《课堂新坐标》2014届高考物理一轮复习配套课件：第五章 第3讲 机械能守恒定律及其应用.ppt

第第3讲机械能守恒定律及其应用讲机械能守恒定律及其应用1.重力势能重力势能(1)重力做功的特点重力做功的特点重力做功与重力做功与 无关，只与始末位置的无关，只与始末位置的 有关有关重力做功不引起物体重力做功不引起物体 的的变变化化(2)重力重力势势能能公式：公式：Ep .矢矢标标性：重力性：重力势势能是能是 ，但有正、，但有正、负负，其意，其意义义是表是表示物体的重力示物体的重力势势能比它在能比它在 上大上大还还是小，是小，这这与功与功的正、的正、负负的物理意的物理意义义不同不同路径路径高度差高度差机械能机械能mgh标标量量参考平面参考平面系系统统性：重力性：重力势势能是能是 和和 共有的共有的相相对对性：重力性：重力势势能的大小与能的大小与 的的选选取有关重力取有关重力势势能的能的变变化是化是 的，与参考平面的的，与参考平面的选选取取 (3)重力做功与重力重力做功与重力势势能能变变化的关系化的关系定性关系：重力定性关系：重力对对物体做正功，重力物体做正功，重力势势能就能就 ；重；重力力对对物体做物体做负负功，重力功，重力势势能就能就 定量关系：重力定量关系：重力对对物体做的功物体做的功 物体重力物体重力势势能的减能的减少量即少量即WG(Ep2Ep1).2弹性势能弹性势能(1)大小：大小：弹弹簧的簧的弹弹性性势势能的大小与能的大小与弹弹簧簧的的 及及 有关有关(2)弹弹力做功与力做功与弹弹性性势势能能变变化的关系：化的关系：弹弹力做力做 ，弹弹性性势势能减小，能减小，弹弹力做力做负负功，功，弹弹性性势势能能 物体物体地球地球参考平面参考平面绝对绝对无关无关减少减少增加增加等于等于Ep形形变变量量劲劲度系数度系数正功正功增加增加【针对训练针对训练】1.“蹦蹦极极”是一是一项项非常刺激的体育运非常刺激的体育运动动如如图图531所示，运所示，运动员动员身系身系弹弹性性绳绳自自高空中高空中Q点自由下落，点自由下落，图图中中a是是弹弹性性绳绳的的原原长长位置，位置，c是运是运动员动员所到达的最低点，所到达的最低点，b是运是运动员动员静止地静止地悬悬吊着吊着时时的的平衡位置平衡位置则则()A由由Q到到c的整个的整个过过程中，运程中，运动员动员的的动动能及重力能及重力势势能之和守恒能之和守恒B由由a下降到下降到c的的过过程中，运程中，运动员动员的的动动能一直减小能一直减小C由由a下降到下降到c的的过过程中，运程中，运动员动员的的动动能先增大后减小能先增大后减小D由由a下降到下降到c的的过过程中，程中，弹弹性性绳绳的的弹弹性性势势能一直增大能一直增大【解析解析】由由Q到到c的整个过程中，运动员的动能、重力势的整个过程中，运动员的动能、重力势能和弹性绳的弹性势能之和守恒，能和弹性绳的弹性势能之和守恒，A错误；由错误；由a下降到下降到c的过的过程中，运动员的动能先增大后减小，程中，运动员的动能先增大后减小，B错误，错误，C正确；由正确；由a下下降到降到c的过程中，弹性绳的伸长量不断增加，故弹性势能一的过程中，弹性绳的伸长量不断增加，故弹性势能一直增大，直增大，D选项也正确选项也正确【答案答案】CD1.内容内容在只有在只有 做功的物体系做功的物体系统统内，内，动动能和能和势势能可以能可以互相互相 ，而，而总总的机械能保持的机械能保持 2机械能守恒的条件机械能守恒的条件只有只有 或或 做功做功重力或重力或弹弹力力转转化化不不变变重力重力弹弹力力【针对训练针对训练】2.如如图图532所示，小球从高所示，小球从高处处下落到下落到竖竖直放置的直放置的轻弹轻弹簧上，在将簧上，在将弹弹簧簧压缩压缩到到最短的整个最短的整个过过程中，下列关于能量的程中，下列关于能量的叙述中正确的是叙述中正确的是()A重力重力势势能和能和动动能之和能之和总总保持不保持不变变B重力重力势势能和能和弹弹性性势势能之和能之和总总保持不保持不变变C动动能和能和弹弹性性势势能之和能之和总总保持不保持不变变D重力重力势势能、能、弹弹性性势势能和能和动动能之和能之和总总保持不保持不变变【解析解析】在小球与弹簧相互作用过程中，重力势能、弹在小球与弹簧相互作用过程中，重力势能、弹性势能和动能相互转化，总和保持不变，性势能和动能相互转化，总和保持不变，D正确；重力势能正确；重力势能一直减小，故动能和弹性势能之和一直增大，一直减小，故动能和弹性势能之和一直增大，C错误；动能错误；动能先增大后减小，故重力势能与弹性势能之和先减小后增大，先增大后减小，故重力势能与弹性势能之和先减小后增大，B错误；因弹性势能一直增大，故重力势能与动能之和一直错误；因弹性势能一直增大，故重力势能与动能之和一直减小，减小，A错误错误【答案答案】D1.守恒条件守恒条件机械能守恒的条件是只有重力、机械能守恒的条件是只有重力、弹弹力做功，可以从以下三力做功，可以从以下三方面理解：方面理解：(1)只受重力作用，例如在不考只受重力作用，例如在不考虑虑空气阻力的情况下的各种空气阻力的情况下的各种抛体运抛体运动动，物体的机械能守恒，物体的机械能守恒(2)受其他力，但其他力不做功，只有重力或受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹弹力做功力做功(3)弹弹力做功伴随着力做功伴随着弹弹性性势势能的能的变变化，并且化，并且弹弹力做的功等于力做的功等于弹弹性性势势能的减少量能的减少量2几种常见情况分析几种常见情况分析(1)水平面上物体做匀速直水平面上物体做匀速直线线运运动动或匀速或匀速圆圆周运周运动动，其机械能，其机械能保持不保持不变变(2)光滑斜面上的物体沿斜面匀加速下滑或匀减速上滑光滑斜面上的物体沿斜面匀加速下滑或匀减速上滑时时机械机械能守恒若物体受摩擦力或其他力作用匀速下滑或匀速上滑，能守恒若物体受摩擦力或其他力作用匀速下滑或匀速上滑，则则机械能不守恒机械能不守恒(3)物体在物体在竖竖直面内的光滑直面内的光滑轨轨道上运道上运动时动时，轨轨道支持力不做功，道支持力不做功，则则机械能守恒机械能守恒(4)细线悬细线悬挂的物体在挂的物体在竖竖直平面内直平面内摆动摆动，悬线悬线的拉力不做功，的拉力不做功，则则机械能守恒机械能守恒(5)抛体运抛体运动动如平抛、斜抛，不考如平抛、斜抛，不考虑虑空气阻力的空气阻力的过过程中机械程中机械能守恒能守恒 2013届银川一中检测届银川一中检测)在如在如图图533所示的物理所示的物理过过程程示意示意图图中，甲中，甲图为图为一端固定有小球的一端固定有小球的轻轻杆，从右偏上杆，从右偏上30角角释释放后放后绕绕光滑支点光滑支点摆动摆动；乙；乙图为图为末端固定有小球的末端固定有小球的轻质轻质直角架，直角架，释释放后放后绕绕通通过过直角直角顶顶点的固定点的固定轴轴O无摩擦无摩擦转动转动；丙；丙图为图为置于置于光滑水平面上的光滑水平面上的A、B两小两小车车，B静止，静止，A获获得一向右的初速得一向右的初速度后向右运度后向右运动动，某，某时时刻刻连连接两接两车车的的细绳绷紧细绳绷紧，然后，然后带动带动B车车运运动动；丁；丁图为图为置于光滑水平面上的置于光滑水平面上的带带有有竖竖直支架的小直支架的小车车，把，把用用细绳悬细绳悬挂的小球从挂的小球从图图示位置示位置释释放，小球开始放，小球开始摆动摆动则则关于关于这这几个物理几个物理过过程程(空气阻力忽略不空气阻力忽略不计计)，下列判断中正确的是，下列判断中正确的是()A甲甲图图中小球机械能守恒中小球机械能守恒B乙乙图图中小球中小球A的机械能守恒的机械能守恒C丙丙图图中两中两车组车组成的系成的系统统机械能守恒机械能守恒D丁丁图图中小球的机械能守恒中小球的机械能守恒【解析解析】甲图过程中轻杆对小球不做功，小球的机械能甲图过程中轻杆对小球不做功，小球的机械能守恒；乙图过程中守恒；乙图过程中A、B两球通过杆相互影响两球通过杆相互影响(例如开始时例如开始时A球带动球带动B球转动球转动)，轻杆对，轻杆对A的弹力不沿杆的方向，会对小球的弹力不沿杆的方向，会对小球做功，所以每个小球的机械能不守恒，但把两个小球作为一做功，所以每个小球的机械能不守恒，但把两个小球作为一个系统时机械能守恒；丙图中绳子绷紧的过程虽然只有弹力个系统时机械能守恒；丙图中绳子绷紧的过程虽然只有弹力作为内力做功，但弹力突变有内能转化，机械能不守恒；丁作为内力做功，但弹力突变有内能转化，机械能不守恒；丁图过程中细绳也会拉动小车运动，取地面为参考系，小球的图过程中细绳也会拉动小车运动，取地面为参考系，小球的轨迹不是圆弧，细绳会对小球做功，小球的机械能不守恒，轨迹不是圆弧，细绳会对小球做功，小球的机械能不守恒，把小球和小车当做一个系统，机械能才守恒把小球和小车当做一个系统，机械能才守恒【答案答案】A【即学即用即学即用】1(2013届铜川模拟届铜川模拟)如如图图534所示，斜劈劈尖所示，斜劈劈尖顶顶着着竖竖直直墙墙壁静止于水平面上，壁静止于水平面上，现现将一小球从将一小球从图图示位置静止示位置静止释释放，放，不不计计一切摩擦，一切摩擦，则则在小球从在小球从释释放到落至地面的放到落至地面的过过程中，下程中，下列列说说法正确的是法正确的是()A斜劈斜劈对对小球的小球的弹弹力不做功力不做功B斜劈与小球斜劈与小球组组成的系成的系统统机械能守恒机械能守恒C斜劈的机械能守恒斜劈的机械能守恒D小球重力小球重力势势能减少量能减少量等于斜劈等于斜劈动动能的增加量能的增加量【解析解析】不计一切摩擦，小球下滑时，小球和斜劈组成不计一切摩擦，小球下滑时，小球和斜劈组成的系统只有小球重力做功，系统机械能守恒，故的系统只有小球重力做功，系统机械能守恒，故B正确，正确，C错误；小球重力势能的减少量应等于小球和斜劈动能的增错误；小球重力势能的减少量应等于小球和斜劈动能的增加量之和，加量之和，D错误；斜劈对小球的弹力与小球位移间夹角大错误；斜劈对小球的弹力与小球位移间夹角大于于90，故此弹力做负功，故此弹力做负功，A错误错误【答案答案】B【即学即用即学即用】2(2013届渭南模拟届渭南模拟)如如图图536所示，一固定在所示，一固定在竖竖直直平面内的光滑的半平面内的光滑的半圆圆形形轨轨道道ABC，其半径，其半径R0.5 m，轨轨道道在在C处处与水平地面相切，在与水平地面相切，在C处处放一小物放一小物块块，给给它一水平向它一水平向左的初速度左的初速度v05 m/s，结结果它沿果它沿CBA运运动动，通，通过过A点，最点，最后落在水平地面上的后落在水平地面上的D点，求点，求C、D的距离的距离x(重力加速度重力加速度g取取10 m/s2)【答案答案】1 m应应用机械能守恒定律解用机械能守恒定律解题时题时，常会遇到由多个物体，常会遇到由多个物体组组成的成的系系统问题统问题，这时应这时应注意注意选选取研究取研究对对象，分析研究象，分析研究过过程，判程，判断系断系统统的机械能是否守恒，列方程的机械能是否守恒，列方程时还时还要注意分析物体要注意分析物体间间的速度关系和位移关系的速度关系和位移关系 如如图图537所示，跨所示，跨过过同一高度同一高度处处的定滑的定滑轮轮的的细线连细线连接接着着质质量相同的物体量相同的物体A和和B，A套在套在光滑水平杆上，定滑光滑水平杆上，定滑轮轮离水平杆离水平杆的高度的高度h0.2 m，开始，开始时让连时让连着着A的的细线细线与水平杆的与水平杆的夹夹角角137，由静止由静止释释放放B，当，当细线细线与水平杆的与水平杆的夹夹角角253时时，A的速的速度度为为多大？在以后的运多大？在以后的运动过动过程中，程中，A所所获获得的最大速度得的最大速度为为多多大？大？(设设B不会碰到水平杆，不会碰到水平杆，sin 370.6，sin 530.8，取，取g10 m/s2)【潜点探究潜点探究】(1)A、B之间只有动能和势能转化，可考之间只有动能和势能转化，可考虑系统机械能守恒虑系统机械能守恒(2)连连A的细线与水平杆夹角的细线与水平杆夹角137253，可由几何，可由几何关系求出物体关系求出物体B下落高度下落高度(3)线长一定，线长一定，90A加速，加速，90A减速减速90时，时，A的速度最大的速度最大【答案答案】见规见规范解答范解答【即学即用即学即用】3.(2012上海高考上海高考)如如图图538，可，可视为视为质质点的小球点的小球A、B用不可伸用不可伸长长的的细软轻线连细软轻线连接，跨接，跨过过固定在地面上半径固定在地面上半径为为R的光滑的光滑圆圆柱，柱，A的的质质量量为为B的两倍当的两倍当B位于地面位于地面时时，A恰恰与与圆圆柱柱轴轴心等高将心等高将A由静止由静止释释放，放，B上升上升的最大高度是的最大高度是()A2RB5R/3C4R/3 D2R/3【答案答案】C重力势能、弹性势能与机械能守恒的判断重力势能、弹性势能与机械能守恒的判断1(2011新课标全国高考新课标全国高考)一一蹦蹦极运极运动员动员身系身系弹弹性性蹦蹦极极绳绳从水面上方的高台下落，到最低点从水面上方的高台下落，到最低点时时距水面距水面还还有数米距离有数米距离假定空气阻力可忽略，运假定空气阻力可忽略，运动员动员可可视为质视为质点，下列点，下列说说法正确的法正确的是是()A运运动员动员到达最低点前重力到达最低点前重力势势能始能始终终减小减小B蹦蹦极极绳张紧绳张紧后的下落后的下落过过程中，程中，弹弹力做力做负负功，功，弹弹性性势势能能增加增加C蹦蹦极极过过程中，运程中，运动员动员、地球和、地球和蹦蹦极极绳绳所所组组成的系成的系统统机机械能守恒械能守恒D蹦蹦极极过过程中，重力程中，重力势势能的改能的改变变与重力与重力势势能零点的能零点的选选取取有关有关【解析解析】到达最低点前高度始终在降低，所以重力势能到达最低点前高度始终在降低，所以重力势能始终减小，故始终减小，故A正确绳张紧后的下落过程，伸长量逐渐增正确绳张紧后的下落过程，伸长量逐渐增大，弹力做负功，弹性势能增大，故大，弹力做负功，弹性势能增大，故B正确在蹦极过程中，正确在蹦极过程中，只有重力与系统内弹力做功，故系统机械能守恒，只有重力与系统内弹力做功，故系统机械能守恒，C正确正确重力势能的改变与重力做功有关，重力做功只与始末位置重力势能的改变与重力做功有关，重力做功只与始末位置高度差有关，与零势能面的选取无关，故高度差有关，与零势能面的选取无关，故D错误错误【答案答案】ABC【答案答案】C【答案答案】AB弹簧弹性势能与机械能守恒弹簧弹性势能与机械能守恒5.(2011福建高考福建高考)如如图图5311为为某种某种鱼饵鱼饵自自动动投放器中投放器中的投的投饵饵管装置示意管装置示意图图，其下半部，其下半部AB是一是一长为长为2R的的竖竖直直细细管，管，上半部上半部BC是半径是半径为为R的四分之一的四分之一圆圆弧弯管，管口沿水平方弧弯管，管口沿水平方向，向，AB管内有一原管内有一原长为长为R、下端固定的、下端固定的轻质弹轻质弹簧投簧投饵时饵时，每次每次总总将将弹弹簧簧长长度度压缩压缩到到0.5R后后锁锁定，在定，在弹弹簧上端放置一簧上端放置一粒粒鱼饵鱼饵，解除，解除锁锁定，定，弹弹簧可将簧可将鱼饵弹鱼饵弹射出去射出去设质设质量量为为m的的鱼饵鱼饵到达管口到达管口C时时，对对管壁的作用力恰好管壁的作用力恰好为为零不零不计鱼饵计鱼饵在在运运动过动过程中的机械程中的机械能能损损失，且失，且锁锁定和解除定和解除锁锁定定时时，均不改均不改变弹变弹簧的簧的弹弹性性势势能能已知重力加速度已知重力加速度为为g.求：求：(1)质质量量为为m的的鱼饵鱼饵到到达管口达管口C时时的速度大小的速度大小v1；(2)弹弹簧簧压缩压缩到到0.5R时时的的弹弹性性势势能能Ep.