加量或减少量 可不选零势能面而直接计算初 末状态的势能差 案例1 2011 全国新课标 一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落 到最低点时距水面还有数米距离 假定空气阻力可忽略 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重力势能始终减小b 蹦极绳张紧后的下落过程中 弹性力做负功 弹性势能增加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 解析 到达最低点前高度始终在降低 所以重力势能始终减小 故a正确 绳张紧后的下落过程 伸长量逐渐增大 弹力做负功 弹性势能增大 故b正确 在蹦极过程中 只有重力与系统内弹力做功 故机械能守恒 c正确 重力势能的改变与重力做功有关 重力做功只与始末位置高度差有关 与零势能面的选取无故 故d错误 答案 a b c 即时巩固1 如图所示的选项中 木块均在固定的斜面上运动 图a b c中的斜面是光滑的 图d中的斜面是粗糙的 图a b中的f为木块所受的外力 方向如图中箭头所示 图a b d中的木块向下运动 图c中的木块向上运动 在这4个图所示的过程中机械能守恒的是 解析 本题列举了斜面上物体运动的4种情况 a b中尽管斜面光滑 但还有除重力以外的外力做功 因此机械能不守恒 d中斜面粗糙 有摩擦力 显然机械能不守恒 c中只有重力做功 机械能守恒 本题采用排除法可快速地得出结果 答案 c 案例2 2011 福建理综 如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图 其下半部ab是一长为2r的竖直细管 上半部bc是半径为r的四分之一圆弧弯管 管口沿水平方向 ab管内有一原长为r 下端固定的轻质弹簧 投饵时 每次总将弹簧长度压缩到0 5r后锁定 在弹簧上端放置一粒鱼饵 解除锁定 弹簧可将鱼饵弹射出去 设质量为m的鱼饵到达管口c时 对管壁的作用力恰好为零 不计鱼饵在运动过程中的机械能损失 且锁定和解除锁定时 均不改变弹簧的弹性势能 已知重力加速度为g 求 1 质量为m的鱼饵到达管口c时的速度大小v1 2 弹簧压缩到0 5r时的弹性势能ep 3 已知地面与水面相距1 5r 若使该投饵管绕ab管的中轴线oo 在90 角的范围内来回缓慢转动 每次弹射时只放置一粒鱼饵 鱼饵的质量在m到m之间变化 且均能落到水面 持续投放足够长时间后 鱼饵能够落到水面的最大面积s是多少 考点二机械能守恒定律与动能定理的关系1 区别机械能守恒定律反映的是物体初 末状态的机械能间的关系 且守恒是有条件的 而动能定理揭示的是物体动能的变化跟引起这种变化的合外力做的功之间的关系 既要关心初 末状态的动能 又必须认真分析对应于这两个状态间经历的过程中做功的情况 2 统一性能使用机械能守恒定律来解决的问题 动能定理一定能解决 但要注意两个规律中功和能的不同含义和表达式 如图所示 一根全长为l 粗细均匀的铁链 对称地挂在光滑的轻小滑轮上 当受到轻微的扰动时 求铁链脱离滑轮瞬间速度的大小 案例3 在游乐节目中 选手需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 小阳却认为绳越短 落点距岸边越远 请通过推算说明你的观点 答案 1 1080n 2 1 2m 3 见解析 技巧点拨 该类问题考查机械能守恒定律的应用 常和圆周运动 平抛运动或限定条件下的复杂运动相结合 解该类题目主要用两个知识点 1 机械能守恒定律或动能定理 功能关系 2 牛顿第二定律及临界条件的分析 即时巩固3 2010 山东理综 如图所示 四分之一圆轨道oa与水平轨道ab相切 它们与另一水平轨道cd在同一竖直面内 圆轨道oa的半径r 0 45m 水平轨道ab长s1 3m oa与ab均光滑 一滑块从o点由静止释放 当滑块经过a点时 静止在cd上的小车在f 1