高考物理二轮复习 机械能守恒定律 ppt.ppt

机械能守恒定律 要点 疑点 考点 课前热身 能力 思维 方法 延伸 拓展 油田高中李勇 要点 疑点 考点 一 重力做功特点1 重点做功与路径无关 只与物体的始末位置高度差有关 2 重力做功的大小 w mg h3 重力做功与重力势能的关系 wg ep 要点 疑点 考点 二 机械能1 物体的动能和势能之和称为物体的机械能 2 重力势能是物体和地球共有的 重力势能的值与零势能面的选择有关 物体在零势能面之上的是正值 在其下的是负值 但是重力势能差值与零势能面选择无关 要点 疑点 考点 三 机械能守恒定律1 在只有重力 及系统内弹簧的弹力 做功的情形下物体的动能和重力势能 及弹性势能 发生相互转化 但机械能的总量保持不变 这个结论叫做机械能守恒定律 即ek ep ek ep 或 ek ep或 ea增 eb减 要点 疑点 考点 2 机械能是否守恒的判断 1 利用机械能的定义 若物体在水平面上匀速运动 其动 势能均不变 其机械能守恒 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 此类判断比较直观 但仅能判断难度不大的判断题 要点 疑点 考点 2 利用机械能守恒的条件 即系统只有重力 和弹力 做功 如果符合上述条件 物体的机械能守恒 此弹力仅为弹簧的弹力 3 除重力 或弹力 做功外 还有其他的力做功 若其他力做功之和为0 物体的机械能守恒 反之 物体的机械能将不守恒 4 对某一系统 物体间只有动能和重力势能及弹性势能相互转化 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 如没有内能产生 则系统的机械能守恒 要点 疑点 考点 3 应用机械能守恒定律解题的基本步骤 1 根据题意 选取研究对象 物体或系统 2 明确研究对象的运动过程 分析对象在过程中的受力情况 弄清各力做功情况 判断是否符合机械能守恒的条件 3 恰当地选取参考平面 确定研究对象在过程中的起始状态和末始状态的机械能 包括动能和重力势能 4 根据机械能守恒定律列方程 进行求解 课前热身 1 下列运动物体 机械能守恒的有 d a 物体沿斜面匀速下滑b 物体沿竖直平面内的圆形轨道做匀速圆周运动c 跳伞运动员在空中匀速下落d 沿光滑曲面自由下滑的木块 课前热身 2 关于重力势能的说法 正确的是 a 重力势能等于0的物体 不可能对别的物体做功b 在地平面下方的物体 它具有的重力势能一定大于0c 重力势能减少 重力一定对物体做正功d 重力势能增加 重力一定对物体做正功 课前热身 3 当重力对物体做正功时 物体的 c a 重力势能一定减少 动能一定增加b 重力势能一定增加 动能一定减少c 重力势能一定减少 动能不一定增加d 重力势能不一定减少 动能也不一定增加 课前热身 4 质量为2kg的物体 自30m高处自由下落2s时 物体的重力势能为 g取10m s2 取地面为0势能面 a a 200jb 400jc 600jd 800j 课前热身 5 在楼上以相同的速率同时抛出质量相同的三个小球 并落在同一水平面上 a球上抛 b球平抛 c球竖直下抛 则三球着地时的 a a 动能相同b 动量相同c 机械能不同d 速率不相同 课前热身 6 从高为5m的平台上斜抛出一个小球 初速度是10m s 落地时小球的速度大小为多少 不计空气阻力 g取10m s2 答案 m s 能力 思维 方法 例1 玩具火箭内充满压缩空气 在发射的时候利用压缩空气从火箭的尾部射出笨重的箭身 而使火箭头向前飞行 假如在竖直向上发射的时候 箭头能上升的度为h 16m 现改为另一种发射方式 首先让火箭沿半径为r 4m的半圆形轨道滑行 如图6 4 1所示 在达到轨道的最低点a时 此时火箭具有最大的滑行速度 再开动发动机发射火箭 试问按这种方式发射的火箭头能上升多高 不计摩擦和空气阻力 图6 4 1 能力 思维 方法 解析 设火箭发射过程结束火箭头所获得的初速度为v0 火箭头的质量为m 当火箭头上升时只受重力作用 因空气阻力不计 所以机械能守恒 有关系式 1 2mv20 mgh从而得到v0 改用后一种方式发射时 设火箭沿光滑半圆形轨道滑到最低点a时的速率为va 同理由机械守恒定律可得 va 能力 思维 方法 若待火箭滑到最低点a的时刻 再开动发动机发射火箭 发射结束时火箭对地的速率为 v va v0设火箭a相对于点a上升的最大高度为h 由机械能守恒得 1 2mv2 mgh所以 h v2 2g va v0 2 2g va2 v20 2vav0 2g 24m 能力 思维 方法 例2 一条长为l的均匀链条 放在光滑水平桌面上 链条的一半垂于桌边 如图6 4 2所示 现由静止开始使链条自由滑落 当它全部脱离桌面时的速度为多大 图6 4 2 能力 思维 方法 解析 因桌面光滑 链条虽受桌面的支持力 但支持力对链条不做功 在链条下滑过程中只有重力对链条做功 故链条下滑过程中机械能守恒 设链条总质量为m 由于链条均匀 因此对链条所研究部分可认为其重心在它的几何中心 先取桌面为零势能面 则初 末状态的机械能分别为 能力 思维 方法 初态 ek0 0 ep0 1 2 mgl 4 末态 ekt 1 2mv22 ept mgl 2 根据机械能守恒定律有 0 1 2 mgl 4 1 2mv22 mgl 2解得v 能力 思维 方法 例3 长为l的轻绳 一端系一质量为m的小球 一端固定于o点 在o点正下方距o点h处有一枚钉子c 现将绳拉到水平位置 如图6 4 3所示 将小球由静止释放 欲使小球到达最低点后以c为圆心做完整的圆周运动 试确定h应满足的条件 图6 4 3 能力 思维 方法 解析 小球在运动过程中 受重力和绳的拉力作用 由于绳的拉力时刻与球的速度垂直 所以绳的拉力不对小球做功 即小球运动过程中 只有重力对其做功 机械能守恒 显然 h越小 c的位置越高 小球在以c为圆心做圆周运动时 经过c正上方的速度v越小 由于v存在极小值 故h存在极小值 能力 思维 方法 设小球在c点正上方时 速度为v 分析此时小球受力情况如图6 4 3 则 t mg mv2 l h t m v2 l h g 由t 0解得v2 g l h 又由以上分析 小球运动过程中机械能守恒 小球位于c点正上方所在水平面为零势面 则有mg l 2 l h 1 2mv2 0 v2 2g 2h l 联立 解得2g 2h l g l h h 3l 5 故h应满足的条件即为h 3l 5 能力 思维 方法 解题回顾 本题考查了机械能守恒定律及圆周运动的知识 根据机械能守恒定律 c的位置越高即h越小 小球在o点正上方速率越小 而其最小速度应保证小球能满足重力刚好提供向心力 延伸 拓展 例5 如图6 4 5所示 半径为r 质量不计的圆盘盘面与地面相垂直 圆心处有一个垂直盘面的光滑水平固定轴o 在圆盘的最右边缘固定一个质量为m的小球a 在o点的正下方离o点r 2处固定一个质量也为m的小球b 图6 4 5 延伸 拓展 放开盘让其自由转动 问 1 当a球转到最低点时 两小球的重力势能之和减少了多少 2 a球转到最低点时的线速度是多少 延伸 拓展 解析 1 以通过o的水平面为零势能面 开始时和a球转到最低点时两球重力势能之和分别为ep1 epa epb 0 epb mg r 2 ep2 e pa e pb mgr 0 mgr 两球重力势能之和减少 ep ep1 ep2 1 2mgr mgr 1 2mgr 延伸 拓展 2 由于圆盘转动过程中 只有两球重力做功 机械能守恒