2020高考物理大一輪復習 第15講 機械能守恒定律及其應用課件 新人教版.ppt
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,教材知識梳理│考點互動探究│教師備用習題,一、重力勢能與重力做功1.物體的重力勢能等于它所受的與所處位置的的乘積,Ep=,是標量.2.重力勢能是物體和所共有的.重力勢能的大小與零勢能面的選取有關,但重力勢能的變化量與零勢能面的選取無關.3.重力做功與物體運動的路徑無關,只與重力及有關,WG=mgh.重力做功與重力勢能變化的關系:WG=-ΔEp.,,重力,高度,mgh,地球,初、末位置的高度差,二、彈性勢能1.定義:物體由于發(fā)生而具有的能,是標量.2.彈力做功與彈性勢能變化的關系:W=-ΔEp.,,彈性形變,三、機械能守恒定律1.內容:在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內,動能和勢能可以互相轉化,而總的機械能保持不變.2.表達式(1)守恒角度:E1=E2.(2)轉化角度:ΔEk=-ΔEp.(3)轉移角度:ΔEA=-ΔEB.3.判斷方法:(1)只有重力或系統(tǒng)內彈力做功;(2)只有動能和勢能之間轉化,沒有其他能量參與.,,,【辨別明理】(1)重力勢能的大小及變化與零勢能面的選取有關.()(2)重力做功與路徑有關.()(3)物體所受的合外力為零時,物體的機械能一定守恒.()(4)做勻速直線運動的物體機械能一定守恒.()(5)做曲線運動的物體機械能可能守恒.()(6)形變量越大,彈性勢能越大.()(7)重力勢能越大,重力做功就越多.(),,,[答案](1)()(2)()(3)()(4)()(5)(√)(6)()(7)(),考點一機械能守恒的理解和判斷,例1(多選)在如圖15-1所示的物理過程示意圖中,甲圖為一端固定有小球的輕桿,從右偏上30角釋放后繞光滑支點擺動;乙圖中輕繩一端連著一小球,從右偏上30角處自由釋放;丙圖為物體A將彈簧壓縮的過程中;丁圖為不計任何阻力和定滑輪質量時,A加速下落,B加速上升過程中.關于這幾個物理過程(空氣阻力忽略不計),下列判斷中正確的是()A.甲圖中小球機械能守恒B.乙圖中小球機械能守恒C.丙圖中物體A的機械能守恒D.丁圖中A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒,,圖15-1,,[答案]AD,[解析]甲圖過程中輕桿對小球不做功,小球的機械能守恒,選項A正確;乙圖過程中小球在繩子繃緊的瞬間有動能損失,機械能不守恒,選項B錯誤;丙圖中重力和系統(tǒng)內彈力做功,物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,但物體A的機械能不守恒,選項C錯誤;丁圖中繩子張力對A做負功,對B做正功,代數(shù)和為零,A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒,選項D正確.,,,圖15-2,,[答案]AD,變式題2(多選)如圖15-3所示,輕彈簧一端固定在O點,另一端系一小球,將小球從與懸點O在同一水平面且使彈簧保持原長的A點無初速度地釋放,讓小球自由擺下,不計空氣阻力,在小球由A點擺向最低點B的過程中,下列說法中正確的是()A.小球的機械能守恒B.小球的機械能減少C.小球的重力勢能與彈簧的彈性勢能之和不變D.小球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,,,,圖15-3,,[答案]BD,[解析]小球由A點下擺到B點的過程中,彈簧被拉長,彈簧的彈力對小球做了負功,所以小球的機械能減少,選項A錯誤,B正確;在此過程中,由于只有重力和彈簧的彈力做功,所以小球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,即小球減少的重力勢能等于小球獲得的動能與彈簧增加的彈性勢能之和,選項C錯誤,D正確.,■要點總結,,機械能是否守恒的判斷方法:(1)利用機械能的定義判斷:如果物體動能與勢能之和不變,則機械能守恒.(2)利用機械能守恒條件判斷:只有重力對單一物體做功,則機械能守恒;只有重力或(彈簧、橡皮筋)彈力對系統(tǒng)做功,或重力和彈力以外的其他力對系統(tǒng)做的總功為零,則系統(tǒng)的機械能守恒.(3)利用能量轉化判斷:若物體系統(tǒng)與外界沒有能量交換,或系統(tǒng)內沒有機械能與其他形式能的轉化,則系統(tǒng)機械能守恒.注意彈簧彈力對物體做功時,彈簧和物體系統(tǒng)的機械能守恒,物體的機械能并不守恒.,考點二單體機械能守恒的應用,例2[人教版必修2改編]如圖15-4甲所示,游樂場的過山車可以底朝上在圓軌道上運行,游客不會掉下來.我們把這種情形抽象為如圖乙所示的模型:弧形軌道的下端與豎直圓軌道相接,使質量為m的小球從弧形軌道上端滾下,小球從圓軌道下端進入后沿圓軌道運動.已知圓軌道的半徑為R,重力加速度為g,不考慮阻力.(1)若小球從高為h處由靜止釋放,求小球到達圓軌道底端時對軌道的壓力;(2)若要使小球運動過程中不脫離軌道,討論小球由靜止釋放時的高度滿足的條件;,(3)若讓小球從高為h=2R處的A點由靜止釋放,求小球所能達到的最大高度.,,圖15-4,,,,變式題(多選)如果把撐桿跳全過程分成四個階段:a→b、b→c、c→d、d→e,如圖15-5所示,則對這四個階段的描述錯誤的是()A.a→b階段:加速助跑,人和桿的機械能增加B.b→c階段:桿彎曲、人上升,系統(tǒng)動能減少,重力勢能和彈性勢能增加C.c→d階段:桿伸直、人上升,人的動能減少量等于重力勢能增加量D.d→e階段:人過橫桿后下落,重力所做的功等于人機械能的增加量,,,,圖15-5,,[答案]CD,[解析]a→b階段,人加速助跑,人和桿的機械能增加,A正確;b→c階段,桿彎曲、人上升,人和桿組成的系統(tǒng)只有重力做功,系統(tǒng)的機械能守恒,其中系統(tǒng)動能減少,重力勢能和彈性勢能增加,B正確;c→d階段,桿伸直、人上升,人和桿組成的系統(tǒng)只有重力做功,系統(tǒng)的機械能守恒,人的動能和桿的彈性勢能的減少量等于重力勢能增加量,C錯誤;d→e階段,人過橫桿后下落,只有重力做功,人的機械能守恒,D錯誤.,■要點總結,,機械能守恒定律是解答能量問題的基本方法之一,分析運動過程中物體的機械能是否守恒是解題的關鍵,在解決物體的運動問題時應優(yōu)先考慮用能量方法,如曲線運動、含彈簧類運動問題等.應用時首先要對研究對象進行受力分析和運動分析,以確定在所研究的過程中機械能是否守恒,再選合適的表達式求解.應用機械能守恒定律求解多過程問題時可對全過程應用機械能守恒定律列式求解.,考點三多物體的機械能守恒問題,例3(多選)如圖15-6所示,三個小球A、B、C的質量均為m,A與B、C間通過鉸鏈用輕桿連接,桿長為L.B、C置于水平地面上,用一輕質彈簧連接,彈簧處于原長.現(xiàn)A由靜止釋放后下降到最低點,兩輕桿的夾角α由60變?yōu)?20.A、B、C在同一豎直平面內運動,彈簧在彈性限度內,忽略一切摩擦,重力加速度為g,則此下降過程中(),,圖15-6,,,,,■題根分析,,系統(tǒng)機械能守恒時,內部的相互作用力分為兩類:(1)剛體產(chǎn)生的彈力:如輕繩產(chǎn)生的彈力,斜面產(chǎn)生的彈力,輕桿產(chǎn)生的彈力等.(2)彈簧產(chǎn)生的彈力:系統(tǒng)中有彈簧,彈簧的彈力在整個過程中做功,彈性勢能參與機械能的轉化.輕繩的拉力、斜面的彈力、輕桿產(chǎn)生的彈力做功,使機械能在相互作用的兩物體間進行等量的轉移,系統(tǒng)的機械能守恒.雖然彈簧的彈力也做功,但包括彈簧在內的系統(tǒng)機械能也守恒.對系統(tǒng)應用機械能守恒定律列方程的角度:(1)系統(tǒng)初態(tài)的機械能等于末態(tài)的機械能;(2)系統(tǒng)中某些物體減少的機械能等于其他物體增加的機械能.,■變式網(wǎng)絡,,變式題1(多選)[2019蘇州調研]如圖15-7所示,豎直固定的光滑直桿上套有一個質量為m的小球,初始時靜置于a點.一原長為l的輕質彈簧左端固定在O點,右端與小球相連.直桿上還有b、c、d三點,且b與O在同一水平線上,Ob=l,Oa、Oc與Ob的夾角均為37,Od與Ob的夾角為53.現(xiàn)釋放小球,小球從a點開始下滑,到達d點時速度為0,在此過程中彈簧始終處于彈性限度內.下列說法正確的是(重力加速度為g,sin37=0.6,cos37=0.8)(),,,,圖15-7,,,,,[答案]BCD,,圖15-8,,,[答案]C,,,,,變式題3(多選)[2018衡水押題卷]如圖15-9所示,小物塊套在固定豎直桿上,用輕繩連接后跨過小定滑輪與小球相連.開始時物塊與定滑輪等高.已知小球的質量是物塊質量的兩倍,桿與滑輪間的距離為d,重力加速度為g,繩及桿足夠長,不計一切摩擦.現(xiàn)將物塊由靜止釋放,在物塊向下運動過程中()A.剛釋放時物塊的加速度為gB.物塊速度最大時,繩子的拉力一定大于物塊的重力C.小球重力的功率一直增大,,,圖15-9,,,[答案]A,,[答案]D,,4.打開水龍頭,水順流而下,仔細觀察將會發(fā)現(xiàn)連續(xù)的水流柱的直徑在流下的過程中,是逐漸減小的(即上粗下細).設水龍頭出口處半徑為1cm,安裝在離接水盆75cm高處,如果測得水在出口處的速度大小為1m/s,g取10m/s2,則水流柱落到盆中的半徑為()A.1cmB.0.75cmC.0.5cmD.0.25cm,,[答案]C,,[答案]A,,,7.如圖所示,可看作質點的物塊A、B、C用細線通過輕滑輪連接,滑輪通過輕桿固定在天花板上,另一與A連接的細線固定在地面上,B與C、C與地面間距離都是L.已知A的質量為m1,B、C的質量都是m2,且m2
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