2019版人教物理必修二同步配套课件：第七章 机械能守恒定律 习题课7.3 .ppt

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1、习题课:机械能守恒定律的应用,探究一,探究二,探究三,情景导引如图所示,左侧儿童站在秋千上,自己用力使秋千越荡越高,右侧儿童自己不用力,坐在秋千板上来回摆荡,若忽略一切阻力的影响,哪个儿童的机械能是守恒的?为什么?要点提示右侧儿童的机械能是守恒的。左侧儿童越荡越高,机械能越来越大。右侧儿童只有重力做功,若忽略空气阻力的影响,荡起的高度不变化,机械能是守恒的。,机械能是否守恒的判断,探究一,探究二,探究三,知识归纳机械能是否守恒的判断判断物体的机械能是否守恒,一般从以下三个方面入手。1.利用机械能定义来判定:研究系统的动能和势能之和有无变化。2.从做功角度判断(1)单个物体:除重力外无其他力做功

2、(或其他力对这个物体做功之和为零),则物体的机械能守恒。(2)系统:外力中除重力外无其他力做功,内力做功之和为零,则系统的机械能守恒。3.从能量转化角度判断只有系统内动能、重力势能、弹性势能的相互转化、无其他形式能量的转化,系统机械能守恒。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例1】(多选)如图所示,细绳跨过定滑轮悬挂两物体m0和m,且m0m,不计摩擦,系统由静止开始运动的过程中()A.m0、m各自的机械能分别守恒B.m0减少的机械能等于m增加的机械能C.m0减少的重力势能等于m增加的重力势能D.m0和m组成的系统机械能守恒解析:m0下落过程,绳的拉力对m0做负功,m0的机械能减少;m上升过程,

3、绳的拉力对m做正功,m的机械能增加,A错误;对m0、m组成的系统,机械能守恒,易得B、D正确;m0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m0、m的动能,所以C错误。答案:BD,探究一,探究二,探究三,变式训练1(多选)如图所示,斜劈劈尖顶着竖直墙壁静止于水平面上,现将一小球从图示位置静止释放,不计一切摩擦,则在小球从释放到落至地面的过程中,下列说法正确的是()A.斜劈对小球的弹力不做功B.斜劈与小球组成的系统机械能守恒C.斜劈的机械能守恒D.小球机械能的减小量等于斜劈动能的增加量解析:小球有竖直方向的位移,所以斜劈对小球的弹力对球做负功,故A选项错误;小球对斜劈的弹力对

4、斜劈做正功,所以斜劈的机械能增加,故C选项错误;不计一切摩擦,小球下滑过程中,小球和斜劈组成的系统中只有动能和重力势能相互转化,系统机械能守恒,故B、D选项正确。答案:BD,探究一,探究二,探究三,情景导引如图所示,装置固定在杆恰好水平的位置,然后由静止释放,当杆到达竖直位置的过程中,球1的机械能如何变化?球2机械能如何变化?两个球和杆组成的系统机械能如何变化?(忽略空气等阻力)要点提示球1的高度和速度都变大,所以机械能增加。球2下落的过程中需克服杆的阻力做功,所以球2的机械能减少。整个系统没有机械能与其他形式能的转化,所以系统的机械能是守恒的。,多物体组成的系统机械能守恒问题,探究一,探究二

5、,探究三,知识归纳多物体组成的系统问题1.对多个物体组成的系统列守恒方程时常有两种表达形式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或Ek增=Ep减,运用式需要选取合适的参考平面,运用式无需选取参考平面,只要判断系统动能(或势能)的增加量和势能(或动能)减少量即可。所以处理多物体组成系统问题用第式较为方便。2.构建物体间的速度关系式和位移关系式。,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例2】如图所示,质量都为m的A、B两金属环用细线相连后,分别套在两互成直角的水平光滑细杆和竖直光滑细杆上,细线长l=0.4m,今将细线拉直后使A和B从同一高度上由静止释放,求当运动到使细线与水平方向成30角时,金属环A和B的速

6、度。(g取10m/s2),探究一,探究二,探究三,解析:将A释放后,在A、B运动过程中,因为系统的机械能与其他形式的能量之间没有相互转化,两物体机械能之和是保持不变的。设当两环运动到使细线与水平方向成30角时,A和B的速度分别为vA、vB,将vA、vB分别沿细线方向和垂直细线方向分解,如图所示,由分析知,它们在沿细线方向上的分速度v1和v3相等,所以有vAsin=vBcos在这一过程中A下降的高度为lsin,因两环组成的系统机械能守恒,则有,探究一,探究二,探究三,规律方法由两个物体和轻杆(或轻绳)组成的系统,若没有摩擦力和阻力做功时,运动过程中只有重力势能、动能之间的相互转化,系统满足机械能

7、守恒定律。处理这类问题的方法:(1)找到两物体的速度关系,从而确定系统动能的变化。(2)找到两物体上升或下降的高度关系,从而确定系统重力势能的变化。(3)按照系统动能的变化等于重力势能的变化列方程求解。,探究一,探究二,探究三,变式训练2如图所示,在长为l的轻杆中点A和端点B各固定一质量为m的球,杆可绕轴O无摩擦地转动,使杆从水平位置无初速度释放。求当杆转到竖直位置时,杆对A、B两球分别做了多少功?,探究一,探究二,探究三,解析:将A释放后,在A、B运动过程中,因为系统的机械能与其他形式的能量之间没有相互转化,两物体机械能之和是保持不变的。设当两环运动到使细线与水平方向成30角时,A和B的速度

8、分别为vA、vB,将vA、vB分别沿细线方向和垂直细线方向分解,如图所示,由分析知,它们在沿细线方向上的分速度v1和v3相等,所以有vAsin=vBcos在这一过程中A下降的高度为lsin,因两环组成的系统机械能守恒,则有,探究一,探究二,探究三,情景导引如图所示,狗拉雪橇在雪地上由静止开始先做匀加速运动,后做匀减速运动,最后停下来。请思考:(1)根据牛顿第二定律分析此运动过程,可否将加速和减速过程合并为一个全过程来考虑?(2)用动能定理分析时比用牛顿第二定律分析有何优点?,机械能守恒定律和动能定理的应用比较,探究一,探究二,探究三,要点提示(1)加速和减速过程的加速度不同,因此根据牛顿第二定

9、律分析不能将加速和减速过程合并为一个全过程来考虑。(2)动能定理只考虑合外力做功和初、末两个状态的动能,并且可以把不同的运动过程合并为一个全过程来处理。,探究一,探究二,探究三,知识归纳动能定理和机械能守恒定律的比较,探究一,探究二,探究三,典例剖析【例3】如图所示,光滑细圆管轨道AB部分平直,BC部分是处于竖直平面内半径为R的半圆,C为半圆的最高点。有一质量为m,半径较管道略小的光滑的小球以水平初速度v0射入圆管。(1)若要小球从C端出来,初速度v0应满足什么条件?(2)在小球从C端出来瞬间,对管壁压力有哪几种情况,初速度v0各应满足什么条件?,探究一,探究二,探究三,(2)小球从C端出来瞬

10、间,对管壁作用力可以有三种情况:刚好对管壁无作用力,此时重力恰好充当向心力,探究一,探究二,探究三,规律方法对单个物体(包括地球为系统)只受重力作用时,动能定理和机械能守恒定律表达式并没有区别;对两个物体组成的系统应用机械能守恒定律较方便;对有摩擦力或其他力做功的情况下要用动能定理列方程。,答案:见解析,探究一,探究二,探究三,变式训练3如图所示,某人以v0=4m/s的速度斜向上(与水平方向成25角)抛出一个小球,小球落地时速度为v=8m/s,不计空气阻力,求小球抛出时的高度h。甲、乙两位同学看了本题的参考解法“”后争论了起来。甲说此解法依据的是动能定理,乙说此解法依据的是机械能守恒定律,你对

11、甲、乙两位同学的争论持什么观点,请简单分析,并求出抛出时的高度h。(g取10m/s2),探究一,探究二,探究三,答案:见解析,1,2,3,1.(多选)如图所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(),1,2,3,A.甲图中,火箭升空的过程中,若匀速升空机械能守恒,若加速升空机械能不守恒B.乙图中物体匀速运动,机械能守恒C.丙图中小球做匀速圆周运动,机械能守恒D.丁图中,轻弹簧将A、B两小车弹开,两小车组成的系统机械能不守恒,两小车和弹簧组成的系统机械能守恒解析:题图甲中无论火箭匀速上升还是加速上升,由于有推力做功,机械能增加,因而机械能不守恒。题图乙中拉力F做功,机械能不守恒。题图丙中,小球

12、受到的所有力都不做功,机械能守恒。题图丁中,弹簧的弹力做功,弹簧的弹性势能转化为两小车的动能,两小车与弹簧组成的系统机械能守恒。答案:CD,1,2,3,2.如图所示,在一长为2l不可伸长的轻杆两端各固定一质量为2m与m的小球A、B,系统可绕过轻杆的中点且垂直纸面的固定转轴O转动。初始时轻杆处于水平状态,无初速度释放后轻杆转动,当轻杆转至竖直位置时,求小球A的速率。(不计任何阻力),解析:A球和B球组成的系统机械能守恒由机械能守恒定律得:,1,2,3,3.如图所示,AB是竖直面内的四分之一圆弧形光滑轨道,下端B点与水平直轨道相切。一个小物块自A点由静止开始沿轨道下滑,已知轨道半径为R=0.2m,小物块的质量为m=0.1kg,小物块与水平面间的动摩擦因数=0.5,g取10m/s2。求:(1)小物块在B点时受到的圆弧轨道的支持力。(2)小物块在水平面上滑动的最大距离。,1,2,3,联立以上两式得FN=3mg=30.110N=3N。(2)设小物块在水平面上滑动的最大距离为l,对小物块运动的整个过程由动能定理得mgR-mgl=0,答案:(1)3N(2)0.4m,