2019版高考物理大一輪復習 專題五 機械能 第3講 機械能守恒定律及其應用課件.ppt

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第3講 機械能守恒定律及其應用 一 重力做功與重力勢能1 重力做功的特點 1 重力做功與 無關 只與始 末位置的 有關 路徑 高度差 2 重力做功不引起物體 的變化 機械能 2 重力做功與重力勢能變化的關系 1 定性關系 重力對物體做正功 重力勢能就 重力對物體做負功 重力勢能就 2 定量關系 重力對物體做的功等于物體重力勢能的 量 即WG Ep2 Ep1 Ep1 Ep2 3 重力勢能的變化量是絕對的 與參考面的選取 減小 增大 減少 Ep 無關 基礎檢測 1 自由下落的物體在下落過程中 其重力做功和重力勢 能變化的情況為 A 重力做正功 重力勢能減小B 重力做正功 重力勢能增加C 重力做負功 重力勢能減小D 重力做負功 重力勢能增加答案 A 二 彈性勢能 1 概念 發(fā)生 的物體 各部分 之間 由于有彈力的相互作用 而具有的勢能 2 大小 與形變量及 有關 3 彈力做功與彈性勢能變化的關系 1 彈力做正功 彈性勢能 彈力做負功 彈性 勢能 彈性形變 勁度系數 減小 增大 三 機械能守恒定律1 內容 在只有 做功的物體系統(tǒng)內 動能和勢能可以互相 而總的機械能保持 2 機械能守恒的條件 只有 或 做功 重力或彈力 轉化 不變 重力 彈力 列依次進行的過程中 機械能不守恒的是 基礎檢測 2 如圖5 3 1所示 用輕彈簧相連的物塊A和B放在光滑的水平面上 物塊A緊靠豎直墻壁 一顆子彈沿水平方向射入物塊B后留在其中 由子彈 彈簧和A B所組成的系統(tǒng)在下 圖5 3 1 A 子彈射入物塊B的過程 B 物塊B帶著子彈向左運動 直到彈簧壓縮量最大的過 程 C 彈簧推著帶子彈的物塊B向右運動 直到彈簧恢復原 長的過程 D 帶著子彈的物塊B因慣性繼續(xù)向右運動 直到彈簧伸 長量達到最大的過程 答案 A 考點1 機械能守恒的條件及判斷方法 重點歸納1 守恒條件只有重力或系統(tǒng)內的彈力做功 可以從兩個方面理解 1 只受重力作用 例如在不考慮空氣阻力的情況下的各種拋體運動 物體的機械能守恒 2 受其他力 但其他力不做功 只有重力或彈力做功 例如物體沿光滑的曲面下滑 受重力和曲面的支持力作用 但曲面的支持力不做功 物體的機械能守恒 2 判斷方法 1 利用機械能的定義判斷 直接判斷 若物體動能 勢能 之和不變 機械能守恒 2 利用守恒條件判斷 若物體或系統(tǒng)只有重力 或內力的彈 力 做功 則機械能守恒 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的能的轉化 則物體系統(tǒng)機械能守恒 考題題組 1 多選 如圖5 3 2所示 下列關于機械能是否守恒的判 斷正確的是 甲 乙 丙 丁 圖5 3 2 A 甲圖中 物體A將彈簧壓縮的過程中 物體A機械能 守恒 B 乙圖中 物體A固定 物體B沿斜面勻速下滑 物體B 的機械能守恒 C 丙圖中 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 A B組成的系統(tǒng)機械能守恒 D 丁圖中 小球沿水平面做勻速圓錐擺運動時 小球的 機械能守恒 答案 CD 考點2 單個物體的機械能守恒 重點歸納1 機械能守恒的三種表達式對比 續(xù)表 2 求解單個物體機械能守恒問題的基本思路 1 選取研究對象 物體 2 根據研究對象所經歷的物理過程 進行受力 做功分析 判斷機械能是否守恒 3 恰當地選取參考平面 確定研究對象在過程的初 末狀 態(tài)時的機械能 4 選取方便的機械能守恒定律的方程形式 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 Ek Ep 進行求解 考題題組 圖5 3 3 A 適當調整高度h 可使小球從軌道最高點M飛出后 恰好落在軌道右端口N處 B 若h 2R 則小球在軌道最低點對軌道的壓力為5mgC 只有h大于等于2 5R時 小球才能到達圓軌道的最高 點M D 若h R 則小球能上升到圓軌道左側離地高度為R的 位置 該過程重力做功為mgR 答案 BC 3 2016年甘肅蘭州診斷 如圖5 3 4所示 豎直平面內的一半徑R 0 50m的光滑圓弧槽BCD B點與圓心O等高 一水平面與圓弧槽相接于D點 質量m 0 10kg的小球從B點正上方H 0 95m高處的A點自由下落 由B點進入圓弧軌道 從D點飛出后落在水平面上的Q點 DQ間的距離x 2 4m 球從D點飛出后的運動過程中相對水平面上升的最大高度h 0 80m g取10m s2 不計空氣阻力 求 1 小球經過C點時軌道對它的支持力大小FN 2 小球經過最高點P的速度大小vP 3 D點與圓心O的高度差hOD 圖5 3 4 考點3 多個物體的機械能守恒定律的應用 重點歸納1 對多個物體組成的系統(tǒng)要注意判斷物體運動過程中 系統(tǒng)的機械能是否守恒 2 注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關系和位移關系 3 列機械能守恒方程時 一般選用 Ek Ep或 EA EB的形式 考題題組 4 多選 2015年新課標 卷 如圖5 3 5所示 滑塊a b的質量均為m a套在固定豎直桿上 與光滑水平地面相距h b放在地面上 a b通過鉸鏈用剛性輕桿連接 由靜止開始運 動 不計摩擦 a b可視為質點 重力加速度大小為g 則 圖5 3 5 解析 首先 把a b看成一個系統(tǒng) 運動中機械能守恒 b先加速后減速 a到達地面時b速度為0 故桿對b先做正功后做負功 A錯誤 根據系統(tǒng)機械能守恒 a的重力勢能的減 確 a下落時 開始受到沿桿向上的支持力 a的加速度小于g 后來受桿的沿桿向下的拉力 此時a的加速度大于g C錯誤 a剛開始的一段下落過程中桿對a做負功 a的機械能減少 a的機械能最小時桿對a的作用力為0 此時桿對b也沒有力的作用 故b對地面的壓力大小為mg D正確 答案 BD 5 2017年山東濟南質檢 如圖5 3 6所示 跨過同一高度處的定滑輪的細線連接著質量相同的物體A和B A套在光滑水平桿上 定滑輪離水平桿的高度h 0 2m 開始時讓連著A的細線與水平桿的夾角 1 37 由靜止釋放B 當細線與水平桿的夾角 2 53 時 A的速度為多大 在以后的運動過程中 A所獲得的最大速度為多大 設B不會碰到水平桿 sin37 0 6 sin53 0 8 取g 10m s2 圖5 3 6 由于繩子的拉力對A做正功 使A加速 至左滑輪正下方時速度最大 此時B的速度為零 此過程B下降高度設為h2 則由機械能守恒定律得 模型 用機械能守恒定律解決非質點問題 重點歸納在應用機械能守恒定律處理實際問題時 經常遇到像 鏈條 液柱 類的物體 其在運動過程中將發(fā)生形變 其重心位置相對物體也發(fā)生變化 因此這類物體不能再看成質點來處理 物體雖然不能看成質點來處理 但因只有重力做功 物體整體機械能守恒 一般情況下 可將物體分段處理 確定質量分布均勻的規(guī)則物體各部分的重心位置 根據初末狀態(tài)物體重力勢能的變化列式求解 例題 如圖5 3 7所示 AB為光滑的水平面 BC是傾角為 的足夠長的光滑斜面 斜面體固定不動 AB BC間用一小段光滑圓弧軌道相連 一條長為L的均勻柔軟鏈條開始時靜止放在ABC面上 其一端D至B的距離為L a 現自由釋放鏈條 則 圖5 3 7 1 鏈條下滑過程中 系統(tǒng)的機械能是否守恒 簡述理由 2 鏈條的D端滑到B點時 鏈條的速率為多大 解 1 鏈條在下滑過程中機械能守恒 因為斜面BC和AB面均光滑 鏈條下滑時只有重力做功 符合機械能守恒的條件 2 設鏈條質量為m 可以認為始末狀態(tài)的重力勢能變化是由L a段下降引起的 如圖5 3 8所示 則高度減少量 h a L a2 sin L a2 sin 圖5 3 8 觸類旁通 如圖5 3 9所示 粗細均勻 兩端開口的U形管內裝有同種液體 開始時兩邊液面高度差為h 管中液柱總長度為4h 后來讓液體自由流動 當兩液面高度相等時 右側液面下降的 速度為 圖5 3 9 圖D31答案 A