安徽省高三物理一轮 5.3机械能守恒定律功能关系课件.ppt

第三讲机械能守恒定律功能关系 一 重力势能 弹性势能1 重力势能 1 重力做功的特点 重力做功与 无关 只与始末位置的 有关 重力做功不引起物体 的变化 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 h为相对零势能面的高度差 标矢性 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参考平面上 还是 这与功的正 负的物理意义不同 系统性 重力势能是 和 共有的 相对性 重力势能的大小与 的选取有关 重力势能的变化是 与参考平面的选取 3 重力做功与重力势能变化的关系 定性关系 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 定量关系 重力对物体做的功 物体重力势能的减少量 即wg ep2 ep1 2 弹性势能 1 概念 物体由于发生 而具有的能 2 大小 弹簧的弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关 弹簧的形变量 劲度系数 弹簧的弹性势能越大 3 弹力做功与弹性势能变化的关系类似于重力做功与重力势能变化的关系 用公式表示 w 二 机械能守恒定律1 机械能 和 统称为机械能 即e 其中势能包括 和 2 机械能守恒定律 1 内容 在只有 做功的物体系统内 动能与势能可以相互转化 而总的机械能 2 表达式 三 功能关系1 能量转化和守恒定律能量既不会消失 也不会创生 它只能从一种形式 为另一种形式 或者从一个物体转移到另一个物体 而在转化和转移的过程中 能量的总量保持不变 2 常见的几种功与能的关系 1 合外力对物体做功 物体动能的改变 w合 ek2 ek1 即动能定理 2 重力做功对应重力势能的改变 wg ep ep1 ep2重力做多少正功 重力势能 多少 重力做多少负功 重力势能 多少 3 弹簧弹力做功与弹性势能的 相对应 wf ep ep1 ep2弹力做多少正功 弹性势能减少多少 弹力做多少负功 弹性势能 多少 4 重力 弹力以外的力做的功等于机械能的变化 w外 e 一 机械能守恒条件的理解1 机械能守恒的条件是只有重力 弹力做功 可以重点从两个方面理解只有重力做功的情况 1 物体运动过程中只受重力 2 物体虽受重力之外的其他力 但其他力不做功 2 常见的几种情况分析 1 水平面上物体做匀速直线运动或匀速圆周运动 其机械能保持不变 2 光滑斜面上的物体沿斜面匀加速下滑或匀减速上滑时机械能守恒 若物体受摩擦力或其他力作用匀速下滑或匀速上滑 则机械能不守恒 3 物体在竖直面内的光滑轨道上运动时 轨道支持力不做功 则机械能守恒 4 细线悬挂的物体在竖直平面内摆动 悬线的拉力不做功 则机械能守恒 5 抛体运动 如平抛 斜抛 不考虑空气阻力的过程中机械能守恒 二 机械能守恒定律与动能定理的区别与联系机械能守恒定律和动能定理是力学中的两条重要规律 在物理学中占有重要的地位 1 共同点 机械能守恒定律和动能定理都是从做功和能量变化的角度来研究物体在力的作用下状态的变化 表达这两个规律的方程式是标量式 2 不同点 机械能守恒定律的成立有条件限制 即只有重力 弹簧 弹力做功 而动能定理的成立没有条件限制 它不但允许重力做功还允许其他力做功 但要注意 机械能守恒的条件是 在只有重力做功或弹力做功的情况下 只有重力做功 不等于 只受重力作用 若物体除受重力之外 还受其他力作用 但这些力不做功或对物体做功的代数和为零 则系统的机械能仍守恒 3 动能定理一般适用于单个物体的情况 用于物体系统的情况在高中阶段非常少见 而机械能守恒定律也适用于由两个 或两个以上的 物体所组成的系统 4 物体所受的合外力做的功等于动能的改变 除重力 和弹力 以外的其他力做的总功等于机械能的改变 5 联系 由动能定理可以推导出机械能守恒定律 机械能守恒定律能解决的问题 动能定理一定能解决 解析 人对液体做正功 液体的机械能增加 液体缓慢移动可以认为动能不变 重力势能增加 重心升高 a正确 答案 a 解析 球有竖直方向的位移 所以斜劈对球做功 不计一切摩擦 小球下滑过程中 只有小球和斜劈组成的系统中动能和重力势能相互转化 系统机械能守恒 故选b 答案 b a 下滑过程中甲球减少的机械能总是大于乙球增加的机械能b 下滑过程中甲球减少的重力势能总是等于乙球增加的重力势能c 甲球可沿凹槽下滑到槽的最低点d 乙球从右向左滑回时 一定能回到凹槽的最低点 解析 由于甲 乙组成的系统机械能守恒 所以下滑过程中甲球减少的机械能总是等于乙球增加的机械能 如果甲球可沿凹槽下滑到槽的最低点 则机械能增加 故d正确 答案 d 答案 c 由能的转化和守恒知 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项错误 答案 b 机械能是否守恒的判断 a 圆环机械能守恒b 弹簧的弹性势能先增大后减小c 弹簧的弹性势能变化了mghd 弹簧的弹性势能最大时圆环动能最大 解析 圆环受到重力 支持力和弹簧的弹力作用 支持力不做功 故系统内的环的机械能与弹簧的弹性势能总和保持不变 故全过程弹簧的弹性势能变化量等于环的机械能变化量 c正确 圆环的机械能不守恒 a错误 弹簧垂直杆时弹簧的压缩量最大 此时圆环有向下的速度 故此时弹性势能比最末状态的弹性势能小 即 最终状态弹簧被拉长 且弹性势能达到最大 此时圆环的动能为零 所以弹性势能是先增加后减小最后又增大 b d错误 答案 c 判断机械能是否守恒的方法 1 利用机械能的定义判断 分析动能与势能的和是否变化 如 匀速下落的物体动能不变 重力势能减少 物体的机械能必减少 2 用做功判断 若物体或系统只有重力 或弹簧的弹力 做功 或有其他力做功 但其他力做功的代数和为零 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 则物体系统的机械能守恒 4 对一些绳子 钢索突然绷紧 机械能一般不守恒 除非题中有特别说明 a b c d 答案 b 机械能守恒定律的应用 1 比较上述两种解法可以看出 根据机械能守恒定律应用守恒观点列方程时 需要选零势面 应用转化观点列方程 不需要选零势能面 显得更简捷 2 应用机械能守恒定律的基本思路 选取研究对象 物体或系统 能量转化守恒定律的应用 1 物块速度滑到o点时的速度大小 2 弹簧为最大压缩量d时的弹性势能 设弹簧处于原长时弹性势能为零 3 若物块a能够被弹回到坡道上 则它能够上升的最大高度是多少 答案 c 答案 a 答案 d a 质量为2m的滑块均受到重力 绳的拉力和斜面的支持力的作用b 质量为2m的滑块机械能均