四川省宜宾市一中高中物理《机械能守恒》课件.ppt

第3讲机械能守恒定律及其应用 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 公式 ep 矢标性 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上大还是小 这与功的正 负的物理意义不同 路径 高度差 机械能 mgh 标量 参考平面 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 重力势能的变化是的 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 大小 弹簧的弹性势能的大小与弹簧的及有关 2 弹力做功与弹性势能变化的关系 弹力做 弹性势能减小 弹力做负功 弹性势能 物体 地球 参考平面 绝对 无关 减少 增加 等于 ep 形变量 劲度系数 正功 增加 针对训练 1 蹦极 是一项非常刺激的体育运动 如图5 3 1所示 运动员身系弹性绳自高空中q点自由下落 图中a是弹性绳的原长位置 c是运动员所到达的最低点 b是运动员静止地悬吊着时的平衡位置 则 a 由q到c的整个过程中 运动员的动能及重力势能之和守恒b 由a下降到c的过程中 运动员的动能一直减小c 由a下降到c的过程中 运动员的动能先增大后减小d 由a下降到c的过程中 弹性绳的弹性势能一直增大 解析 由q到c的整个过程中 运动员的动能 重力势能和弹性绳的弹性势能之和守恒 a错误 由a下降到c的过程中 运动员的动能先增大后减小 b错误 c正确 由a下降到c的过程中 弹性绳的伸长量不断增加 故弹性势能一直增大 d选项也正确 答案 cd 1 内容在只有做功的物体系统内 动能和势能可以互相 而总的机械能保持 2 机械能守恒的条件只有或做功 重力或弹力 转化 不变 重力 弹力 针对训练 2 如图5 3 2所示 小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上 在将弹簧压缩到最短的整个过程中 下列关于能量的叙述中正确的是 a 重力势能和动能之和总保持不变b 重力势能和弹性势能之和总保持不变c 动能和弹性势能之和总保持不变d 重力势能 弹性势能和动能之和总保持不变 解析 在小球与弹簧相互作用过程中 重力势能 弹性势能和动能相互转化 总和保持不变 d正确 重力势能一直减小 故动能和弹性势能之和一直增大 c错误 动能先增大后减小 故重力势能与弹性势能之和先减小后增大 b错误 因弹性势能一直增大 故重力势能与动能之和一直减小 a错误 答案 d 1 守恒条件机械能守恒的条件是只有重力 弹力做功 可以从以下三方面理解 1 只受重力作用 例如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动 物体的机械能守恒 2 受其他力 但其他力不做功 只有重力或弹力做功 3 弹力做功伴随着弹性势能的变化 并且弹力做的功等于弹性势能的减少量 2 几种常见情况分析 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 2013届银川一中检测 在如图5 3 3所示的物理过程示意图中 甲图为一端固定有小球的轻杆 从右偏上30 角释放后绕光滑支点摆动 乙图为末端固定有小球的轻质直角架 释放后绕通过直角顶点的固定轴o无摩擦转动 丙图为置于光滑水平面上的a b两小车 b静止 a获得一向右的初速度后向右运动 某时刻连接两车的细绳绷紧 然后带动b车运动 丁图为置于光滑水平面上的带有竖直支架的小车 把用细绳悬挂的小球从图示位置释放 小球开始摆动 则关于这几个物理过程 空气阻力忽略不计 下列判断中正确的是 a 甲图中小球机械能守恒b 乙图中小球a的机械能守恒c 丙图中两车组成的系统机械能守恒d 丁图中小球的机械能守恒 解析 甲图过程中轻杆对小球不做功 小球的机械能守恒 乙图过程中a b两球通过杆相互影响 例如开始时a球带动b球转动 轻杆对a的弹力不沿杆的方向 会对小球做功 所以每个小球的机械能不守恒 但把两个小球作为一个系统时机械能守恒 丙图中绳子绷紧的过程虽然只有弹力作为内力做功 但弹力突变有内能转化 机械能不守恒 丁图过程中细绳也会拉动小车运动 取地面为参考系 小球的轨迹不是圆弧 细绳会对小球做功 小球的机械能不守恒 把小球和小车当做一个系统 机械能才守恒 答案 a 即学即用 1 2013届铜川模拟 如图5 3 4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 a 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 小球重力势能减少量等于斜劈动能的增加量 解析 不计一切摩擦 小球下滑时 小球和斜劈组成的系统只有小球重力做功 系统机械能守恒 故b正确 c错误 小球重力势能的减少量应等于小球和斜劈动能的增加量之和 d错误 斜劈对小球的弹力与小球位移间夹角大于90 故此弹力做负功 a错误 答案 b 即学即用 2 2013届渭南模拟 如图5 3 6所示 一固定在竖直平面内的光滑的半圆形轨道abc 其半径r 0 5m 轨道在c处与水平地面相切 在c处放一小物块 给它一水平向左的初速度v0 5m s 结果它沿cba运动 通过a点 最后落在水平地面上的d点 求c d的距离x 重力加速度g取10m s2 答案 1m 应用机械能守恒定律解题时 常会遇到由多个物体组成的系统问题 这时应注意选取研究对象 分析研究过程 判断系统的机械能是否守恒 列方程时还要注意分析物体间的速度关系和位移关系 如图5 3 7所示 跨过同一高度处的定滑轮的细线连接着质量相同的物体a和b a套在光滑水平杆上 定滑轮离水平杆的高度h 0 2m 开始时让连着a的细线与水平杆的夹角 1 37 由静止释放b 当细线与水平杆的夹角 2 53 时 a的速度为多大 在以后的运动过程中 a所获得的最大速度为多大 设b不会碰到水平杆 sin37 0 6 sin53 0 8 取g 10m s2 潜点探究 1 a b之间只有动能和势能转化 可考虑系统机械能守恒 2 连a的细线与水平杆夹角 1 37 2 53 可由几何关系求出物体b下落高度 3 线长一定 90 a加速 90 a减速 90 时 a的速度最大 答案 见规范解答 即学即用 3 2012 上海高考 如图5 3 8 可视为质点的小球a b用不可伸长的细软轻线连接 跨过固定在地面上半径为r的光滑圆柱 a的质量为b的两倍 当b位于地面时 a恰与圆柱轴心等高 将a由静止释放 b上升的最大高度是 a 2rb 5r 3c 4r 3d 2r 3 答案 c 重力势能 弹性势能与机械能守恒的判断1 2011 新课标全国高考 一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落 到最低点时距水面还有数米距离 假定空气阻力可忽略 运动员可视为质点 下列说法正确的是 a 运动员到达最低点前重力势能始终减小b 蹦极绳张紧后的下落过程中 弹力做负功 弹性势能增加c 蹦极过程中 运动员 地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒d 蹦极过程中 重力势能的改变与重力势能零点的选取有关 解析 到达最低点前高度始终在降低 所以重力势能始终减小 故a正确 绳张紧后的下落过程 伸长量逐渐增大 弹力做负功 弹性势能增大 故b正确 在蹦极过程中 只有重力与系统内弹力做功 故系统机械能守恒 c正确 重力势能的改变与重力做功有关 重力做功只与始末位置高度差有关 与零势能面的选取无关 故d错误 答案 abc 答案 c 答案 ab 弹簧弹性势能与机械能守恒5 2011 福建高考 如图5 3 11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