高二物理机械能守恒定律及其应用精选文档.ppt

高二物理机械能守恒定律及其应用本讲稿第一页，共九十二页知 识 精 要 本讲稿第二页，共九十二页一 机械能1.重力做功的特点重力做功与 运 动 路径 无关,只与初末位置的 高度差 有关,大小:WG=mgh.2.重力 势 能(1)概念:物体的重力 势 能等于它所受 重力 与所 处 高度 的乘 积.公式:Ep=mgh.(2)重力 势 能是 标 量,但有正 负,其意 义 是表示物体的重力 势 能比它在 参考平面 上大 还 是小,这 与功的正 负 的物理意 义 不同.本讲稿第三页，共九十二页(3)重力 势 能是 物体 和 地球 共有的.重力 势 能具有相 对 性,重力 势 能的大小与参考平面的 选 取有关.重力 势 能的 变 化是 绝对 的,与参考平面的 选择 无关.(4)重力做功与重力 势 能 变 化的关系:重力做正功 时,重力 势 能 减少;重力做 负 功 时,重力 势 能 增加;重力做多少正(负)功,重力 势 能就 减少(增加)多少,即:WG=-Ep.本讲稿第四页，共九十二页3.弹 性 势 能(1)概念:物体由于 发 生 弹 性形 变 而具有的能.(2)大小:弹 性 势 能的大小与形 变 量及 劲 度系数有关,弹 簧的形 变 量越大,劲 度系数 越大,弹 簧的 弹 性 势 能越大.(3)弹 力做功与 弹 性 势 能 变 化的关系:弹 力做正功,弹 性 势 能 减少;弹 力做 负 功,弹 性 势 能 增加.即 弹 簧恢复原 长过 程中 弹 力做 正功,弹 性 势能 减少,形 变 量 变 大的 过 程中 弹 力做 负 功,弹 性 势 能 增加.本讲稿第五页，共九十二页二 机械能守恒定律1.内容:在只有 重力(或 弹 簧的 弹 力)做功的物体系 统 内,动 能与重力 势能(或 弹 性 势 能)可以相互 转 化,而 总 的机械能保持 不 变.2.表达式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2.3.机械能守恒的条件:只有 重力 或 系 统 内的 弹 簧 弹 力 做功.本讲稿第六页，共九十二页双 基 精 练本讲稿第七页，共九十二页1.下列关于重力 势 能的 说 法正确的是()A.重力 势 能等于零的物体,不可能 对别 的物体做功B.重力 势 能是地球和物体共有的,而不是物体 单 独具有的C.在同一高度将物体以初速度v0向不同方向抛出,落到同一水平面 时所减小的重力 势 能相等D.在地面上的物体,它具有的重力 势 能一定等于零本讲稿第八页，共九十二页解析:重力势能具有相对性,重力势能为零的物体,也可以对别的物体做功,例如规定地面处的水桶重力势能为零,它也可以对水井内的水做功,A项错.势能属于系统能量,重力势能是地球和物体共有的,B项正确.重力势能的改变与路径无关,只与物体重力大小和初末位置的高度差有关,C项正确.零势能参考面选择的不同,物体的重力势能值就不同,D项错.答案:BC本讲稿第九页，共九十二页2.下列关于机械能是否守恒的论述,正确的是()A.做变速曲线运动的物体,机械能可能守恒B.沿水平面运动的物体,机械能一定守恒C.合外力对物体做功等于零时,物体的机械能一定守恒D.只有重力对物体做功时,机械能一定守恒本讲稿第十页，共九十二页解析:判断机械能是否守恒,就要依据机械能守恒的条件来分析.要看是不是只有重力(或系统内弹簧的弹力)做功,而不是看物体如何运动.物体做变速曲线运动,机械能可能守恒,如平抛运动,A对;合外力做功为零,只是动能不变,势能的变化情况不确定,机械能不一定守恒,如物体匀速下落,机械能减少,C错;沿水平面运动的物体,重力势能不变,如果不是匀速,动能发生变化,机械能就不守恒,B错.只有重力对物体做功时,机械能一定守恒,D对.答案:AD本讲稿第十一页，共九十二页3.有三个质量都为m的小球a b c,以相同的速度v0在空中同一位置分别竖直向上 水平和竖直向下抛出(忽略空气阻力),三球落地时()A.动能不同 B.重力做功不同C.机械能相同D.重力势能变化量不同解析:三球抛出时的动能和重力势能均相同,机械能相同,抛出后只有重力做功,机械能守恒,C正确,A错.因重力做功与路径无关,所以B D错.答案:C本讲稿第十二页，共九十二页4.如图所示,细绳跨过定滑轮悬挂两物体M和m,且Mm,不计摩擦,系统由静止开始运动过程中()本讲稿第十三页，共九十二页A.M m各自的机械能分别守恒B.M减少的机械能等于m增加的机械能C.M减少的重力势能等于m增加的重力势能D.M和m组成的系统机械能守恒答案:BD本讲稿第十四页，共九十二页解析:M下落过程,绳的拉力对M做负功,M的机械能不守恒,机械能减少;m上升过程,绳的拉力对m做正功,m的机械能增加,A错误;对M m组成的系统,机械能守恒,易得B D正确;M减少的重力势能并没有全部用于m重力势能的增加,还有一部分转变成M m的动能,所以C错误.本讲稿第十五页，共九十二页疑 难 精 讲本讲稿第十六页，共九十二页疑难点一.我们常用哪些方法判断机械能是否守恒?名师在线:1.利用机械能的定义判断:分析动能与势能的和是否变化.如:匀速下落的物体动能不变,重力势能减少,物体的机械能必减少.2.用能量转化来判断:若物体系统中只有动能和势能的相互转化,而无机械能与其他形式的能的转化,则物体系统的机械能守恒.本讲稿第十七页，共九十二页3.对于一些绳子突然绷紧 物体间非弹性碰撞等问题,机械能一般不守恒,除非题中有特别说明或暗示.名师提示:判断机械能守恒时,应注意理解机械能守恒的条件,不要把“只有重力和弹力做功”理解为只受重力和弹力,也不要把“其他力不做功”理解为物体受的合力为零.疑难点二.请试着比较机械能守恒定律和动能定理的区别.名师在线:1.机械能守恒定律的适用是有条件的,而动能定理具有普适性.本讲稿第十八页，共九十二页2.机械能守恒定律反映的是物体初 末状态的机械能间的关系,而动能定理揭示的是物体的动能变化与引起这种变化的合外力的功的关系,既要考虑初 末状态的动能,又要认真分析对应这两个状态间经历的过程中各力做功情况.3.动能定理侧重于解决一个研究对象受合外力做功的影响,而引起自身动能的变化,即外界因素与自身变化的关系;而机械能守恒定律是排除外界因素对系统的影响,研究系统内两个或多个研究对象之间动能和势能相互转化的规律.本讲稿第十九页，共九十二页易 错 点 拨本讲稿第二十页，共九十二页易错点一由于对到达最高点时速度认识不清导致出错自我诊断1如图所示,一物体以初速度v0冲向光滑斜面AB,并能沿斜面升高h,下列说法中正确的是()本讲稿第二十一页，共九十二页A.若把斜面从C点锯断,由机械能守恒定律知,物体冲出C点后仍能升高到hB.若把斜面弯成圆弧形,物体仍能沿AB升高hC.若把斜面从C点锯断或弯成圆弧状,物体都不能升高h,因为机械能不守恒D.若把斜面从C点锯断或弯成圆弧状,物体都不能升高h,但机械能仍守恒答案:D本讲稿第二十二页，共九十二页解析:若把斜面从C 点 锯 断,物体将从C 点做斜上抛运 动,到最高点速度不 为 零,据机械能守恒定律,物体不能升高到h;若弯成弧状升高h,则 升到 圆 弧的最高点必有大于或等于的速度,据机械能守恒,不能升高h.本讲稿第二十三页，共九十二页 易 错 点二重力 势 能 变 化求解不正确 导 致出 错自我 诊 断2 如 图 所示,光滑 圆 柱被固定在水平平台上,质 量 为m1的小球甲用 轻绳 跨 过圆 柱与 质 量 为m2的小球乙相 连,开始 时 将小球甲放在平台上,两 边绳竖 直,两球均从静止开始运 动,甲上升,乙下降,当甲上升到 圆 柱的最高点 时绳 子突然断了,发现 甲球恰能做平抛运动,求甲 乙两球的 质 量关系.本讲稿第二十四页，共九十二页解析:当小球甲上升到圆柱体最高点时,绳子突然断开,此时甲恰好做平抛运动,说明甲对圆柱体无压力,由牛顿第二定律得:以小球甲 乙和地球 为 系 统,有:m2g()-m1g2R=(m1+m2)v2,由以上两式可求得:m2=m1.本讲稿第二十五页，共九十二页易 错 点三没有弄清两物体的位移关系和速度关系而 导 致出 错自我 诊 断3 如 图 所示,轻绳 一端 悬 挂的重物 质 量 为2m,另一端系一小环质 量 为m,小 环 套在 竖 直固定的光滑直杆上,定滑 轮 与直杆相距d=0.3 m,现 将小 环 从与定滑 轮 等高的A 处 由静止 释 放,试 求:当小 环沿直杆下滑到d=0.3 m 的B 处时 的速度大小.(重力加速度g=10 m/s2)本讲稿第二十六页，共九十二页解析:如 图5-3-5 所示,小 环 速度v 正交分解得:v1=vcos轻绳 拉力分 别对 小 环 做 负 功 对 重物做正功,即 单 个物体机械能不守恒,但系 统 机械能守恒,即:本讲稿第二十七页，共九十二页 又 联 立 可解得:.本讲稿第二十八页，共九十二页题 型 研 练本讲稿第二十九页，共九十二页题 型一ti xing yi 重力 弹 簧 弹 力做功与 势 能的 变 化【例1】如 图 所示,劲 度系数 为k1的 轻质弹 簧分 别 与 质 量 为m1m2的物 块1 2 拴接,劲 度系数 为k2的 轻质弹 簧上端与物 块2 拴接,下端 压在桌面上(不拴接),整个系 统处 于平衡,现 施力将物 块1 缓 慢地 竖 直上提,直到下面那个 弹 簧 刚 好脱离桌面,求此 过 程中,物 块1 和物 块2增加的重力 势 能.本讲稿第三十页，共九十二页解析:根据平衡条件确定各量之间的关系:本讲稿第三十一页，共九十二页本讲稿第三十二页，共九十二页方法总结:本题的情景设置不算复杂,但由于涉及物体的平衡 胡克定律 重力做功 弹簧弹力做功 重力势能变化等多个知识点以及弹簧的压缩 拉伸 物块1和2的重力势能等多个量变化,因此题的难度较大,解本题关键是寻找两弹簧的长度关系变化,在方法上利用整体法和隔离法.本讲稿第三十三页，共九十二页创新预测1如图所示,竖直轻弹簧下端固定在水平地面上,质量为m的小球,从轻弹簧的正上方某一高处自由落下,并将弹簧压缩,直到小球的速度变为零.对于小球 轻弹簧和地球组成的系统,从小球开始与弹簧接触到小球速度变为零的过程中,有()本讲稿第三十四页，共九十二页A.小球的动能和重力势能的总和越来越小,小球的动能和弹性势能的总和越来越大B.小球的动能和重力势能的总和越来越小,小球的动能和弹性势能的总和越来越小C.小球的动能和重力势能的总和越来越大,小球的动能和弹性势能的总和越来越小D.小球的动能和重力势能的总和越来越大,小球的动能和弹性势能的总和越来越大本讲稿第三十五页，共九十二页解析:从小球开始与弹簧接触到小球速度变为零的过程中,只有重力和弹力做功,系统的机械能守恒,即动能 弹性势能和重力势能的总和不变.由于弹力一直做负功,弹性势能不断增加,故小球的动能和重力势能的总和越来越小;同理,由于重力一直做正功,重力势能不断减少,故小球的动能和弹性势能的总和越来越大.A选项正确.答案:A本讲稿第三十六页，共九十二页题型二单个物体的机械能守恒问题【例2】如图5-3-8所示,在水平台面上的A点,一个质量为m的物体以初速度v0被抛出,不计空气阻力,落到与A高度差为h的B点,求它到达B点时的速度大小.本讲稿第三十七页，共九十二页解析:物体抛出后运动过程中只受重力的作用,所以机械能守恒.解法一:选地面为零势能面,则本讲稿第三十八页，共九十二页解法二:若使用机械能守恒定律的另一种形式:EP减=EK增,则不需要选取零势能面,有:本讲稿第三十九页，共九十二页方法 总结:应 用机械能守恒定律,在很多情况下用Ep 减=Ek 增或EA 增=EB 减列方程解 题 更 为 方便,因 为 它不需 选 取零 势 能面.本讲稿第四十页，共九十二页创 新 预测2 如 图 所示,ABC 和DEF 是在同一 竖 直平面内的两条光滑 轨 道,其中ABC 的末端水平,DEF 是半径 为r=0.4 m 的半 圆 形 轨 道,其直径DF 沿竖 直方向,C D 可看作重合.现 有一可 视为质 点的小球从 轨 道ABC上距C 点高 为H 的地方由静止 释 放.本讲稿第四十一页，共九十二页(1)若要使小球 经C 处 水平 进 入 轨 道DEF 且能沿 轨 道运 动,H 至少要有多高?(2)若小球静止 释 放 处 离C 点的高度h 小于(1)中H 的最小 值,小球可 击 中与 圆 心等高的E 点,求h.(g 取10 m/s2)本讲稿第四十二页，共九十二页本讲稿第四十三页，共九十二页答案:(1)0.2 m(2)0.1 m本讲稿第四十四页，共九十二页题 型三ti xing san 多个物体 组 成系 统 的机械能守恒 问题【例3】如 图 所示,一固定的楔形木 块,其斜面的 倾 角=30,另一 边 与地面垂直,顶 上有一定滑 轮,一柔 软 的 细线 跨 过 定滑 轮,两端分 别 与物块A 和B 连 接,A 的 质 量 为4m,B 的 质 量 为m,开始 时 将B 按在地面上不 动,然后放开手,让A 沿斜面下滑而B 上升,物体A 与斜面 间 无摩擦,设 当A 沿斜面下滑s 距离后,细线 突然断了,求物 块B 上升的最大高度H.本讲稿第四十五页，共九十二页解析:设 物 块 沿斜面下滑 s 距离 时 的速度 为v,由机械能守恒得(4m+m)v2=4mgssin30-mgs细线 突然断开的瞬 间,物 块B 竖 直上升的速度 为v,此后B 做 竖 直上抛运 动,设继续 上升的距离 为h,由机械能守恒得 mv2=mgh物 块B 上升的最大高度H=h+s由 解得H=1.2s答案:1.2s本讲稿第四十六页，共九十二页方法总结:应用机械能守恒定律求解多个物体组成的系统问题是近几年物理高考的热点,涉及的考题既有选择 填空题,又有综合性较强的计算题.系统应用机械能守恒必须注意外力只有重力(或弹力)做功,内力做功但代数和必须为零,因而只有系统内部的动能和势能之间的相互转化或转移,系统内物体不与系统外物体发生机械能转移,也无机械能与其他形式能之间的转化.解题的关键是正确分析问题所涉及的物理过程.本讲稿第四十七页，共九十二页