粤教版必修二 第四章 习题课2　机械能守恒定律的应用 学案.docx

习题课2机械能守恒定律的应用学习目标 1.进一步理解机械能守恒的条件及其判定.2.能灵活应用机械能守恒定律的三种表达方式.3.在多个物体组成的系统中，会应用机械能守恒定律解决相关问题.4.明确机械能守恒定律和动能定理的区别一、机械能是否守恒的判断判断机械能是否守恒的方法：(1)做功条件分析法：若物体系统内只有重力和弹力做功，其他力均不做功，则系统机械能守恒，具体有三种表现：只受重力、弹力，不受其他力；除受重力、弹力外还受其他力，其他力不做功；除重力、弹力外还有其他力做功，但其他力做功的代数和为零(2)能量转化分析法：若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变成其他形式的能(如没有内能增加)，则系统的机械能守恒例1(多选)如图1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()图1a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答案bd解析小球有竖直方向的位移，所以斜劈对小球的弹力对球做负功，故a选项错误；小球对斜劈的弹力对斜劈做正功，所以斜劈的机械能增加，故c选项错误不计一切摩擦，小球下滑过程中，小球和斜劈组成的系统中只有动能和重力势能相互转化，系统机械能守恒，故b、d选项正确针对训练1(多选)竖直放置的轻弹簧下连接一个小球，用手托起小球，使弹簧处于压缩状态，如图2所示则迅速放手后(不计空气阻力)()图2a放手瞬间小球的加速度等于重力加速度b小球、弹簧与地球组成的系统机械能守恒c小球的机械能守恒d小球向下运动过程中，小球动能与弹簧弹性势能之和不断增大答案bd解析放手瞬间小球的加速度大于重力加速度，a错；整个系统(包括地球)的机械能守恒，b对，c错；向下运动过程中，由于重力势能减小，所以小球的动能与弹簧弹性势能之和增大，d正确二、多物体组成的系统机械能守恒问题1多个物体组成的系统，就单个物体而言，机械能一般不守恒，但就系统而言机械能往往是守恒的2关联物体注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系3机械能守恒定律表达式的选取技巧(1)当研究对象为单个物体时，可优先考虑应用表达式ek1ep1ek2ep2或ekep来求解(2)当研究对象为两个物体组成的系统时：若两个物体的重力势能都在减少(或增加)，动能都在增加(或减少)，可优先考虑应用表达式ekep来求解若a物体的机械能增加，b物体的机械能减少，可优先考虑用表达式ea增eb减来求解例2如图3所示，斜面的倾角30，另一边与地面垂直，高为h，斜面顶点上有一定滑轮，物块a和b的质量分别为m1和m2，通过轻而柔软的细绳连接并跨过定滑轮开始时两物块都位于与地面距离为h的位置上，释放两物块后，a沿斜面无摩擦地上滑，b沿斜面的竖直边下落若物块a恰好能达到斜面的顶点，试求m1和m2的比值滑轮的质量、半径和摩擦均可忽略不计图3答案12解析设b刚下落到地面时速度为v，由系统机械能守恒得：m2gm1gsin 30(m1m2)v2a以速度v上滑到顶点过程中机械能守恒，则：m1v2m1gsin 30，由得12.针对训练2如图4所示，在长为l的轻杆中点a和端点b各固定一质量为m的球，杆可绕轴o无摩擦的转动，使杆从水平位置无初速度释放求当杆转到竖直位置时，杆对a、b两球分别做了多少功？图4答案mglmgl解析设当杆转到竖直位置时，a球和b球的速度分别为va和vb.如果把轻杆、两球组成的系统作为研究对象，因为机械能没有转化为其他形式的能，故系统机械能守恒，可得：mglmglmvmv因a球与b球在各个时刻对应的角速度相同，故vb2va联立得：va ，vb .根据动能定理，对a有：wamgmv0，解得wamgl.对b有：wbmglmv0，解得wbmgl.三、机械能守恒定律与动能定理的综合应用例3为了研究过山车的原理，某兴趣小组提出了下列设想：取一个与水平方向夹角为37、长为l2 m的粗糙倾斜轨道ab，通过水平轨道bc与半径为r0.2 m的竖直圆轨道相连，出口为水平轨道de，整个轨道除ab段以外都是光滑的其中ab与bc轨道以微小圆弧相接，如图5所示一个质量m1 kg的小物块以初速度v05 m/s从a点沿倾斜轨道滑下，小物块到达c点时速度vc4 m/s.取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.图5(1)求小物块到达c点时对圆轨道压力的大小；(2)求小物块从a到b运动过程中摩擦力所做的功；(3)为了使小物块不离开轨道，并从轨道de滑出，求竖直圆弧轨道的半径应满足什么条件？答案(1)90 n(2)16.5 j(3)r0.32 m解析(1)设小物块到达c点时受到的支持力大小为n，根据牛顿第二定律有，nmgm解得：n90 n根据牛顿第三定律得，小物块对圆轨道压力的大小为90 n(2)小物块从a到c的过程中，根据动能定理有：mglsin 37wfmvmv解得wf16.5 j(3)设小物块进入圆轨道到达最高点时速度大小为v1，为使小物块能通过圆弧轨道的最高点，则v1小物块从圆轨道最低点到最高点的过程中，根据机械能守恒定律有：mvmv2mgr，当v1时，联立解得r0.32 m，所以为使小物块能通过圆弧轨道的最高点，竖直圆弧轨道的半径应满足r0.32 m.1(机械能是否守恒的判断)(多选)如图6所示，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上其正上方a位置有一只小球小球从静止开始下落，在b位置接触弹簧的上端，在c位置小球所受弹力大小等于重力，在d位置小球速度减小到零对于小球下降阶段，下列说法中正确的是(不计空气阻力)()图6a在b位置小球动能最大b在c位置小球动能最大c从ac位置小球重力势能的减少等于小球动能的增加d整个过程中小球和弹簧组成的系统机械能守恒答案bd解析小球从b运动至c过程，重力大于弹力，合力向下，小球加速，从c运动到d，重力小于弹力，合力向上，小球减速，故在c点动能最大，故a错误，b正确小球下降过程中，只有重力和弹簧弹力做功，小球和弹簧系统机械能守恒，d正确；从ac位置小球重力势能的减少量等于动能增加量和弹性势能增加量之和，故c错误2(多物体组成的系统机械能守恒问题)(多选)如图7所示，a、b两物块质量分别为m、3m，用不计质量的细绳相连接，悬挂在定滑轮的两侧开始时，a、b两物块距离地面高度相同，用手托住物块b，然后由静止释放，直至a、b物块间高度差为h，不计滑轮质量和一切摩擦，重力加速度为g.在此过程中，下列说法正确的是()图7a物块a的机械能守恒b物块b的机械能减少了mghc物块b机械能的减少量等于物块a机械能的增加量d物块a、b与地球组成的系统机械能守恒答案cd解析释放b后物块a加速上升，动能和重力势能均增加，故机械能增加，选项a错误对物块a、b与地球组成的系统，只有重力做功，故机械能守恒，选项d正确物块a、b构成的系统机械能守恒，有(3m)gmgmv2(3m)v2，解得v ；物块b动能增加量为(3m)v2mgh，重力势能减少mgh，故机械能减少mghmghmgh，选项b错误由于绳的拉力对a做的功与b克服绳的拉力做的功相等，故物块b机械能的减少量等于物块a机械能的增加量，选项c正确3(机械能守恒定律与动能定理的综合应用)如图8所示，一内壁光滑的细管弯成半径为r0.4 m的半圆形轨道cd，竖直放置，其内径略大于小球的直径，水平轨道与半圆形轨道在c处连接完好置于水平轨道上的弹簧左端与竖直墙壁相连，b处为弹簧原长状态的右端将一个质量为m0.8 kg的小球放在弹簧的右侧后，用力水平向左推小球压缩弹簧至a处，然后将小球由静止释放，小球运动到c处时对轨道的压力大小为f158 n水平轨道以b处为界，左侧ab段长为x0.3 m，与小球间的动摩擦因数为0.5，右侧bc段光滑g10 m/s2，求：图8(1)弹簧在压缩时所储存的弹性势能；(2)小球运动到轨道最高处d点时对轨道的压力答案(1)11.2 j(2)10 n，方向竖直向上解析(1)对小球在c处，由牛顿第二定律、牛顿第三定律及向心力公