高考物理總復習 （人教） 知識研習課件 第5章第3講 機械能守恒定律及其應用

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歡迎進入物理課堂 1 機械能 1 重力做功的特點重力做功與無關 只與初末位置的有關 大小 WG 水平方向的位移 豎直方向的位移 mg h初 h末 2 重力勢能 概念 物體的重力勢能等于它所受與所處的乘積 公式 Ep 重力勢能是 但有正 負 其意義是表示物體的重力勢能比它在上大還是小 這與功的正 負的物理意義不同 重力 高度 mgh 標量 參考平面 3 彈性勢能 概念 物體由于發(fā)生而具有的能 大小 彈性勢能的大小與形變量及勁度系數(shù)有關 彈簧的形變量 勁度系數(shù) 彈簧的彈性勢能越大 彈力做功與彈性勢能變化的關系 彈力做正功 彈性勢能 彈力做負功 彈性勢能 即彈簧恢復原長過程中彈力做 彈性勢能 形變量變大的過程中彈力做 彈性勢能 彈性形變 越大 越大 減小 增大 正功 減小 負功 增大 2 機械能守恒定律 1 內(nèi)容 在只有 或彈簧的彈力 做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動能與重力勢能 或彈性勢能 可以相互 而總的機械能保持 2 表達式 Ek1 Ep1 3 機械能守恒的條件 只有或做功 重力 轉化 不變 Ek2 Ep2 重力 彈簧的彈力 即時鞏固解析為教師用書獨有 考點一機械能守恒定律1 判斷機械能是否守恒的方法 1 利用機械能的定義判斷 直接判斷 若物體在水平面上勻速運動 其動能 勢能均不變 機械能守恒 若一個物體沿斜面勻速下滑 其動能不變 重力勢能減少 其機械能減少 2 用做功判斷 若物體或系統(tǒng)只有重力 或彈簧的彈力 做功 雖受其他力 但其他力不做功 機械能守恒 3 用能量轉化來判斷 若物體或系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉化而無機械能與其他形式能的轉化 則物體或系統(tǒng)機械能守恒 4 對一些繩子突然繃緊 物體間非彈性碰撞等 除非題目特別說明 否則機械能必定不守恒 技巧提示 機械能守恒的條件不是合外力的功等于零 更不是合外力等于零 而是看是否只有重力或彈簧彈力做功 2 機械能守恒定律的3種表達形式 1 守恒的觀點 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 即初狀態(tài)的動能與勢能之和等于末狀態(tài)的動能與勢能之和 2 轉化的觀點 Ek Ep 即動能 勢能 的增加量等于勢能 動能 的減少量 3 轉移的觀點 EA增 EB減 即A物體機械能的增加量等于B物體機械能的減少量 技巧提示 1 運用守恒的觀點列式 應選好零勢能面 且初 末狀態(tài)必須用同一零勢能面計算勢能 2 運用轉化的觀點列式 關鍵要分清勢能的增加量或減少量 可不選零勢能面而直接計算初 末狀態(tài)的勢能差 案例1 2008 海南高考 如圖所示 一輕繩的一端系在固定粗糙斜面上的O點 另一端系一小球 給小球一足夠大的初速度 使小球在斜面上做圓周運動 在此過程中 A 小球的機械能守恒B 重力對小球不做功C 繩的張力對小球不做功D 在任何一段時間內(nèi) 小球克服摩擦力所做的功總是等于小球動能的減少 解析 斜面粗糙 小球受到重力 支持力 摩擦力 繩子拉力 由于除重力做功外 摩擦力做負功 機械能減少 A B錯 繩子張力總是與運動方向垂直 故不做功 C對 小球動能的變化等于合外力做功 即重力與摩擦力做功 D錯 答案 C 即時鞏固1 如圖所示的選項中 木塊均在固定的斜面上運動 A B C中的斜面是光滑的 D中的斜面是粗糙的 A B中的F為木塊所受的外力 方向如圖中箭頭所示 A B D中的木塊向下運動 C中的木塊向上運動 在這4個圖所示的過程中機械能守恒的是 解析 本題列舉了斜面上物體運動的4種情況 A B中盡管斜面光滑 但還有除重力以外的外力做功 因此機械能不守恒 D中斜面粗糙 有摩擦力 顯然機械能不守恒 C中只有重力做功 機械能守恒 本題采用排除法可快速地得出結果 答案 C 案例2 2010 上海高考 如圖所示 ABC和ABD為兩個光滑固定軌道 A B E在同一水平面上 C D E在同一豎直線上 D點距水平面的高度為h C點的高度為2h 一滑塊從A點以初速度v0分別沿兩軌道滑行到C或D處后水平拋出 1 求滑塊落到水平面時 落點與E點間的距離xC和xD 2 為實現(xiàn)xC xD v0應滿足什么條件 解析 第1種情況下 球運動到最高點C處時速度為零 由機械能守恒定律得 取A點所在平面為零勢能面 Ep1 mgR 第2種情況下 球自C點做平拋運動 設拋出速度為v 則有 答案 4 5 考點二機械能守恒定律與動能定理的關系1 區(qū)別機械能守恒定律反映的是物體初 末狀態(tài)的機械能間的關系 且守恒是有條件的 而動能定理揭示的是物體動能的變化跟引起這種變化的合外力做的功之間的關系 既要關心初 末狀態(tài)的動能 又必須認真分析對應于這兩個狀態(tài)間經(jīng)歷的過程中做功的情況 2 統(tǒng)一性能使用機械能守恒定律來解決的問題 動能定理一定能解決 但要注意兩個規(guī)律中功和能的不同含義和表達式 如圖所示 一根全長為l 粗細均勻的鐵鏈 對稱地掛在光滑的輕小滑輪上 當受到輕微的擾動時 求鐵鏈脫離滑輪瞬間速度的大小 案例3 在游樂節(jié)目中 選手需借助懸掛在高處的繩飛越到水面的浮臺上 小明和小陽觀看后對此進行了討論 如圖所示 他們將選手簡化為質量m 60kg的質點 選手抓住繩由靜止開始擺動 此時繩與豎直方向夾角 53 繩的懸掛點O距水面的高度為H 3m 不考慮空氣阻力和繩的質量 浮臺露出水面的高度不計 水足夠深 取重力加速度g 10m s2 sin53 0 8 cos53 0 6 1 求選手擺到最低點時對繩拉力的大小F 2 若繩長l 2m 選手擺到最高點時松手落入水中 設水對選手的平均浮力F1 800N 平均阻力F2 700N 求選手落入水中的深度d 3 若選手擺到最低點時松手 小明認為繩越長 在浮臺上的落點距岸邊越遠 小陽卻認為繩越短 落點距岸邊越遠 請通過推算說明你的觀點 答案 1 1080N 2 1 2m 3 見解析 技巧點撥 該類問題考查機械能守恒定律的應用 常和圓周運動 平拋運動或限定條件下的復雜運動相結合 解該類題目主要用兩個知識點 1 機械能守恒定律或動能定理 功能關系 2 牛頓第二定律及臨界條件的分析 即時鞏固3 2010 山東理綜 如圖所示 四分之一圓軌道OA與水平軌道AB相切 它們與另一水平軌道CD在同一豎直面內(nèi) 圓軌道OA的半徑R 0 45m 水平軌道AB長x1 3m OA與AB均光滑 一滑塊從O點由靜止釋放 當滑塊經(jīng)過A點時 靜止在CD上的小車在F 1 6N的水平恒力作用下啟動 運動一段時間后撤去力F 當小車在CD上運動了x2 3 28m時速度v 2 4m s 此時滑塊恰好落入小車中 已知小車質量M 0 2kg 與CD間的動摩擦因數(shù) 0 4 取g 10m s2 求 1 恒力F的作用時間t 2 AB與CD的高度差h 解析 1 設小車在軌道CD上加速的距離為x 由動能定理得 2 設小車在軌道CD上做加速運動的末速度為v 撤去力F后小車做減速運動時的加速度為a 減速時間為t 由牛頓運動定律得v at Mg Ma v v a t 設滑塊的質量為m 運動到A點的速度為vA 由機械能守恒得 設滑塊由A點運動到B點的時間為t1 由運動學公式得x1 vAt1 設滑塊做平拋運動的時間為t1 則t1 t t t1 答案 1 1s 2 0 8m 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全