(浙江专用)高考物理大二轮复习专题二能量与动量8机械能守恒和能量守恒定律课件

1、第8讲机械能守恒和能量守恒定律机械能守恒定律解决实际问题【典题1】（2018年3月台州选考质量评估）蹦极是一项极限活动。 如图所示，游客站在平台上用橡皮绳固定住身体后由静止下落，触 地前弹起,然后反复弹起落下。不计空气阻力和橡皮绳的质量，在 第一次下落过程中（ ）A. 游客一直处于完全失重状态B. 橡皮绳刚绷紧时，游客的动能最大C. 游客的机械能先保持不变，后逐渐减小D. 游客下落到最低点时，橡皮绳的弹性势能大于游客减少的重力势能（答案:C1解析:游客先加速失重，后减速超重，故A错误;橡皮绳刚绷紧时，拉 力仍小于重力，仍向下加速，直到拉力等于重力后才开始减速，故B错 误;橡皮绳刚绷紧前，游客做

2、自由落体运动,机械能守恒;橡皮绳绷紧 后，游客机械能开始转化为橡皮绳弹性势能，游客机械能越来越小， 故C正确;最低点处游客的动能为0,而游客和橡皮绳组成的系统机 械能守恒，所以游客重力势能全部转化为橡皮绳弹性势能，二者变 化量相等，故D错误。解题技法（1）系统不包括弹簧（或橡皮绳）时，弹簧（或橡皮绳）的弹力对系统做功，系统机械能要发生变化;系统包括弹簧（或橡皮绳）时, 弹簧（或橡皮绳）的弹性势能包含在系统的机械能中。（2）绳牵引物体转动，绳的拉力与速度方向始终垂直，不做功。（3）系统机械能守恒时无摩擦力做功。摩擦力做功会产生热量，不 能再完全转化为机械能。当堂练1质量为加的物体以速度切离开桌面

3、，如图所示,当它经过A点时，所具有的机械能是（以桌面为参考平面，不计空气阻力）（）Amv02+mghBmvQ 2 -mgh21 ?C - mv0 +mg（H-h）.plmvo2关闭选择桌面为零势能面，开始时机械能为E=O+mvo2 = |mv02,由于不计空气阻力，物体运动过程中机械能守恒，则经过A点时，所具有的关闭解析答案能量守恒定律解决实际问题【典题2】人们为了探索月球表面的物理环境，在地球上制造了月球探测车。假设，月球探测车质量为2.0X102 kg,在充满电的情况 下，探测车在地球上水平路面最大的运动距离为1.0X103 m，探测车1运动时受到地表的阻力为车重的厂且探测车能以恒定功率1

4、.6X103 W运动(空气阻力不计)。登月后，探测车在一段水平路面上以相同的恒定功率从静止启动，经过50 s达到最大速度，最大速度 值为12 m/s，此时发现在探测车正前方6.9X 103 m处有一凸起的小高坡，坡顶高为24 mo已知地球表面的重力加速度取10 m/s?，月球 表面重力加速度为地球的&。试求：月球探测车电板充满电后的总电能;(2) 月球表面水平路面对探测车的阻力与车重的比例系数；(3) 假设探测车在爬上小高坡过程中需要克服摩擦阻力做功 12 X10 4 J，请分析判断探测车能否爬到坡顶。答案：(1)1X1O6J (2)0.4 (3)不能1解析：(1)总电能E=pimg-s=-m

5、g-s 二 1 X106J(2) 在月球上有尸予切g%,可得“=0.4(3) 达到最大速度时，月球车剩下的电能E、=EPt=92 X105J 达到最大速度时，月球车可用能量为E2=Ei+- mvm 2 =9.344x 105J2月球车从此处到达小高坡顶端需要的最小能量Epimgx+mgh+Wf=9A X105 J由于&艮，故月球车所剩电能不足以支持车子爬上小高坡。解题技法1对功能关系的进一步理解(1) 做功的过程就是能量转化的过程,不同形式的能量发生转化是 通过做功来实现的。(2) 功是能量转化的量度，功和能的关系，一是体现在不同的力做 功，对应不同形式的能转化;二是做功的多少与能量转化的多少

6、在 数值上相等。2 运用能量守恒定律解题的基本思路选定研究的系统一确定初、末态（分析状态变化过程中 过程分析一彳哪种形式的能量减少,（哪种形式的能量增加（能量的减小量与能量 利用能量守恒定律列方程一的增加量一定相等，（即AE减=宀增当堂练2(2018年杭州高考命题比赛卷)如图所示，在同一竖直平面内，一轻质弹簧一端固定，另一自由端恰好与水平线平齐，静止放于倾角为53。的光滑斜面上。长为L=9cm的轻质细绳一端固 定在O点，另一端系一质量为m- kg的小球，将细绳拉至水平，使小 球在位置C由静止释放，小球到达最低点、D时，细绳刚好被拉断。之 后小球在运动过程中恰好沿斜面方向将弹簧压缩，弹簧的最大压

7、缩量为兀=5 cmo (g取 10 m/s2,sin 53二0&cos 53二0.6)求:细绳受到的拉力的最大值；(2)D点到水平线的高度加弹簧所获得的最大弹性势能垢。 答案：(1)30 N (2)0.16 m (3)2.9 J解析:小球由C点到D点，由机械能守恒定律得mgLmv12 乙解得 vi=y/2gL2在D点由牛顿第二定律得F讪g=m牛解得F=30 N由牛顿第三定律知细绳受到的最大拉力为30No(2) 由D点到A点小球做平抛运动Mvy2=2ghtan 53 =联立解得h=0.16 m。(3) 小球从C点到将弹簧压缩至最短的过程中，小球与弹簧组成 的系统机械能守恒，则Ep=mg(L+h+

8、xsin 53 )代入数据解得Ep=29J。解析:根据公式v2=2ax,可知物体加速度关系a甲S乙，再由牛顿第 二定律/nmgcos0-mgsin3=ma,得知“甲乙，故A不正确。传送带对 小物体做的功等于小物块机械能的增加量，动能增加量相等，重力势能的增加量也相同，故两种传送带对小物体做功相等，故B不正确。 由摩擦生热Q=Ffs把对知,题图甲中* =-ij2H-h=Ff r,Ffi -mgsin3=ma i图 乙中 0 乙=Ff2$2=Ff2Ff2 sm 02sin 0sin 02mgsin0=mci2二解得 Q 甲=mgH+-mv2,Q 乙二mg(H-h)+-mv2,2就22Q甲0乙。根据

9、能量守恒定律，电动机消耗的电能E电等于摩擦产生的热量0 与物块增加机械能之和個物块两次从A到B增加的机械能相同，。甲 0乙,所以将小物体传送到B处，两种传送带消耗的电能甲更多，故C 正确Q错误。解题技法解决该题关键要能够对物块进行受力分析，运用运动学 公式和牛顿第二定律找出加速度和摩擦力的关系。注意传送带消 耗电能和摩擦生热的关系及求法。当堂练3如图所示，质量m=0.5 kg的小物块从A点沿竖直光滑的 圆弧轨道，以杉二2 m/s的初速度滑下，圆弧轨道的半径R=0.25 m，末 端B点与水平传送带相切，物块由B点滑上粗糙的传送带。当传送 带静止时，物块滑到传送带的末端C点后做平抛运动,落到水平地

10、面b上的点，已知C点到地面的高度力二5 m，C点到D虽的水平距离“二1 m，g 取 10 m/s物块滑到圆弧轨道底端时对轨道的压力。 物块与传送带之间产生的内能。(3)若传送带顺时针匀速转动，则物块最后的落地点可能不在D点。 试讨论物块落地点到C点的水平距离X与传送带匀速运动的速度的 关系。沖答案：(1)23N,方向竖直向下(2)21 (3)见解析o 求：解析:物块从A到B的过程中，由动能定理得mgR=mvB2-mvA2,解得vb=3 m/s2在B点，由牛顿第二定律得得F二23 NR由牛顿第三定律得，物块对轨道的压力F=23 N,方向竖直向下。(2) 物块从C到Z),由平抛运动规律得xi=vc

11、?,/z=|Z2, 解得 vc=l m/s,t=i s从B到C由能量守恒定律得Q=mvB2 -mvc解得Q=2J(3) 传送带固定时，物块从B到C由运动学规律有-2aL=vc2 vB2 传送带转动时，若物块一直加速，有2aL=vct2-vB2解得 vcV17 m/s讨论:当 OvuWl m/s 时x=vct= 1 m 当1m/s时丸二山即兀在数值上等于v 当 vV17 m/s 时=vcrt=V17 m、弹簧相关问题【典题4】如图所示,小球在竖直向下的力F作用下，将竖直轻弹 簧压缩，若将力F突然撤去,小球将向上弹起并离开弹簧，直到速度为 零时为止。不计空气阻力，则小球在上升过程中（）owwwv4

12、A. 小球的动能先增大后减小，弹簧弹性势能转化成小球的动能B. 小球在离开弹簧时动能达到最大值C. 小球动能最大时弹簧弹性势能为零D. 小球、弹簧与地球组成的系统机械能守恒答案:D解析:撤去外力刚开始的一段时间内,小球受到的弹力大于重力, 合力向上，小球向上加速运动，随着弹簧形变量的减小，弹力减小，后 来弹力小于重力，小球做减速运动，离开弹簧后，小球仅受重力作用 而做竖直上抛运动。由此可知，小球的动能先增大后减小，弹簧弹 性势能转化为小球的动能和重力势能，故A错误。由A分析可知，小 球先做加速度减小的加速运动，当弹力等于重力时,a=0,速度最大, 动能最大，此后弹力小于重力，小球做加速度增大的

13、减速运动，直到 弹簧恢复原长时，小球飞离弹簧，故小球在离开弹簧时动能不是最 大，小球动能最大时弹性势能不为零，故B、C错误。在整个运动过 程中,小球、弹簧与地球组成的系统只有重力与弹力做功,系统机 械能守恒，故D正确。解题技法解决本题的关键是会通过物体的受力判断物体的运动, 知道弹力和重力相等时，速度最大。理解好机械能守恒的条件是： 只有重力或弹力做功，但是有弹力做功时是物体与弹簧组成的系统 机械能守恒,单对物体或弹簧来说，机械能不守恒。这点可能是容 易出错的地方。当堂练4 如图，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，刚接触 轻弹簧的瞬间速度是5 m/s,接触弹簧后小球速度u和弹簧缩短的长关闭 曲题图可知,小球的速度先增大后减小故小球的动能先增大后减小，故A 正确;小球下落时,当重力与弹簧弹力平衡时小球的速度最大故此时小球 受到的弹力为2 N,所以B正确;在小球下落过程中至弹簧压缩最短时，只有 重力和弹簧弹力做功，故小球与弹簧组成的系