《高考风向标》高考物理一轮复习 专题五 第3讲 机械能守恒定律课件.ppt

第3讲机械能守恒定律 考点1 机械能 机械能守恒定律 1 重力势能 物体由于被举高而具有的能 减小 2 重力做功与重力势能的关系 重力做功与 无关 只与始末位置的高度差有关 重力对物体做正功 重力势能就 重力对物体做负功 重力势能就 重力对物体做 的功等于物体重力势能的减少量 即wg ep2 ep1 增加 路径 3 弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能量 4 弹力做功与弹性势能的关系 弹力做 弹性势能减小 弹力做 弹性势能增加 弹力对物体做的功等于弹 负功 性势能的减少量 即w弹 ep2 ep1 5 机械能 和势能统称为机械能 6 机械能守恒定律 重力 弹力 1 内容 在只有 或 做功的物体系统内 动能与势能相互转化 而总的机械能保持不变 2 判断机械能是否守恒的方法 根据力做功判断 系统内只有重力做功或弹力做功 机械能守恒 正功 动能 根据能的转化判断 只发生系统内势能与动能的转化 机械能守恒 1 单选 2010年上海卷 高台滑雪运动员腾空跃下 如果不考虑空气阻力 则下落过程中该运动员机械能的转换关系是 c a 动能减少 重力势能减少b 动能减少 重力势能增加c 动能增加 重力势能减少d 动能增加 重力势能增加解析 高度降低 重力做功 重力势能减少 动能增大 c正确 2 双选 2011年执信 深外 中山一中联考 如图5 3 1所示 小球自a点由静止自由下落 到b点时与弹簧接触 到c点时弹簧被压缩到最短 若不计弹簧质量和空气阻力 在小球 由a b c的运动过程中 bd 图5 3 1 a 小球的机械能守恒b 小球和弹簧总机械能守恒c 小球在b点时动能最大d 小球b c的运动过程中加速度先减小后增加 考点2 机械能守恒定律的应用 1 机械能守恒定律的三种表达式 1 从守恒的角度 选取某一平面为零势能面 如果含有弹簧则弹簧处于原长时弹性势能为零 系统末状态的机械能和初状态的机械能相等 即ek2 ep2 ek1 ep1 2 从能量转化的角度 系统的动能和势能发生相互转化时 若系统势能的减少量等于系统动能的增加量 系统机械能守恒 即 ep ek 3 从能量转移的角度 系统中有a b两个物体 或更多物体 若a机械能的减少量等于b机械能的增加量 系统机械能守恒 即 ea减 eb增 2 利用机械能守恒定律解题的一般思路 1 选取研究对象 物体或系统 2 根据研究对象所经历的物理过程 进行受力 做功分析 判断机械能是否守恒 3 恰当地选取参考平面 确定研究对象在过程的初 末态 时的机械能 4 选取方便的机械能守恒定律的方程形式 ek1 ep1 ek2 ep2 ek ep或 ea eb 进行求解 3 单选 如图5 3 2所示 一很长的 不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮 绳两端各系一小球a和b a球质量为m 静置于地面 b球质量为3m 用手托住 高度为h 此时轻绳 刚好拉紧 从静止开始释放b后 a可能达到的最大高度为 图5 3 2 b a h b 1 5h c 2h d 2 5h 4 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5 3 3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 绳子的速度为多少 图5 3 3 解 如图23 由机械能守恒定律 取小滑轮处为零势能面 图23 热点 机械能守恒定律与曲线运动结合 例1 2011年清远清城区一模 在游乐节目中 选手需要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5 3 4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 小阳认为绳越短 落点距岸边越远 请通过推算说明你的观点 图5 3 4 这一类问题要认真分析题意 看清有哪些过 程 过程中力以及力做功情况 机械能是否守恒 一般运用机械能守恒定律求速度 再结合曲线运动规律求其他物理量 1 2010年揭阳二模 如图5 3 5所示 位于竖直平面内的轨道 由一段斜直轨道和圆形轨道分别与水平面相切连接而成 各接触面都是光滑的 圆形轨道的半径为r 一质量为m的小物块从斜轨道上a点处由静止开始下滑 恰好通过圆形轨道最高点d 是一种临界状态 物块通过轨道连接处b c时无机械能损失 求 1 小物块通过d点时的速度vd的大小 2 小物块通过圆形轨道最低点c时轨道对物块的支持力f 的大小 3 a点距水平面的高度h 图5 3 5 易错点 从能量转化观点解决机械能守恒问题 例1 双选 如图5 3 6 质量分别为m和2m的两个小球a和b 中间用轻质杆相连 在杆的中点o处有一固定转动轴 把杆置于水平位置后释放 在b球顺时针摆动到最低位 置的过程中 图5 3 6 a b球的重力势能减少 动能增加 b球和地球组成的系 统机械能守恒 b a球的重力势能增加 动能也增加 a球和地球组成的 系统机械能不守恒 c a球 b球和地球组成的系统机械能守恒d a球 b球和地球组成的系统机械不守恒 错解分析 b球下摆过程中受重力 杆的拉力作用 拉力不做功 只有重力做功 所以b球重力势能减少 动能增加 机械能守恒 a正确 同理 a球机械能守恒 b错误 因为a b系统只有重力 做功 系统机械能守恒 故c选项正确 答案 bc b球摆到最低位置过程中 重力势能减少 动能增加 但不能由此确定机械能守恒 错解中认为杆施的力沿杆方向 这是造成错解的直接原因 杆施力的方向并不总指向沿杆的方向 本题中就是如此 杆对a b球既有沿杆的法向力 也有与杆垂直的切向力 所以杆对a b球施的力都做功 a球 b球的机械能都不守恒 正确解析 b球从水平位置下摆到最低点过程中 受重力和杆的作用力 杆的作用力方向待定 下摆过程中重力势能减少 动能增加 但机械能是否守恒不确定 a球在b下摆过程中 重力势能增加 动能增加 机械能增加 由于a b系统只有重力做功 系统机械能守恒 a球机械能增加 b球机械能一定减少 所以b c选项正确 在分析机械能是否守恒时可以看力做功和能的转化 本题中b球下落初看起来重力势能减小 动能增大似乎b球机械能守恒 但b球除受重力以外还有杆的弹力 杆的弹力不像绳 方向并不一定沿杆的方向 即在做圆周运动时杆的弹力可能做功 所以b球机械能不一定守恒 再看a球的动能增加了 势能也增加了 a球的能量哪里来的呢 只能是杆对a球做功而来 所以b球受到的杆的弹力也做功 所以对a b单个物体来说 机械能都不守恒 但杆并不存在弹性势能 所以对a b系统来说 只有动能与重力势能的转化 机械能守恒 1 双选 如图5 3 7所示 一根不可伸长的轻绳两端分别系着小球a和物块b 跨过固定于斜面体顶端的小滑轮o 倾角为30 的斜面体置于水平地面上 a的质量为m b的质量