《（新課標(biāo)）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 第3講 機械能守恒定律及其應(yīng)用課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（新課標(biāo)）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 第3講 機械能守恒定律及其應(yīng)用課件.ppt（54頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第3講機械能守恒定律及其 應(yīng)用,一 重力勢能,二 彈性勢能,三 機械能守恒定律,基礎(chǔ)過關(guān),考點一 機械能守恒的理解與判斷,考點二 單位物體的機械能守恒問題,考點三 多個物理（連接體）的機械能守恒問題,考點突破,基礎(chǔ)過關(guān),一、重力勢能 1.定義:物體的重力勢能等于它所受重力與所處高度的乘積。 2.公式:Ep=mgh。 3.標(biāo)矢性:重力勢能是標(biāo)量,正、負(fù)表示其大小。,4.特點 a.系統(tǒng)性:重力勢能是地球和物體共有的。 b.相對性:重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān)。重力勢能的變化是絕對的,與參考平面的選取無關(guān)。 5.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系:重力做正功時,重力勢能減少; 重力做負(fù)功時,重力勢能

2、增加。重力做多少正(負(fù))功,重力勢能就 減少(增加)多少,即WG=Ep1-Ep2。,二、彈性勢能 1.定義:物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能。 2.大小:彈性勢能的大小與形變量及彈簧的勁度系數(shù)等因素有 關(guān)。同一彈簧的形變量越大,勁度系數(shù)越大,彈簧的彈性勢能越大。 3.彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系:彈力做正功,彈性勢能減少; 彈力做負(fù)功,彈性勢能增加。,三、機械能守恒定律 1.內(nèi)容:在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動能與勢 能可以相互轉(zhuǎn)化,而總的機械能保持不變。,2.表達式 a.守恒觀點:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2(要選零勢能參考平面)。 b.轉(zhuǎn)化觀點:Ek=-Ep(不用選零勢能參考平面)。

3、 c.轉(zhuǎn)移觀點:EA增=EB減(不用選零勢能參考平面)。 (3)機械能守恒的條件:只有重力(或系統(tǒng)內(nèi)彈力)做功或雖 有其他外力做功但其他力做功的代數(shù)和為零。,1.判斷下列說法對錯。 (1)克服重力做功,物體的重力勢能一定增加。( ) (2)重力勢能的變化與零勢能參考面的選取有關(guān)。( ) (3)彈簧彈力做負(fù)功時,彈性勢能減少。( ) (4)物體在速度增大時,其機械能可能在減小。( ) (5)物體所受合外力為零時,機械能一定守恒。( ) (6)物體除受重力外,還受其他力,但其他力不做功,則物體的機械能一定守恒。( ),,,,,,,2.(2017甘肅蘭州模擬)以下情形中,物體的機械能一定守恒的是(

4、D ) A.下落的物體受到空氣阻力的作用 B.物體以一定的初速度在粗糙的水平面上滑動 C.一物體勻速上升 D.物體沿光滑斜面自由下滑,,3.如圖所示在光滑水平面上有一物體,它的左端連接著一輕彈簧,彈簧的另一端固定在墻上,在力F作用下物體處于靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)撤去力F后,物體將向右運動,在物體向右運動的過程中,下列說法正確的是( D ),A.彈簧的彈性勢能逐漸減少 B.物體的機械能不變 C.彈簧的彈性勢能先增加后減少 D.彈簧的彈性勢能先減少后增加,,4.(2018山東淄博模擬)如圖所示,不可伸長的柔軟輕繩跨過光滑定滑輪,繩兩端各系一小球a和b。a球質(zhì)量為m,靜置于水平地面上;b球質(zhì)量為3m,用手托住

5、,高度為h,此時輕繩剛好拉緊?，F(xiàn)將b球釋放,則b球著地瞬間a球的速度大小為( A ),A.B.C.D.2,,考點一機械能守恒的理解與判斷,考點突破,1.對機械能守恒條件的理解 (1)只受重力作用,例如不考慮空氣阻力的各種拋體運動,物體的機械能守恒。 (2)除重力外物體還受其他力,但其他力不做功或做功的代數(shù)和為零。 (3)除重力外,只有系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功,并且彈力做的功等于彈性勢能變化量的負(fù)值,那么系統(tǒng)的機械能守恒。注意并非是物體的機械能守恒,,如與彈簧相連的小球,在下擺的過程中其機械能減少,但小球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒。 2.機械能是否守恒的三種判斷方法 (1)利用機械能的定義判斷:若物體的

6、動能、勢能之和不變,機械能守恒。 (2)利用守恒條件判斷:若只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功,物體或系統(tǒng)的機械能守恒。 (3)利用能量轉(zhuǎn)化判斷:若物體系統(tǒng)與外界沒有能量交換,物體系統(tǒng)內(nèi)也沒有機械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化,則物體系統(tǒng)機械能守恒。,1.在如圖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角處自由釋放后繞光滑支點擺動;乙圖為末端固定有小球的輕質(zhì)直角架,釋放后繞通過直角頂點的固定軸O無摩擦轉(zhuǎn)動;丙圖為輕繩一端連著一小球,從右偏上30角處自由釋放;丁圖為置于光滑水平面上的帶有豎直支架的小車,把用輕繩懸掛的小球從圖示位置釋放,小球開始擺動。則關(guān)于這幾個物理過程(空氣阻力忽略不計),下

7、列判斷中正確的是(),A.甲圖中小球的機械能守恒 B.乙圖中A小球的機械能守恒 C.丙圖中小球的機械能守恒 D.丁圖中小球的機械能守恒,答案A甲圖中輕桿對小球不做功,小球的機械能守恒,A項正確;乙圖中輕桿對小球A的彈力不沿桿的方向,會對小球做功,所以小球A的機械能不守恒,但兩個小球組成的系統(tǒng)機械能守恒,B項錯誤;丙圖中的小球在繩子繃緊的瞬間有動能損失,機械能不守恒,C項錯誤;丁圖中小球和小車組成的系統(tǒng)機械能守恒,但小球的機械能不守恒,這是因為擺動過程中小球的軌跡不是圓弧,輕繩會對小球做功,D項錯誤。,2.木塊靜止掛在繩子下端,一子彈以水平速度射入木塊并留在其中,再與木塊一起共同擺到一定高度如圖

8、所示,從子彈開始射入到共同上擺到最大高度的過程中,下列說法正確的是( D ),A.子彈的機械能守恒 B.木塊的機械能守恒 C.子彈和木塊總機械能守恒 D.子彈和木塊上擺過程中機械能守恒,,解析子彈射入木塊過程,系統(tǒng)中摩擦力做負(fù)功,機械能減少;而共同上擺過程,系統(tǒng)只有重力做功,機械能守恒。綜上所述,整個過程機械能減少,減少部分等于克服摩擦力做功產(chǎn)生的熱量。,考點二單個物體的機械能守恒問題,1.機械能守恒定律的表達式,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(jù)研究對象所經(jīng)歷的過程,進行受力、做功分析,判斷機械能是否守恒。 (3)恰當(dāng)選取零勢能參考平面,確定研究對

9、象在初、末狀態(tài)時的機械能。 (4)恰當(dāng)選取機械能守恒定律的方程形式進行求解。,例1(2016課標(biāo),24,12分)如圖,在豎直平面內(nèi)有由圓弧AB和圓弧 BC組成的光滑固定軌道,兩者在最低點B平滑連接。AB弧的半徑為R,BC弧的半徑為。一小球在A點正上方與A相距處由靜止開始自由下 落,經(jīng)A點沿圓弧軌道運動。,(1)求小球在B、A兩點的動能之比; (2)通過計算判斷小球能否沿軌道運動到C點。,答案見解析 解析(1)設(shè)小球的質(zhì)量為m,小球在A點的動能為EkA,由機械能守恒得 EkA=mg 設(shè)小球在B點的動能為EkB,同理有EkB=mg 由式得=5,(2)若小球能沿軌道運動到C點,小球在C點所受軌道的正

10、壓力N應(yīng)滿足N0 設(shè)小球在C點的速度大小為vC,由牛頓運動定律和向心加速度公式有N+mg=m 由式得,vC應(yīng)滿足mgm 由機械能守恒有mg=m 由式可知,小球恰好可以沿軌道運動到C點。,考向1機械能守恒定律在圓周運動中的應(yīng)用 1.如圖,一質(zhì)量為M的光滑大圓環(huán),用一細(xì)輕桿固定在豎直平面內(nèi);套在大環(huán)上質(zhì)量為m的小環(huán)(可視為質(zhì)點),從大環(huán)的最高處由靜止滑下。重力加速度大小為g。當(dāng)小環(huán)滑到大環(huán)的最低點時,大環(huán)對輕桿拉力的大小為( C ),A.Mg-5mgB.Mg+mg C.Mg+5mgD.Mg+10mg,,解析設(shè)大環(huán)半徑為R,質(zhì)量為m的小環(huán)滑到大環(huán)最低點的過程中機械能守恒,所以mv2=mg2R,可得小

11、環(huán)滑到大環(huán)最低點時的速度為v=2 ;根據(jù)牛頓第二定律及向心加速度公式可得FN-mg=m,所以在最低 點時大環(huán)對小環(huán)的支持力FN=mg+m=5mg,根據(jù)牛頓第三定律知,小環(huán) 對大環(huán)的壓力FN=FN=5mg,方向向下。對大環(huán),由平衡條件可得輕桿對大環(huán)的拉力T=Mg+FN=Mg+5mg。根據(jù)牛頓第三定律,大環(huán)對輕桿拉力的大小為T=T=Mg+5mg。故選項C正確,選項A、B、D錯誤。,考向2機械能守恒定律在平拋運動中的應(yīng)用 2.(2017課標(biāo),17,6分)如圖,半圓形光滑軌道固定在水平地面上,半圓的直徑與地面垂直。一小物塊以速度v從軌道下端滑入軌道,并從軌道上端水平飛出,小物塊落地點到軌道下端的距離與

12、軌道半徑有關(guān),此距離最大時對應(yīng)的軌道半徑為(重力加速度大小為g)( B ) A.B.C.D.,,解析小物塊由光滑軌道最低點到最高點的過程中,以水平地面為重力勢能參考平面,則由機械能守恒定律有 mv2=mg2R+m 小物塊從最高點水平飛出做平拋運動,有 2R=gt2 x=v1t(x為落地點到軌道下端的距離) 得x2=R-16R2 當(dāng)R=-,即R=時,x具有最大值,選項B正確。,名師點撥,考點三多個物體(連接體)的機械能守恒問題,1.多物體機械能守恒問題的一般分析方法 (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(guān)系和位移關(guān)

13、系。 (3)列機械能守恒方程時,一般選用Ek=-Ep的形式。,2.多物體機械能守恒問題的三點注意 (1)正確選取研究對象。 (2)合理選取運動過程。 (3)正確選取機械能守恒定律常用的表達形式列式求解。,例2(多選)如圖,滑塊a、b的質(zhì)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(zhì)點,重力加速度大小為g。則( BD ),A.a落地前,輕桿對b一直做正功 B.a落地時速度大小為 C.a下落過程中,其加速度大小始終不大于g D.a落地前,當(dāng)a的機械能最小時,b對地面的壓力大小為mg 【審題指導(dǎo)】首先判斷a、b

14、組成的系統(tǒng)機械能是否守恒,然后把兩滑塊的速度關(guān)系找出來,利用機械能守恒定律求解問題。,,解析因為桿對滑塊b的限制,a落地時b的速度為零,所以b的運動為先加速后減速,桿對b的作用力對b做的功即b所受合外力做的總功,由動能定理可知,桿對b先做正功后做負(fù)功,故A錯。對a、b組成的系統(tǒng)應(yīng)用機械能守恒定律有mgh=m,解得va=,故B正確。桿對a的作用 效果為先推后拉,桿對a的作用力為拉力時,a下落過程中的加速度大小會大于g,故C錯。由功能關(guān)系可知,當(dāng)桿對a的推力減為零的時刻,即a的機械能最小的時刻,此時桿對a和b的作用力均為零,故b對地面的壓力大小為mg,D正確。,考向1輕繩模型問題 1.(2019黑

15、龍江哈爾濱六中檢測)如圖所示,物體A的質(zhì)量為M,圓環(huán)B的質(zhì)量為m,通過繩子連接在一起,圓環(huán)套在光滑的豎直桿上,開始時連接圓環(huán)的繩子處于水平,長度l=4 m,現(xiàn)從靜止釋放圓環(huán)。不計定滑輪和空氣的阻力,g取10 m/s2,若圓環(huán)下降h=3 m時的速度v=5 m/s,則A和B的質(zhì)量關(guān)系為( A ),A.=B.=C.=D.=,,解析圓環(huán)下降3 m后的速度可以按如圖所示分解,故可得vA=v cos =,A、B和繩子看成一個整體,整體只有重力做功,機械能守恒, 當(dāng)圓環(huán)下降h=3 m時,根據(jù)機械能守恒可得mgh=MghA+mv2+M,其中 hA=-l,聯(lián)立可得=,故A正確。,考向2輕桿模型問題 2.如圖所示

16、,豎直平面內(nèi)的半圓形光滑軌道,其半徑為R。小球A、B質(zhì)量分別為mA、mB,A和B之間用一根長為l(l

17、械能減少,說明輕桿對A做負(fù)功,對B做正功,故選項C正確;A下滑過程中減少的重力勢能等于B上升過程中增加的重力勢能與A、B增加的動能之和,故選項D錯誤。,考向3輕彈簧模型問題 3.(多選)(2016課標(biāo),21,6分)如圖,小球套在光滑的豎直桿上,輕彈簧一端固定于O點,另一端與小球相連?，F(xiàn)將小球從M點由靜止釋放,它在下降的過程中經(jīng)過了N點。已知在M、N兩點處,彈簧對小球的彈力大小相等,且ONM

18、于其在M、N兩點的重力勢能差,,解析如圖所示,OP垂直于豎直桿,Q點與M點關(guān)于OP對稱,在小球從M點到Q點的過程中,彈簧彈力先做負(fù)功后做正功,故A錯。在P點彈簧長度最短,彈力方向與速度方向垂直,故此時彈力對小球做功的功率為零,故C正確。小球在P點時所受彈簧彈力等于豎直桿給它的彈力,豎直方向上只受重力,此時小球的加速度為g;當(dāng)彈簧處于原長時,小球只受重力作用,此時小球的加速度也為g,故B正確。小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,小球 在M點和N點時彈簧的彈性勢能相等,故小球從M到N重力勢能的 減少量等于動能的增加量,而小球在M點的動能為零,則小球到達 N點時的動能等于其在M、N兩點的重力勢能差,故D

19、正確。,考向4非質(zhì)點類模型 4.如圖所示,長為L的均勻鏈條放在光滑水平桌面上,且使其中的垂在 桌邊,松手后鏈條由靜止開始沿桌邊下滑,則鏈條滑至剛剛離開桌邊時 的速度大小為( C ) A.B.C.D.4,解析設(shè)水平桌面所在水平面為零勢能參考平面,由機械能守恒定律有Ep減=Ek增,得-mg-(-mg)=mv2,解得v=,C正確。,,,方法總結(jié),機械能守恒定律在連接體中的應(yīng)用,熱點題型探究,例3(2019甘肅蘭州質(zhì)檢)如圖所示,可視為質(zhì)點的小球A、B用不可伸長的細(xì)軟輕線連接,輕線跨過固定在水平地面上半徑為R的光滑圓柱,A的質(zhì)量為B的2倍。當(dāng)B位于地面時,A恰與圓柱軸心等高。將A由靜止釋放,B上升的最

20、大高度是(不計空氣阻力)( C ) A.2RB.C.D.,,,解析設(shè)A、B的質(zhì)量分別為2m、m,由題意可知,當(dāng)A落到地面上時,B恰好運動到與圓柱軸心等高處,以A、B整體為研究對象,則A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒,故有2mgR-mgR=(2m+m)v2;A落到地面上以后,B將 以速度v做豎直上拋運動,上升的最大高度為h=,解得h=R;故B上升 的總高度為R+h=R,選項C正確。,1.如圖所示,粗細(xì)均勻、兩端開口的U形管內(nèi)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(dāng)兩液面第一次高度相等時,右側(cè)液面下降的速度為( A ) A.B.C.D.,,解析U形管內(nèi)的液體,

21、運動過程中只有重力做功,系統(tǒng)的機械能守恒,當(dāng)兩液面第一次高度相等時,減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為整體的動能。第一次液面相平時,相當(dāng)于右側(cè)高度為的部分液體下降了,所以由機 械能守恒定律可得,減少的重力勢能Ep等于增加的動能Ek,則有mg h=mv2,解得v=,故A項正確。,2.(2016課標(biāo),25,20分)輕質(zhì)彈簧原長為2l,將彈簧豎直放置在地面上,在其頂端將一質(zhì)量為5m的物體由靜止釋放,當(dāng)彈簧被壓縮到最短時,彈簧長度為l?，F(xiàn)將該彈簧水平放置,一端固定在A點,另一端與物塊P接觸但不連接。AB是長度為5l的水平軌道,B端與半徑為l的光滑半圓軌道BCD相切,半圓的直徑BD豎直,如圖所示。物塊P與AB間的動摩

22、擦因數(shù)=0.5。用外力推動物塊P,將彈簧壓縮至長度l,然后放開,P開始沿軌道運動。重力加速度大小為g。,(1)若P的質(zhì)量為m,求P到達B點時速度的大小,以及它離開圓軌道后落回 到AB上的位置與B點之間的距離; (2)若P能滑上圓軌道,且仍能沿圓軌道滑下,求P的質(zhì)量的取值范圍。,答案(1)2l(2)mM