浙江省严州中学新安江校区高考物理 机械能守恒定律复习课件.ppt

2014高三物理新课标 严州中学新校区 20机械能守恒定律 重力势能和弹性势能两个概念是学习机械能守恒定律的基础 机械能守恒定律是高考命题的热点 它常与牛顿运动定律 曲线运动 电磁学问题综合考查 可命制选择题和综合性较强的计算题 本讲复习重点是理解重力势能和弹性势能的概念 明确机械能守恒定律的适用条件 掌握机械能守恒定律和运动的合成与分解 圆周运动等知识综合解题的方法 例1 如图所示 用轻弹簧相连的物块a和b放在光滑的水平面上 物块a紧靠竖直墙壁 一颗子弹沿水平方向射入物块b后留在其中 由子弹 弹簧和a b所组成的系统在下列依次进行的过程中 机械能守恒的是 a 子弹射入物块b的过程b 物块b带着子弹向左运动 直到弹簧压缩量最大的过程c 弹簧推着带子弹的物块b向右运动 直到弹簧恢复原长的过程d 带着子弹的物块b因惯性继续向右运动 直到弹簧伸长量达最大的过程 bcd 一 机械能守恒的判断 变式 如图所示 细绳跨过定滑轮悬挂两物体m和m 且m m 不计摩擦 系统由静止开始运动过程中 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增加的重力势能d m和m组成的系统机械能守恒 bd 1 利用机械能的定义判断 分析动能与势能的和是否变化 如 匀速下落的物体动能不变 重力势能减少 物体的机械能必减少 2 用做功判断 若物体或系统只有重力 或弹簧的弹力 做功 或有其他力做功 但其他力做功的代数和为零 机械能守恒 3 用能量转化来判断 若系统中只有动能和势能的相互转化 而无机械能与其他形式的能的转化 则系统的机械能守恒 4 对一些绳子突然绷紧 物体间非弹性碰撞等问题机械能一般不守恒 除非题中有特别说明或暗示 判断机械能是否守恒的方法 例2 如图所示 a b两个物体用轻质弹簧相连 静止在光滑水平面上 现同时对a b两物体施加等大反向的水平恒力f1 f2 使a b同时由静止开始运动 在运动过程中 对a b两个物体及弹簧组成的系统 下列说法正确的是 整个过程中弹簧不超过其弹性限度 a 机械能守恒b 机械能不断增加c 当弹簧伸长到最长时 系统的机械能最大d 当弹簧弹力的大小与f1 f2的大小相等时 a b两物体速度为零 c 机械能守恒定律的适用条件不是合外力等于零 本题中虽然系统整体受到的合外力为零 但f1 f2对系统做正功 根据机械能的增量等于重力和弹力以外的其他力做的功 故系统的机械能增加 变式题 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 弹性力做负功 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 abc 例 如图所示 斜面轨道ab与水平面之间的夹角 53 bd为半径r 4m的圆弧形轨道 且b点与d点在同一水平面上 在b点 斜面轨道ab与圆弧形轨道bd相切 整个轨道处于竖直平面内且处处光滑 在a点处有一质量m 1kg的小球由静止滑下 经过b c两点后从d点斜抛出去 最后落在地面上的s点时的速度大小vs 8m s 已知a点距地面的高度h 10m b点距地面的高度h 5m 设以mdn为分界线 其左边为一阻力场区域 右边为真空区域 g取10m s2 cos53 0 6 求 1 小球经过b点时的速度为多大 2 小球经过圆弧轨道最低处c点时对轨道的压力为多大 3 小球从d点抛出后 受到的阻力ff与其瞬时速度方向始终相反 求小球从d点到s点的过程中阻力ff所做的功 3 68j 1 10m s 2 43n 二 单个物体机械能守恒定律的应用 变式 由光滑细管组成的轨道如图所示 其中ab段和bc段是半径为r的四分之一圆弧 轨道固定在竖直平面内 一质量为m的小球 从距离水平地面高为h的管口d处静止释放 最后能够从a端水平抛出落到地面上 下列说法正确的是 bc 三 涉及链条 杆 绳的机械能守恒问题 绳索 链条类的物体在运动过程中将发生形变 其重心位置相对零势能面发生变化 确定其重心位置的变化是解题的关键 一般情况下可分段确定质量均匀分布的规则物体各部分的重心的位置 根据初末状态物体重力势能的变化求解 例2 如图所示 总长为l的光滑匀质铁链跨过一个光滑的轻小滑轮 开始时下端a b相平齐 当略有扰动时其一端下落 则在铁链刚脱离滑轮的瞬间 铁链的速度为多大 变式题 如图所示 轻杆长度为l 一端固定一个质量为m的可视为质点的小球 另一端穿过光滑的水平轴o 杆可绕轴o转动 把小球拉至转轴上方的a点 此时轻杆与水平方的向夹角为 由静止释放 则小球到达最低点b的速度为多大 其他条件不变 把轻杆换为细绳 则释放后小球到达最低点b的速度为多大 图5 3 10 c 如图所示 半径为r的光滑半圆弧轨道与高为10r的光滑斜轨道放在同一竖直平面内 两轨道之间由一条光滑水平轨道cd相连 水平轨道与斜轨道间有一段圆弧过渡 在水平轨道上 轻质弹簧被a b两小球挤压 处于静止状态 同时释放两个小球 a球恰好能通过圆弧轨道的最高点a b球恰好能到达斜轨道的最高点b 已知a球质量为m1 b球质量为m2 重力加速度为g 求 1 a球离开弹簧时的速度大小va 2 b球离开弹簧时的速度大小vb 3 释放小球前弹簧的弹性势能ep 四 连接体的机械能守恒问题 在应用机械能守恒定律求解连接体问题时 要注意以下问题 1 灵活地选取研究对象 应用机械能守恒定律必须准确地选择研究对象 研究对象可选整体也可选一部分物体组成的系统 研究对象选择得当则机械能守恒 研究对象选择不得当则机械能不守恒 2 判断选定的研究对象的机械能是否守恒 常从做功的角度或能量转化的角度考虑 3 物理过程的选取 选取物理过程必须遵循两个基本原则 一要符合求解要求 二要尽量使求解过程简化 可对全过程应用机械能守恒定律列式求解 但有时则必须将全过程分解成几个阶段 然后再分别应用机械能守恒定律求解 例3 如图所示 在竖直平面内有轨道abcde 其中bc是半径为r的四分之一圆弧轨道 ab ab r 是竖直轨道 ce是水平轨道 cd r ab与bc相切于b点 bc与ce相切于c点 轨道的abcd段光滑 de段粗糙且足够长 一根长为r的轻杆两端分别固定着质量均为m的两个相同小球p q 视为质点 将轻杆锁定在图示位置 并使q与b等高 现解除锁定释放轻杆 轻杆将沿轨道下滑 q球经过d点后 继续滑行距离s停下 s r 重力加速度为g 求 1 小球与de段之间的动摩擦因数 2 q球到达c点时的速度大小 变式题 如图所示 倾角 30 的粗糙斜面固定在地面上 长为l 质量为m 粗细均匀 质量分布均匀的软绳置于斜面上 其上端与斜面顶端齐平 用细线将物块与软绳相连 物块由静止释放后向下运动 直到软绳刚好全部离开斜面 此时物块未到达地面 在此过程中 bd 6 4动能定理的应用 1 6 h 2 73m 7 1 a 5 2m s2 2 vc 10m s 3 x 4m 8 1 vc 5m s 2 fnd 1 6n 3 t 2s 9 1 2 方向向下 3 10 1 h 10m 2 小球能过o点 3 v 10m s 原长 伸长 b刚要离地 b刚要离地 b落地前 b落地后vb 0 6 5机械能守恒定律 1 9 14j10 11 12 1 sab 20 25m 2 v 7m s 3 w 510j 13 1 fn 30n 2 t 0 3s 6 4动能定理的应用 2 1 1 2 fn 1800n 3 wf 30960j 2 1 2 当h 2 75m时水平距离最远s 5 5m 3 1 wf 9100j 2 xbc 32m 3 xde 4 1 g 5m s2 r 0 2m 2 6 4动能定理的应用 2 5 1 m 0 2kg r 1m 2 600 3 6 1 2 3 方向向上 6 5机械能守恒定律 1 9 14j10 11 12 1 sab 20 25m 2 v 7m s 3 w 510j 13 1 fn 30n 2 t 0 3s 一圆环a套在一均匀圆木棒b上 a的高度相对b的长度来说可以忽略不计 a和b的质量都等于m a和b之间的滑动摩擦力为f f mg 开始时b竖直放置 下端离地面高度为h a在b的顶端 如图所示 让它们由静止开始自由下落 当木棒与地面相碰后 木棒以竖直向上的速度反向运动 并且碰撞前后的速度大小相等 设碰撞时间很短 不考虑空气阻力 问 在b再次着地前 要使a不脱离b b至少应该多长 如图所示 一轻绳绕过无摩擦的两个轻质小定滑轮o1 o2和质量mb m的小球连接 另一端与套在光滑直杆上质量ma