天之骄子高考物理一轮总复习 第5章 机械能 第3节 机械能守恒定律课件 新人教版.ppt

2017高三一轮总复习 物理 必修二 第五章机械能 第三节机械能守恒定律 栏目导航 基础知识整合 热门考点研析 方法技巧归纳 考题随堂演练 基础知识整合 小球甲从真空中自由下落 完全相同的小球乙在黏性较大的液体中由静止开始下落 他们都由高度为h1的地方下落到高度为h2的地方 两种情况下 重力做功相等吗 重力势能的变化相等吗 动能变化相等吗 机械能守恒吗 思路引导 1 重力做功与运动路径有关吗 与其他力的存在有关吗 2 重力势能和重力做功的功能关系 机械能守恒的条件是什么 解析 本题是教材中的思考讨论内容 考查了重力做功与重力势能的关系和机械能守恒的判断 重力做功与运动路径无关 只与初 末位置有关 两种情况下 重力做功相等 为w mg h1 h2 重力做功等于重力势能的减少量 重力做功相等 则重力势能的变化相等 小球甲在运动过程中 只有重力做功 机械能守恒 小球乙在运动过程中受到阻力作用 阻力做功 机械能不守恒 故两种情况下 动能变化不相等 重力势能1 重力做的功物体的高度发生变化时 重力做功 物体被举高时 重力做 功 物体下落时 重力做 功 2 重力势能 1 定义 物体由于被举高而具有的能量 2 大小 重力势能等于物体所受的 与所处 的乘积 表达式为ep 3 单位 与功的单位相同 知识点1 负 正 重力 高度 mgh 焦耳 3 重力势能的相对性对于选定的参考平面而言 物体处于参考平面的 时 重力势能为正值 物体处于参考平面的 时 重力势能为负值 在参考平面上 物体的重力势能等于 4 势能是系统所共有的重力势能是 和物体所组成的系统所共有的 上方 下方 零 地球 弹性势能1 定义 发生 的物体的各部分之间 由于有弹力的相互作用 也具有势能 这种势能叫弹性势能 2 对弹性势能的理解 1 弹性势能是发生弹性形变物体上的所有质点 因 改变而具有的能量 因而也是对系统而言的 2 弹性势能也是 的 其大小在选定了零势能点后才有意义 对弹簧 一般选弹簧自由长度时为零势能点 3 弹性势能的决定因素 形变量的大小和材料的构成特点 长短 粗细等 4 用力拉或压弹簧时 外力克服弹力做功 弹簧的弹性势能 知识点2 弹性形变 相对位置 相对 增加 机械能守恒定律1 内容在只有 或 做功的物体系统内 动能与势能可以相互转化 而总的机械能保持不变 2 守恒条件 1 物体只受 比如 自由落体运动 平抛运动 2 物体受其他力作用 其他力不做功 只有 做功 动能和势能相互转化 3 物体受其他力作用 其他力做功 但是做功的 只要满足上述条件之一 其机械能一定守恒 知识点3 重力 弹力 重力作用 重力 弹簧弹力 代数和为零 3 守恒表达式 1 守恒观点 ek1 ep1 或是e1 e2 注意零势能面的选取 2 转化观点 ek 3 转移观点 ea ek2 ep2 ep eb 特别提醒运用守恒表达式时 其中e1 e2分析的是物体或系统初态的机械能等于末态的机械能 由于机械能的相对性 必须选取零势能面 这样问题显得比较复杂 在转化或是转移的表达式中 强调的是物体或系统机械能的变化 不需要零势能面的选取 这样解决问题比较简便 热门考点研析 机械能守恒的判断方法1 用做功来判断 分析物体的受力和做功情况 明确只有重力或是弹簧弹力做功 或是其他力做功的代数和为零 则机械能守恒 2 用能量转化来判断 物体或是系统在运动过程中 只有动能和势能的相互转化 没有机械能向其他形式能量的转化 或是只有机械能从一个物体向另一个物体的转移 则物体或是系统的机械能守恒 3 对于一些特定的模型 比如 绳子突然绷紧 物体间的碰撞的问题 其机械能不守恒 题目明确交代不计机械能损失的情况除外 机械能守恒的判断 考点1 如图所示 一物体以初速度v0冲向光滑斜面ab 并能沿斜面升高h 下列说法中正确的是 a 若把斜面从c点锯断 由机械能守恒定律可知 物体冲出c点后仍能升高h 例1 b 若把斜面变成圆弧形ab 物体仍能沿ab 升高hc 无论是把斜面从c点锯断或把斜面弯成圆弧形 物体都不能升高h 因为机械能不守恒d 无论是把斜面从c点锯断或把斜面弯成圆弧形 物体都不能升高h 但机械能守恒 思路引导 1 机械能守恒的条件是什么 物体做圆周运动的条件是什么 2 满足机械能守恒的圆周运动 一定可以实现吗 答案 d 总结提升 对于物体在轻绳 光滑轨道等的约束下在竖直平面内做圆周运动的问题 物体不仅要遵循机械能守恒 还要受向心力大小的制约 多选 如图所示 光滑圆管固定在竖直平面内 有一小球在管内做圆周运动 忽略空气阻力 小球在运动过程中 a 动能不断变化b 机械能不守恒c 重力势能不断变化d 只有重力对小球做功解析 小球在光滑圆管内做圆周运动时 动能和重力势能相互转化 只有重力做功 机械能守恒 a c d选项正确 答案 acd 针对训练1 应用机械能守恒定律解题的思路1 选取研究对象2 守恒判断根据研究对象所经历的过程 进行受力情况分析 做功情况分析 判断机械能是不是守恒 3 选取合适的机械能守恒定律的关系式 1 初 末状态的机械能相等 ek1 ep1 ek2 ep2 注意零势能面的选取 2 动能的变化量等于势能的变化量 ek ep 单个物体机械能守恒 考点2 游乐场的过山车可以底朝上的在圆轨道上运行 游客却不会掉下来 如图甲 我们把这种情况抽象为图乙的模型 弧形轨道的下面与竖直轨道相接 使小球从弧形轨道上端滚下 小球进入圆轨道下端后沿圆轨道运动 其中m n分别为圆轨道的最低点和最高点 已知圆轨道的半径为r 4 0m 小球质量为m 2 0kg 改变小球无初速度下滑时距离水平面的高度h 在m n两个位置分别安装了压力传感器用来测量小球经过时对轨道的压力 不计一切阻力 g取10m s2 问 例2 1 若某次小球从h1 12m处无初速度滑下 则经过m点时传感器的示数是多少 2 若某次小球经过n点时压力传感器的示数为0 那么小球释放点的高度h2为多少 3 试推导小球经过n点时压力传感器示数f0与h的函数关系式 思路引导 1 小球从高处滑下 做何种运动 通过最高点的条件是什么 2 小球运动过程中机械能守恒吗 如何求解f0与h的关系 答案 1 140n 2 10m 3 f0 10h 5 总结提升 机械能守恒定律是机械能范畴内的能量守恒定律 强调的是机械能内部能量的转化 其守恒是有条件的 解题前先要判断研究对象的机械能是否守恒 1 物体运动到b点时的速度 2 物体到达b点时的加速度a1及刚离开b点时的加速度a2 3 物体落地点到b点的距离s 针对训练2 系统机械能守恒问题的分析方法1 对多个物体组成的系统要注意判断物体运动过程中 系统的机械能是否守恒 2 注意绳或杆相连的物体间的速度关系和位移关系 3 列机械能守恒方程时 一般选用 ek ep或 ea eb的表达式 系统机械能守恒 考点3 2015年天津高考 如图所示 固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环 圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接 弹簧的另一端连接在墙上 且处于原长状态 现让圆环由静止开始下滑 已知弹簧原长为l 圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2l 未超过弹性限度 则在圆环下滑到最大距离的过程中 a 圆环的机械能守恒c 圆环下滑到最大距离时 所受合力为零d 圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变 思路引导 1 物体机械能守恒的条件是什么 圆环机械能守恒吗 2 圆环和弹簧组成的系统机械能守恒吗 例3 答案 b 总结提升 解决机械能守恒的问题 应注意以下几点 1 对研究对象所参与的运动过程进行准确的分析 判断机械能是否守恒 哪个过程守恒 2 选用合适的关系式求解 研究单个物体采用公式e初 e末和 ek ep 研究多个物体组成的系统时 采用公式e初 e末 ek ep以及 ea eb 有一固定的光滑直杆 设直杆与水平面的夹角为53 杆上套有一个质量m 2kg的滑块a 1 只有滑块a存在的情况下 滑块a从o点由静止释放 下滑了位移为x 1m后到达p点 求此时滑块a的速率 针对训练3 答案 1 4m s 2 5m s 方法技巧归纳 机械能守恒定律在 链条类和轻杆类 问题中的应用1 链条类问题的处理方法关于绳索 链条之类的问题 由于在研究过程中物体常发生形变 重心位置相对物体来说并不是固定不变的 正确确定重心的位置 往往是解决该类问题的关键 一般情况下 先分别考虑各部分的重力势能 然后将各部分的重力势能之和作为整体的重力势能 2 轻杆问题的特点 1 明确轻杆转轴的位置 确定两球的线速度的关系 2 杆对球的作用力方向不一定沿着杆 杆的作用力对物体做功 单个物体机械能不守恒 3 杆对物体甲做正功 甲的机械能增加 杆对物体乙做负功 乙的机械能减小 1 若b球质量也为m 求此时杆对b球的弹力大小 2 若b的质量为3m 由静止释放轻杆 求b球由初始位置到达n点的过程中 轻杆对b球所做的功 思路引导 1 b球处于何种状态 如何根据共点力的平衡知识求解杆对b球的弹力大小 2 两小球机械能是否守恒 如何应用系统机械能守恒知识求解杆对b球做的功 例4 解析 1 b球处于平衡状态 分析受力如图所示 如图所示 一条长为l的柔软匀质链条 开始时静止在光滑梯形平台上 斜面上的链条长为x0 已知重力加速度为g lx0 针对训练4 考题随堂演练 1 2016届雁峰区期末 下列关于机械能守恒的说法中正确的是 a 做匀速运动的物体 其机械能一定守恒b 做匀加速运动的物体 其机械能一定不守恒c 做匀速圆周运动的物体 其机械能一定守恒d 除重力和弹力做功外 没有其他力做功 系统的机械能守恒解析 机械能守恒的条件是只有重力或弹簧的弹力做功时 或物体可以受其他力 但其他力不做功或做功的代数和为零 d选项正确 竖直向上做匀速直线运动的物体动能不变 重力势能增加 则机械能增加 a选项错误 做匀加速运动的物体 动能增加 重力势能减少 其机械能可能守恒 比如自由落体运动 b选项错误 物体在竖直平面内做匀速圆周运动 动能不变 重力势能在改变 则机械能不守恒 c选项错误 答案 d 2 2016届娄星区模拟 从地面竖直上抛两个质量不同的小球 设它们的初动能相同 当上升到同一高度时 不计空气阻力 选抛出点为参考面 则 a 所具有的重力势能相等b 所具有的动能相等c 所具有的机械能不等d 所具有的机械能相等解析 竖直上抛运动中 只有重力做功 机械能守恒 初态时 小球的动能相同 故机械能相等 末态时 上升到同一高度 小球的机械能相等 c选项错误 d选项正确 由于小球质量不同 故末态重力势能不等 所具有的动能不等 a b选项错误 答案 d 3 多选 2016届廊坊期末 如图 物体从某一高度自由下落到竖直立于地面的轻质弹簧上 在a点时物体开始与弹簧接触 到b点时物体速度为零 则从a到b的过程中 物体 a 动能一直减小b 重力势能一直减小c 所受合外力先增大后减小d 动能和重力势能之和一直减小解析 物体从a到b的过程中 重力做正功 重力势能减小 b选项正确 物体所受合外力先减小后增大 速度先增大后减小 动能先增大后减小 a c选项错误 物体和弹簧组成的系统只有重力和弹簧弹力做功 系统机械能守恒 整个过程中 弹性势能逐渐增大 动能和重力势能之和一直减小 d选项正确 答案 bd a 只要h大于r 释放后小球就能通过a点b 只要改变h的大小 就能使小球通过a点后 既可能落回轨道内 又可能落到de面上c 无论怎样改变h的大小 都不可能使小球通过a点后落回轨道内d 调节h的