(新教材)高中物理人教版必修第二册素养课件：专题三-动能定理和机械能守恒定律的应用-

1、专题三动能定理和机械能守恒定律的应用 主题一动能定理的应用【生活情境】如图所示，风力发电与龙卷风。【问题探究】风力发电是一种重要的节能方法，风力发电的效率与哪些因素有关？龙卷风给人类带来了极大的灾难，龙卷风为什么具有那么大的能量呢？提示：风力发电的效率跟风速、传动系统、发电机、叶片以及控制系统有关。龙卷风的旋转速度非常快，风速非常大。两种现象都跟速度有关。风具有动能。【结论生成】1.动能的性质：(物理观念)(1)相对性：选取不同的参考系，物体的速度不同，动能也不同，一般以地面为参考系。(2)状态量：动能是表征物体运动状态的物理量，与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应。(3)标量性：只有大

2、小，没有方向；只有正值，没有负值。2.动能定理的分析：(科学思维)(1)动能变化量：物体动能的变化是末动能与初动能之差，即Ek= (2)物理意义：若Ek0，表示物体的动能增加；若Ek0，表示物体的动能减少。【典例示范】如图所示，人拉着细绳的一端由A走到B，使质量为m的物体匀速上升。已知A、B两点间的水平距离为s，细绳与水平方向的夹角已在图中标出，不计滑轮的摩擦，求人的拉力所做的功。【解析】设滑轮高度为H，根据几何关系得：s= 物体上升的高度h= 根据动能定理得：W-mgh=0-0解得：W= mgs。答案：W= mgs【探究训练】1.(多选)如图所示，质量m=1 kg的物块在水平恒力F=20 N

3、的推动下，从粗糙斜面底部A处由静止开始运动至高h=6 m的B处，用时t=2 s。到达B处时物块的速度大小为v=10 m/s，重力加速度g取10 m/s2。不计空气阻力，则()A.A、B之间的水平距离为8 mB.物块与斜面间的动摩擦因数为0.25C.推力F对物块做的功为120 JD.物块克服摩擦力做的功为50 J【解析】选A、B、D。根据x= t，解得x=10 m，则AB之间的水平距离d= m=8 m，选项A正确；斜面倾角为=37，则由动能定理：Fd-mgh-(mgcos+Fsin)x= mv2，代入数据解得=0.25，选项B正确；推力F的功：WF=Fd=208 J=160 J，选项C错误；克服

4、摩擦力做功：Wf=(mgcos+Fsin)x=0.25(100.8+200.6)10 J=50 J，选项D正确；故选A、B、D。2.如图，传送带与水平面之间的夹角为=30，其上A、B两点间的距离为L=10 m，传送带在电动机的带动下以v=5 m/s的速度匀速运动，现将一质量为m=10 kg的小物体(可视为质点)轻放在传送带的A点，已知小物体与传送带之间的动摩擦因数= ，在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中，求：(g取10 m/s2)(1)小物体运动到B点需要多少时间。(2)传送带对小物体做的功。(3)与没有放小物体相比，在小物体从A到B的过程中，电动机多做多少功。【解析】(1)物体放上传送

5、带后，由于刚开始一段时间内，物体的速度小于传送带的速度，所以物体相对于传动带向后运动，所以受到沿传送带向前的摩擦力，故物体受到的合力为：mgcos30-mgsin30= mg根据牛顿第二定律可得，物体运动的加速度为a= 当物体的速度达到和传送带的速度相同时，两者之间没有相对运动趋势，一起做匀速直线运动，因为物体从静止开始运动，所以v=at1，得t1= s=2 s，根据公式x= 可得，物体的加速位移x1=5 m故物体做匀速直线运动位移是x2=L-x1=5 m所以物体做匀速直线运动的时间为t2= =1 s，所以物体从A到B的时间为t=t1+t2=3 s(2)传送带对物体做的功为W1= mv2+mg

6、h= mv2+ mgL=( 1025+10105) J=625 J(3)如果没有放小物体，电动机就不需要克服摩擦力做功，所以在小物体从A到B的过程中，电动机做功为W=W1+mgx1cos30=625 J+375 J=1 000 J答案：(1)3 s(2)625 J(3)1 000 J 主题二机械能守恒定律的应用【生活情境】运动员投掷铅球，不计空气阻力。【问题探究】铅球离开手之后，下落过程中，铅球的动能和势能之间怎样转化？提示：铅球的重力势能转化为动能，总的机械能保持不变。【结论生成】1.机械能守恒的条件：(物理观念)(1)物体只受重力，只发生动能和重力势能的相互转化，如自由落体运动、抛体运动等

7、。(2)只有弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化。如在光滑水平面上运动的物体碰到一个弹簧，和弹簧相互作用的过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒。(3)物体既受重力，又受弹力，重力和弹力都做功，发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化。如自由下落的物体落到竖直的弹簧上和弹簧相互作用的过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒。2.分析机械能守恒的两种角度：(科学思维)(1)从能量观点看：只有系统动能和势能相互转化，无其他形式能量(如内能)之间转化，则系统机械能守恒。(2)从做功观点看：只有重力和系统内的弹力做功。【典例示范】如图所示，让摆球从图中A位置由静止开始下摆，正好到最低点

8、B位置时线被拉断。设摆线长为l=1.6 m，B点与地面的竖直高度为h=6.4 m，不计空气阻力，求摆球着地时的速度大小。(g取10 m/s2)【解析】在整个过程中只有重力做功，故机械能守恒mgl(1-cos60)+h= mv2所以v= = m/s=12 m/s。答案：12 m/s【探究训练】1.(多选)(2020全国卷)一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑,其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线、所示,重力加速度取10 m/s2,则()A.物块下滑过程中机械能不守恒B.物块与斜面间的动摩擦因数为0.5C.物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2D.当物块下滑2

9、.0 m时机械能损失了12 J【解析】选A、B。下滑5 m的过程中,重力势能减少30 J,动能增加10 J,减少的重力势能并不等于增加的动能,所以物块下滑过程中机械能不守恒,故选项A正确;设斜面倾角为,物块在斜面顶端时的重力势能mgh=30 J,而h=3 m,则物块质量m=1 kg,下滑5 m过程中,对物块由动能定理有mgh-mgcoss=Ek-0,而cos= 、Ek=10 J,解得=0.5,故选项B正确;对物块由牛顿第二定律有mgsin-mgcos=ma,解得a=2 m/s2,故选项C错误;物块下滑2.0 m时,重力势能减少12 J,动能增加4 J,所以机械能损失了8 J,故选项D错误。2.如图所示，质量为m的木块放在光滑的水平桌面上，用轻绳绕过桌边光滑的定滑轮与质量为2m的砝码相连，让绳拉直后使砝码从静止开始下降h的距离时砝码未落地，木块仍在桌面上，求此时砝码的速度以