（全国通用版）2019版高考物理一轮复习第五章机械能5.3机械能守恒定律及其应用课件.pptx

1、第3讲 机械能守恒定律及其应用,【知识导图】,mgh,地球,参考平面,-Ep,弹性形变,形变量,-Ep,重力或弹力,重力或弹力,EB减,Ek+Ep,-Ep,【微点拨】 1.重力做功的两个特点: (1)重力做功与路径无关,只与始末位置的高度差有关。 (2)重力做功不引起物体机械能的变化。,2.两点易错提醒: (1)物体的重力势能与零势能面的选取有关,而物体重力势能的变化与零势能面的选取无关。 (2)单物体机械能守恒的条件是只有重力做功,而多物体(即系统)机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功,但这并不等于只受重力和弹力作用。,【慧眼纠错】 (1)重力势能的大小与零势能参考面的选取无关。 纠错

2、:_ _。 (2)物体克服重力做功,物体的重力势能一定减少。 纠错:_ _。,重力势能具有相对性,与零势能参考平面选取,有关,物体克服重力做功,即重力做负功,高度增加,物体的重力势能一定增加,(3)发生形变的物体都具有弹性势能。 纠错:_ _。 (4)弹簧弹力做负功时,弹性势能减少。 纠错:_ _。,只有发生弹性形变的物体,因有弹力的相互,作用才具有弹性势能,弹簧弹力做负功的过程,是弹簧形变增加的,过程,弹性势能增加,(5)物体所受合外力为零时,机械能一定守恒。 纠错:_ _。,做匀速直线运动的物体所受合外力为零,若是,匀速上升则机械能增加,匀速下降则机械能减少,(6)物体除受重力外,还受其他

3、力,则物体的机械能一 定不守恒。 纠错:_ _。,机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功,与是否受其他力无关,考点1机械能守恒的理解与判断 【典题探究】 【典例1】(2018保定模拟)如图所示,倾角为的光滑斜面体C固定于水平地面上,小物块B置于斜面上,通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接,释放后,A将向下运动,则在A碰地前的运动过程中() 导学号04450110,A.A的加速度大小为g B.物体A机械能守恒 C.由于斜面光滑,所以物块B机械能守恒 D.A、B组成的系统机械能守恒,【解析】选D。物体A向下运动的过程中除受到重力以外,还受到细绳向上的拉力,物体A下落的加速度一定小于g,故A错误;物

4、体A下落过程中,细绳的拉力做负功,A的机械能不守恒,故B错误;由于斜面光滑,A、B组成的系统在整个运动过程中,只有重力做功,系统机械能守恒,但细绳拉力对B做正功,B的机械能增加,故C错误,D正确。,【通关秘籍】 1.对机械能守恒条件的理解: (1)只受重力作用。 (2)除重力外,物体还受其他力,但其他力不做功或做功 代数和为零。 (3)除重力外,只有系统内的弹力做功,只有动能、重力 势能、弹性势能的相互转化,无其他形式能量的转化。,2.机械能守恒判断的三种方法:,【考点冲关】 1.下列运动的物体中,机械能守恒的是() A.加速上升的运载火箭 B.被匀速吊起的集装箱 C.光滑曲面上自由运动的物体

5、 D.在粗糙水平面上运动的物体,【解析】选C。加速向上运动的运载火箭,动能和重力势能都增加,机械能增加,故A错误;被匀速吊起的集装箱动能不变,而重力势能增加,机械能增加,故B错误;光滑曲面上自由运动的物体,曲面对物体的支持力不做功,只有重力对物体做功,其机械能守恒,故C正确;在粗糙水平面上运动的物体做减速运动,重力势能不变,而动能减少,机械能减小,故D错误。,2.(多选)(2018常德模拟)轻质弹簧一端悬挂于天花板,另一端与一小木块相连处于静止状态,一子弹以水平速度v瞬间射穿木块,不计空气阻力(),A.子弹射穿木块的过程中,子弹与木块组成的系统机械能不守恒 B.子弹射穿木块后,木块在运动过程中

6、机械能守恒 C.木块在向右摆动过程中,木块的动能与弹簧的弹性势能之和在变小 D.木块在向右摆动过程中重力的功率在变小,【解析】选A、C。子弹射穿木块的过程中,子弹相对木块发生了相对滑动,有摩擦力做功,故子弹与木块组成的系统机械能不守恒,故A正确;子弹射穿木块后,木块在运动过程受到弹簧的弹力作用,且弹簧弹力对木块做功,木块机械能不守恒,故B错误;木块在向右摆动过程中,木块和弹簧组成的系统机械能守恒,由于木块,重力势能增大,故木块的动能与弹簧的弹性势能之和在变小,故C正确;木块在最低点时,重力的瞬时功率为零,达到最高点时,速度为零,重力的瞬时功率为零,故在此过程中重力的瞬时功率先增大后减小,故D错

7、误。,3.(2018南昌模拟)将地面上静止的货物竖直向上吊起,货物由地面运动至最高点的过程中,v-t图象如图所示。以下判断正确的是(),A.前2 s内与最后2 s内货物的平均速度和加速度都相同 B.前2 s内货物处于超重状态 C.最后2 s内货物只受重力作用 D.第2 s末至第6 s末的过程中,货物的机械能守恒,【解析】选B。在v-t图象中,斜率表示加速度,前2 s内 与最后2 s内货物做匀加速运动和匀减速运动,加速度 不同,故A错误;前2 s内货物向上做匀加速运动,加速度 向上,处于超重状态,故B正确;最后2 s内的加速度大小 为a= =4 m/s210 m/s2,受到向上的拉力,故 C错误

8、;第2 s末至第6 s末的过程中,速度不变,动能不 变,重力势能增大,其机械能不守恒,故D错误。,【加固训练】 如图所示,两个相同的小球A与B分别用一根轻绳和一根轻弹簧的一端连接,轻绳和轻弹簧的另一端被悬挂在同一高度。现将两个小球都拉至相同的高度,此时弹簧长度为原长且与绳长相等。由静止释放两个小球以后,下列说法正确的是(),A.两小球运动到各自的最低点时的速度相同 B.与轻绳连接的小球A在最低点时的速度较大 C.在运动过程中,小球A的机械能不守恒 D.在运动过程中,小球B的机械能不守恒,【解析】选D。对A球最低点动能等于重力势能的减少量,对B球最低点动能等于重力势能减少量与弹簧弹性势能增加量之

9、差,但两球的重力势能减少量不相同,故两小球运动到各自的最低点时的速度大小关系不确定,故选项A、B错误;小球A运动过程中,只有重力做功,小球A的机械能守恒,故选项C错误;小球B运动过程中,弹簧对小球B做功,小球B的机械能不守恒,故选项D正确。,考点2单物体机械能守恒问题 【典题探究】 【典例2】(2017全国卷)如图,半圆形光滑轨道固定在水平地面上,半圆的直径与地面垂直,一小物块以速度v从轨道下端滑入轨道,并从轨道上端水平飞出,小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半径有关,此距离最大时,对应的轨道半径为(重力加速度为g)() 导学号04450111,【题眼直击】 (1)光滑轨道_。 (2)从轨道上

10、端水平飞出 _。,无摩擦力作用,小物块离开轨道做平抛运动,【解析】选B。据机械能守恒定律有 mv2=mg2R+ ,物块从轨道上端水平飞出做平抛运动,有2R= gt2和x=vxt,联立解得水平距离最大时,对应的轨 道半径为 ,故选B。,【通关秘籍】 应用机械能守恒定律解题的基本思路,【考点冲关】 1.(多选)(2018贵阳模拟)将一小球从轨道最高点A由静止释放沿轨道滑下,经轨道末端B点后做平抛运动过C点。如图,轨道AB与小球平抛运动的轨迹BC形状完全相同(即绕过B点垂直纸面的轴,旋转180可与轨道BC完全重合),忽略空气阻力,小球从A到C的运动过程中,下列说法正确的是(),A.小球沿轨道运动与做

11、平抛运动两个过程机械能守恒 B.小球沿轨道运动与做平抛运动两过程动能增量相等 C.小球沿轨道运动与做平抛运动的水平分速度相等 D.小球沿轨道运动与做平抛运动所用时间相等,【解析】选A、B。从A到B的过程中,只有重力做功,做平抛运动的过程中也是只有重力做功,两种情况下机械能都守恒,且两个过程动能的增量都等于重力势能的减少量,而两个过程重力势能的减少量相同,故A、B正确;小球沿轨道运动时,速度逐渐增大,沿水平方向的分速度也逐渐增大,做平抛运动的水平分速度保持不变,所以二者不相等,故C错误;两种情况下小球沿水平方向的位移是相等的,而二者沿水平方向的分速度不相等,所以运动的时间一定不相同,故D错误。,

12、2.(2018株洲模拟)如图所示,半径为R的光滑圆周轨道AB固定在竖直平面内,O为圆心,OA与水平方向的夹角为30,OB在竖直方向。一个可视为质点的小球从O点正上方某处以某一水平初速度向右抛出,小球恰好能无碰撞地从A点进入圆轨道内侧,此后沿圆轨道运动到达B点。已知重力加速度为g,求:,(1)小球初速度的大小。 (2)小球运动到B点时对圆轨道压力的大小。,【解析】(1)设小球的初速度为v0,飞行时间为t,则: 水平方向:Rcos30=v0t 竖直方向:y= gt2 vy=gt,由于小球运动到A点时与轨道无碰撞, 则:tan30= 联立以上各式解得:v0= y=,(2)抛出点距轨道最低点的高度h=

13、R+Rsin30+y 小球运动到最低点B的过程由机械能守恒定律得: mgh+ 由牛顿第二定律得:FN-mg=m 联立解得:FN=6mg 由牛顿第三定律可知,压力大小为6mg 答案:(1) (2)6mg,【加固训练】 如图所示,ABDO是处于竖直平面内的光滑轨道,AB 是半径为R=15 m的 圆周轨道,半径OA处于水平位 置,BDO是直径为15 m的半圆轨道,D为BDO轨道的中点。 一个小球P从A点的正上方距水平半径OA高H处自由落 下,沿竖直平面内的轨道通过D点时对轨道的压力等于 其重力的 倍,g取10 m/s2。,(1)H的大小。 (2)试分析此球能否到达BDO轨道的O点,并说明理由。 (3

14、)小球沿轨道运动后再次落到轨道上的速度的大小是多少。,【解析】(1)设小球通过D点的速度为v,由牛顿第二定律得: 小球从P点运动至D点的过程,由机械能守恒定律得: 解得:H=10 m,(2)若小球刚好沿竖直半圆轨道能运动到O点的速度 为vC,在O点由牛顿第二定律得: 小球至少应从HC高处落下,由机械能守恒定律得: mgHC= 解得:HC= =3.75 m 由于HHC,故小球可以通过O点,(3)小球由P点落下通过O点的过程,由机械能守恒 定律得:mgH= 解得:v0=10 m/s 小球通过O点后做平抛运动,设小球经时间t落到 AB圆弧轨道上,则有:x=v0t y= gt2 且:x2+y2=R2,

15、解得:t=1 s(另解舍弃) 又有:vy=gt v= 解得:v=10 m/s 答案:(1)10 m(2)见解析(3)10 m/s,考点3多物体机械能守恒问题 【典题探究】 【典例3】(2016江苏高考)如图所示,倾角为的斜面A被固定在水平面上,细线的一端固定于墙面,另一端跨过斜面顶端的小滑轮与物块B相连,B静止在斜面上。滑轮左侧的细线水平,右侧的细线与斜面平行,A、B的质量均为m,撤去固定A的装置后,A、B均做直线运动。不计一切摩擦,重力加速度为g。求:导学号04450112,(1)A固定不动时,A对B支持力的大小N。 (2)A滑动的位移为x时,B的位移大小s。 (3)A滑动的位移为x时的速度

16、大小vx。,【解析】(1)支持力的大小N=mgcos,(2)根据几何关系sx=x(1-cos), sy=xsin,且s2= 解得s= x,(3)B下降的高度sy=xsin 根据机械能守恒定律mgsy= 根据速度的定义得vA= 则vB= 解得vx=vA= 。,答案:(1)mgcos(2) (3),【通关秘籍】 多物体机械能守恒问题的解题思路,【考点冲关】(多选)(2018临夏模拟)内壁光滑的环 形凹槽半径为R,固定在竖直平面内,一根长度为 R 的轻杆,一端固定有质量为m的小球甲,另一端固定有质 量为2m的小球乙,将两小球放入凹槽内,小球乙位于凹 槽的最低点,如图所示。由静止释放后() 导学号04

17、450113,A.下滑过程中甲球减少的机械能总等于乙球增加的机械能 B.下滑过程中甲球减少的重力势能总等于乙球增加的重力势能 C.杆从左向右滑时,甲球无法下滑到凹槽的最低点 D.杆从右向左滑回时,乙球一定能回到凹槽的最低点,【解析】选A、C、D。甲与乙两个小球构成的系统只有重力做功,机械能守恒,故甲减小的机械能一定等于乙增加的机械能,故A正确;甲与乙两个小球构成的系统机械能守恒,甲球减小的重力势能转化为乙的重力势能和动能以及甲的动能,故B错误;若甲球沿凹槽下滑到槽的最低点,乙则到达与圆心等高处,但由于乙的质量比,甲大,造成机械能增加了,明显违背了机械能守恒定律,故甲球不可能到凹槽的最低点,故C正确;由于机械能守恒,动能减为零时,重力势能不变,故杆从右向左滑回时,乙球一定能回到凹槽的最低点,故D正确。,【加固训练】 如图所示,把小车放在倾角为30的光滑斜面上,用轻绳跨过定滑轮使之与盛有沙子的小桶相连,不计滑轮质量及摩擦,已知小车的质量为3m,小桶与沙子的总质量为m,小车从静止释放后,在小桶上升