高考物理一轮总复习 专题五 第3讲 机械能守恒定律课件.ppt

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 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 3 弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能量 增加 第3讲机械能守恒定律 路径 减少 4 弹力做功与弹性势能的关系 弹力做 弹性势能减少 弹力做 弹性势能增加 弹力对物体做的功等于弹性势能的减少量 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 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 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 正功 负功 动能 重力 跟踪训练 1 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 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 重力做正功 重力势能减少 动能增加 c正确 c 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 eb 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 ek2 ep2 ek1 ep1 ep ek或 ea eb 进行求解 拉紧 从静止开始释放b后 a可能达到的最大高度为 跟踪训练 3 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 图5 3 2 a h b 1 5h c 2h d 2 5h 答案 b 4 如图5 3 3所示 质量为m1的物体a经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2的物体b相连 弹簧的劲度系数为k a b都处于静止状态 一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮 一端连物体a 另一端连一轻挂钩 开始时各段绳都处于伸直状态 a上方的一段绳沿竖直方向 现在挂钩上挂一质量为m3的物体c并从静止状态释放 已知它恰好能使b离开地面但并不继续上升 若将c换成另一质量为 m1 m3 的物体d 仍从上述初始位置由静止状态释放 则这次b刚离地时d的速度的大小是多少 已知重力加速度为g 图5 3 3 解 开始时 a b都静止 设弹簧压缩量为x1 有kx1 m1g 挂上c并释放后 c向下运动 a向上运动 设b刚离开地时弹簧伸长量为x2 则有kx2 m2g b不再上升 表示此时a和c的速度为零 c已降到最低点 由机械能守恒定律可知 与初状态相比 弹簧弹性势能的增加量为 e m3g x1 x2 m1g x1 x2 c换成d后 当b刚离地时弹簧弹性势能的增加量与前一次相同 由机械能守恒有 热点机械能守恒定律与曲线运动结合 例题 2011年福建卷 如图5 3 4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 图5 3 4 解 1 质量为m的鱼饵到达管口c时做圆周运动的向心力 完全由重力提供 则 备考策略 多过程的曲线运动 近年各地的高考中频繁出现 这一类问题也经常和机械能守恒定律相结合 处理这一类问题要认真分析题意 看清有哪些过程 分析过程中力以及力做功的情况 判断机械能是否守恒 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 2011年清远清城区一模 在游乐节目中 选手需要借助 触类旁通 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 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 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 5所示 他们将选手简化为质量m 重力加速度g 10m s2 sin53 0 8 cos53 0 6 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 5 解 1 设选手在最低点时速度为v 根据机械能守恒 有 3 选手从最低点开始做平抛运动 设落点距最低点的水平 距离为x 有 因此 两人的看法均不正确 当绳长越接近1 5m时 落 点距岸边越远 易错点从能量转化观点解决机械能守恒问题 例题 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能不守恒 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 错因分析 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位置的过程中 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球下摆过程中 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 指点迷津 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少 动能增加 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 纠错强化 1 双选 如图5 3 7所示 细绳跨过定滑轮悬挂两个物体m和m 且m m 不计摩擦力及空气阻力 系统由静止开 始运动的过程中 图5 3 7 a m m各自的机械能分别守恒 b m减少的机械能等于m增加的机械能 c m减少的重力势能等于m增加的重力势