高考物理总复习专题5机械能第3讲机械能守恒定律及其应用市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

第3讲机械能守恒定律及其应用【考纲解读】1.了解重力势能、弹性势能概念，并能计算；2.掌握机械能守恒条件，会判断物体机械能是否守恒；3.掌握机械能守恒定律三种表示形式，了解其物理意义，并能熟练应用．1/51一、重力势能1．定义：物体重力势能等于它所受________与_________乘积．2．公式：Ep＝________.3．矢标性：重力势能是________量，但有正、负，其意义是表示物体重力势能比它在__________上大还是小，这与功正、负物理意义不一样．考点O讲堂梳理自查重力

高度

mgh

标

参考平面

2/514．特点(1)系统性：重力势能是________和________共有．(2)相对性：重力势能大小与__________选取相关．重力势能改变是______，与参考平面选取______．5．重力做功与重力势能改变关系重力做正功时，重力势能________；重力做负功时，重力势能________；重力做多少正(负)功，重力势能就___________多少，即WG＝__________.地球

物体

参考平面

绝对

无关

减小

增大

减小(增大)

Ep1－Ep2

3/51二、弹性势能1．定义：物体因为发生__________而含有能．2．大小：弹性势能大小与________及__________相关，弹簧形变量越大，劲度系数________，弹簧弹性势能越大．3．弹力做功与弹性势能改变关系弹力做正功，弹性势能________；弹力做负功，弹性势能________．即弹簧恢复原长过程中弹力做________，弹性势能________；形变量变大过程中弹力做________，弹性势能________．弹性形变

形变量

劲度系数

越大

减小

增大

正功

减小

负功

增大

4/51三、机械能守恒定律1．内容：在只有________或________做功物体系统内，动能与势能能够相互转化，而总机械能保持________．2．表示式(1)Ek1＋Ep1＝_________(要选零势能参考平面)．(2)ΔEk＝________(不用选零势能参考平面)．(3)ΔEA增＝________(不用选零势能参考平面)．3．机械能守恒条件只有________(或________)做功或虽有其它外力做功，但其它力做功代数和________．重力

弹力

不变

Ek2＋Ep2

－ΔEp

ΔEB减

重力

弹力

为零

5/511．[对重力势能考查](多项选择)(年河北邯郸检测)如图所表示，内壁光滑圆形轨道固定在竖直平面内，轻杆两端固定有甲、乙两小球，甲球质量小于乙球质量，将两球放入轨道内，乙球位于最低点，由静止释放轻杆后，则甲球()A．能下滑到轨道最低点B．下滑过程中杆对其做负功C．滑回时一定能返回到初始位置D．滑回过程中增加重力势能等于乙球降低重力势能【答案】BC6/51【解析】若甲球沿凹槽下滑到槽最低点，乙则抵达与圆心等高处，但因为乙质量比甲大，造成机械能增加了，显著违反了机械能守恒定律，故甲球不可能到圆弧最低点，但返回时，一定能返回到初始位置，故选项A错误，C正确；下滑过程中，乙机械能逐步增大，所以甲机械能逐步减小，则杆对甲做负功，故选项B正确；甲与乙两个物体系统机械能守恒，滑回过程中，甲球增加重力势能等于乙减小机械能以及甲动能，故选项D错误．7/512．[对弹性势能考查](届湖南益阳模拟)如图所表示，一个小球套在固定倾斜光滑杆上，一根轻质弹簧一端悬挂于O点，另一端与小球相连，弹簧与杆在同一竖直平面内，将小球沿杆拉到与O点等高位置由静止释放．小球沿杆下滑，当弹簧处于竖直时，小球速度恰好为零．若弹簧一直处于伸长且在弹性程度内，在小球下滑过程中，以下说法正确是()A．小球机械能先增大后减小B．弹簧弹性势能一直增加C．重力做功功率一直增大D．当弹簧与杆垂直时，小球动能最大8/51【答案】A【解析】当小球沿杆下滑时，小球受到有重力、杆弹力、弹簧弹力，其中杆弹力对小球不做功，弹簧弹力对小球先做正功，再做负功，故小球机械能先增加，后减小，选项A正确；弹簧势能先减小后增加，选项B错误；因小球速度先增加后减小，故重力功率先增加后减小，选项C错误；当弹簧与杆垂直时协力不为零，协力等于重力沿杆向下分力，故小球速度继续增加，动能继续增加，选项D错误．9/5110/51【答案】C11/511．对机械能守恒条件了解(1)从能量转化角度看，只有系统内动能和势能相互转化，无其它形式能量之间(如内能)转化．(2)从系统做功角度看，只有重力和系统内弹力做功，其它力不做功，机械能守恒．考点1机械能守恒了解与应用12/512．机械能守恒定律表示式比较角度公式意义注意事项守恒观点Ek＋Ep＝Ek′＋Ep′系统初状态机械能总和与末状态机械能总和相等应用时应选好重力势能零势能面，且初末状态必须用同一零势能面计算势能转化观点ΔEk＝－ΔEp表示系统(或物体)机械能守恒时，系统降低(或增加)重力势能等于系统增加(或降低)动能应用时关键在于分清重力势能增加量和降低许，可不选零势能面而直接计算初末状态势能差转移观点ΔE增＝ΔE减若系统由A，B两部分组成，则A部分物体机械能增加量与B部分物体机械能降低许相等惯用于处理两个或多个物体组成系统机械能守恒问题13/51例1如图甲所表示，竖直平面内光滑轨道由倾斜直轨道AB和圆轨道BCD组成，AB和BCD相切于B点，CD连线是圆轨道竖直方向直径(C，D为圆轨道最低点和最高点)，已知∠BOC＝30°.可视为质点小滑块从轨道AB上高H处某点由静止滑下，用力传感器测出小滑块经过圆轨道最高点D时对轨道压力为F，并得到如图乙所表示压力F与高度H关系图象，取g＝10m/s2.求：(1)小滑块质量和圆轨道半径；(2)是否存在某个H值，使得小滑块经过最高点D后能直接落到直轨道AB上与圆心等高点．若存在，请求出H值；若不存在，请说明理由．14/5115/5116/5117/5118/5119/51练1如图所表示，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AB平齐，静止放在倾角为53°光滑斜面上．一长为L＝9cm轻质细绳一端固定在O点，另一端系一质量为m＝1kg小球，将细绳拉直水平，使小球在位置C由静止释放，小球抵达最低点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，最大压缩量为x＝5cm.(g＝10m/s2，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6)求：(1)轻质细绳受到拉力最大值；(2)D点到水平线AB高度h；(3)轻质弹簧所取得最大弹性势能Ep.【答案】(1)30N(2)16cm(3)2.9J20/5121/5122/51用机械能守恒定律解题应注意两个问题1．列方程时，选取表示角度不一样，表示式不一样，对参考平面选取要求也不一定相同．2．应用机械能守恒定律能处理问题，应用动能定理一样能处理，但其解题思绪和表示式有所不一样．23/51考点2多个物体机械能守恒定律应用24/5125/5126/51例2如图所表示，质量为m1物体A经一轻质弹簧与下方地面上质量为m2物体B相连，弹簧劲度系数为k，A，B都处于静止状态．一条不可伸长轻绳绕过轻滑轮，一端连物体A，另一端连一轻挂钩．开始时各段绳都处于伸直状态，A上方一段绳沿竖直方向．现在挂钩上挂一质量为m3物体C并从静止状态释放，已知它恰好能使B离开地面但不继续上升．若将C换成另一个质量为(m1＋m3)物体D，仍从上述初始位置由静止状态释放，则这次B刚离地时D速度大小是多少？(已知重力加速度为g)27/51思绪剖析：在挂钩上挂一质量为m3物体后，能量是怎样转化？“恰好能使B离开地面但不继续上升”有什么尤其意义？这两次弹簧弹性势能改变量是否相同？【答案】看法析28/5129/5130/5131/5132/5133/51多物体机械能守恒问题分析方法1．对多个物体组成系统要注意判断物体运动过程中，系统机械能是否守恒．2．注意寻找用轻绳或轻杆相连接物体间速度关系和位移关系．3．列机械能守恒方程时，普通选取ΔEk＝－ΔEp形式．34/51模拟精选·组合专练35/51【答案】D【解析】因拉小球细线呈竖直状态，故小球受到重力和竖直向上拉力，在水平方向没有分力，所以小球在水平方向没有加速度，而小球沿斜面向下运动，所以小球一定是匀速下滑，小球动能不变，重力势能减小，机械能不守恒，故A项错误；木板与小球运动状态相同，所以木板、小球组成系统动能不变，重力势能减小，机械能也不守恒，故B项错误；木板与小球下滑过程中满足(M＋m)gsinθ＝μ(M＋m)g·cosθ，即木板与斜面间动摩擦因数为μ＝tanθ，故C项错误；由能量守恒知，木板、小球组成系统降低机械能转化为内能，故D项正确．36/51热点题组二单个物体机械能守恒2．如图所表示，两根相同轻质弹簧，沿足够长光滑斜面放置，下端固定在斜面底部挡板上，斜面固定不动．质量不一样、形状相同两物块分别置于两弹簧上端．现用外力作用在物块上，使两弹簧含有相同压缩量，若撤去外力后，两物块由静止沿斜面向上弹出并离开弹簧，则从撤去外力到物块速度第一次减为零过程，两物块()A．最大速度相同 B．最大加速度相同C．上升最大高度不一样 D．重力势能改变量不一样【答案】C37/5138/5139/5140/51热点题组三多个物体机械能守恒4．(年衡水模拟)如图所表示，倾角为θ光滑斜面上放有两个质量均为m小球A和B，两球之间用一根长为L轻杆相连，下面小球B离斜面底端高度为h.两球从静止开始下滑，不计球与地面碰撞时机械能损失，且地面光滑，求：(1)两球在光滑水平面上运动时速度大小；(2)整个运动过程中杆对A球所做功．41/5142/5143/515．(年大连模拟)如图所表示，一轻绳绕过无摩擦两个轻质小定滑轮O1，O2和质量mB＝m小球连接，另一端与套在光滑直杆上质量mA＝m小物块连接，已知直杆两端固定，与两定滑轮在同一竖直平面内，与水平面夹角θ＝60°，直杆上C点与两定滑轮均在同一高度，C点到定滑轮O1距离为L，重力加速度为g，设直杆足够长，小球运动过程中不会与其它物体相碰．现将小物块从C点由静止释放，试求：44/51(1)小球下降到最低点时，小物块机械能(取C点所在水平面为参考平面)；(2)小物