高考总复习物理随堂课件与课后习题第五章机械能第3节机械能守恒定律及其应用.pptx

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1、高高 考考 总总 复复 习习 优优 化化 设设 计计GAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JIGAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JI第第3 3节机械能守恒定律及其应用节机械能守恒定律及其应用第五章第五章2023内容索引0102强基础强基础 增分策略增分策略增素能增素能 精准突破精准突破强基础强基础 增分策略增分策略一、重力做功与重力势能一、重力做功与重力势能1.重力做功的特点重力做功与路径无关,只与物体始末位置的有关。2.重力势能(1)公式:Ep=。(2)矢标性:重力势能是,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

2、功的正、负的物理意义不同。(3)系统性:重力势能是物体和共有的。(4)相对性:重力势能的大小与的选取有关。重力势能的变化是的,与参考平面的选取。正负表示大小 高度差mgh标量地球参考平面绝对无关3.重力做功与重力势能变化的关系(1)定性关系:重力对物体做正功,重力势能就;重力对物体做负功,重力势能就。(2)定量关系:重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量。即WG=-(Ep2-Ep1)=。减少增加-Ep二、弹性势能二、弹性势能1.弹性势能(1)定义:发生弹性形变的物体之间,由于有弹力的相互作用而具有的势能,叫弹性势能。(2)弹性势能的大小与形变量及有关。(3)矢标性:。(4)没有特别说明的情况

3、下,一般选弹簧形变为零的状态为弹性势能零点。2.弹力做功与弹性势能变化的关系弹力做功与弹性势能变化的关系类似于重力做功与重力势能变化的关系,用公式表示为W=。劲度系数标量-Ep易错辨析(1)克服重力做功,物体的重力势能一定增加。()(2)发生弹性形变的物体都具有弹性势能。()(3)弹簧弹力做正功时,弹性势能增加。()应用提升1.(多选)(2021山东潍坊模拟)如图所示,A、B两球质量相等,A球用不能伸长的轻绳系于O点,B球用轻弹簧系于O点,O与O点在同一水平面上。分别将A、B球拉到与悬点等高处,使绳和轻弹簧均处于水平,弹簧处于自然状态,将两球分别由静止开始释放,当两球达到各自悬点的正下方时,两

4、球仍处在同一水平面上,则()A.两球到达各自悬点的正下方时,两球动能相等B.两球到达各自悬点的正下方时,A球动能较大C.两球到达各自悬点的正下方时,B球动能较大D.两球到达各自悬点的正下方时,A球受到向上的拉力较大答案BD解析受力分析知B到达O点正下方时弹簧处于拉伸状态,弹力对B球做了负功,A球绳的拉力不做功,由动能定理,由于vAvB,所以FAFB,D正确。2.关于重力势能,下列说法正确的是()A.物体的位置一旦确定,它的重力势能的大小也随之确定B.物体与参考平面的距离越大,它的重力势能也越大C.一个物体的重力势能从-5J变化到-3J,重力势能减少了D.重力势能的减少量等于重力对物体做的功答案

5、D解析物体的重力势能与参考平面有关,同一物体在同一位置相对不同的参考平面时,重力势能不同,选项A错误;物体在参考平面以上,与参考平面的距离越大,重力势能越大,物体在参考平面以下,与参考平面的距离越大,重力势能越小,选项B错误;重力势能中的正、负号表示大小,-5J的重力势能小于-3J的重力势能,选项C错误;重力做的功等于重力势能的减少量,选项D正确。三、机械能守恒定律三、机械能守恒定律1.机械能和势能统称为机械能,其中势能包括和。2.机械能守恒定律(1)内容:在只有做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能。(2)机械能守恒的条件只有重力或弹力做功。系统内弹力 动能弹性势能重力势能重

6、力或弹力保持不变(3)守恒表达式观点表达式守恒观点E1=E2或Ek1+Ep1=Ek2+Ep2转化观点Ek=转移观点EA减=易错辨析(4)物体所受合力为零时,机械能一定守恒。()(5)物体受到摩擦力作用时,机械能一定要变化。()-EpEB增应用提升3.关于机械能守恒定律的适用条件,下列说法正确的是()A.只有重力和弹力作用时,机械能才守恒B.当有其他外力作用时,只要合力为零,机械能守恒C.当有其他外力作用时,只要其他外力不做功,机械能守恒D.炮弹在空中飞行不计阻力时,仅受重力作用,所以爆炸前后机械能守恒答案C解析机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功,A项错误;物体受其他外力作用且合力为零时

7、,机械能可能不守恒,如拉一物体匀速上升,合力为零,物体的动能不变,重力势能增加,故机械能增加,B项错误;在炮弹爆炸过程中内能转化为机械能,机械能不守恒,D项错误;由机械能守恒定律的特点知,C项正确。4.(人教版教材必修第二册P93习题改编)质量为0.5kg的石块从10m高处斜向上方抛出,初速度v0的大小为10m/s。不计空气阻力,g取10m/s2,以水平地面为参考平面,求:(1)石块抛出时的机械能,石块到最高点时的机械能,石块落地时的机械能;(2)石块落地时的动能。答案(1)75J75J75J(2)75J解析(1)石块抛出时的机械能E=Ep+Ek=0.51010J+0.5102J=75J,石块

8、抛出后机械能守恒,因此到最高点时的机械能和落地时的机械能都为75J。(2)石块落地时的重力势能为零,因此落地时的动能为75J。增素能增素能 精准突破精准突破考点一考点一考点二考点二考点三考点三考点一考点一机械能守恒的理解与判断机械能守恒的理解与判断自主探究自主探究1.对机械能守恒条件的理解(1)只受重力作用,例如做平抛运动的物体机械能守恒。(2)除重力外,物体还受其他力,但其他力不做功或做功代数和为零。(3)除重力外,只有系统内的弹力做功,并且弹力做的功等于弹性势能变化量的负值,那么系统的机械能守恒,注意并非物体的机械能守恒,如与弹簧相连的小球下摆的过程机械能减少。考点一考点一考点二考点二考点

9、三考点三2.机械能是否守恒的三种判断方法(1)利用机械能的定义判断:若物体动能、势能之和不变,机械能守恒。(2)用做功判断:若物体或系统只有重力(或系统内的弹力)做功,或有其他力做功,但其他力做功的代数和为零,则机械能守恒。(3)利用能量转化判断:若物体系统与外界没有能量交换,物体系统内也没有机械能与其他形式能的转化,则物体系统机械能守恒。3.关于机械能守恒条件的三点提醒(1)分析机械能是否守恒时,必须明确要研究的系统。(2)系统机械能守恒时,机械能一般在系统内物体间转移,其中的单个物体机械能通常不守恒。(3)对于一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等情况,除非题目特别说明,否则机械能必定不守恒。考点

10、一考点一考点二考点二考点三考点三【对点演练】【对点演练】1.(多选)(2021广东卷)长征途中,为了突破敌方关隘,战士爬上陡峭的山头,居高临下向敌方工事内投掷手榴弹。战士在同一位置先后投出甲、乙两颗质量均为m的手榴弹。手榴弹从投出的位置到落地点的高度差为h,在空中的运动可视为平抛运动,轨迹如图所示,重力加速度为g。下列说法正确的有()A.甲在空中的运动时间比乙的长B.两手榴弹在落地前瞬间,重力的功率相等C.从投出到落地,每颗手榴弹的重力势能减少mghD.从投出到落地,每颗手榴弹的机械能变化量为mgh考点一考点一考点二考点二考点三考点三答案BC考点一考点一考点二考点二考点三考点三2.(多选)如图

11、所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()A.甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,A机械能守恒B.乙图中,A置于光滑水平面,物体B沿光滑斜面下滑,物体B机械能守恒C.丙图中,不计任何阻力及滑轮质量,A加速下落,B加速上升过程中,A、B整体机械能守恒D.丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒考点一考点一考点二考点二考点三考点三答案CD解析题图甲中重力和弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但物体A机械能不守恒,A错误;题图乙中物体B除受重力外,还受弹力,弹力对B做负功,物体B机械能不守恒,但从能量特点看A、B组成的系统机械能守恒,B错误;题图丙中绳子拉力对A做负功,对B

12、做正功,代数和为零,A、B整体机械能守恒,C正确;题图丁中小球的动能不变,势能不变,机械能守恒,D正确。考点一考点一考点二考点二考点三考点三3.如图所示,斜面体置于光滑水平地面上,其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑,在物体下滑过程中,下列说法正确的是()A.物体的重力势能减少,动能不变B.斜面体的机械能不变C.斜面对物体的作用力垂直于接触面,不对物体做功D.物体和斜面体组成的系统机械能守恒考点一考点一考点二考点二考点三考点三答案D解析物体由静止开始下滑的过程其重力势能减少,动能增加,选项A错误;物体在下滑过程中,斜面体做加速运动,机械能增加,选项B错误;物体沿斜面下滑时,既沿斜面向下运动,又

13、随斜面向右运动,其合速度方向与弹力方向不垂直,弹力方向垂直于接触面,但与速度方向之间的夹角大于90,所以斜面对物体的作用力对物体做负功,选项C错误;对物体与斜面体组成的系统,只有重力势能和动能间的相互转化,机械能守恒,选项D正确。考点一考点一考点二考点二考点三考点三4.如图所示,固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的小球,小球与一轻质弹簧一端相连,弹簧的另一端固定在地面上的A点,已知杆与水平面之间的夹角45,当小球位于B点时,弹簧与杆垂直,此时弹簧处于原长。现让小球自C点由静止释放,在小球滑到杆底端的整个过程中,关于小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能,下列说法正确的是()A.小球的动能与重力势

14、能之和保持不变B.小球的动能与重力势能之和先增大后减小C.小球的动能与弹簧的弹性势能之和保持不变D.小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和保持不变考点一考点一考点二考点二考点三考点三答案B解析小球与弹簧组成的系统在整个过程中,机械能守恒。弹簧原长时弹性势能为零,小球从C到最低点过程中,弹簧的弹性势能先减小后增大,所以小球的动能与重力势能之和先增大后减小,A项错误,B项正确;小球的重力势能不断减小,所以小球的动能与弹簧的弹性势能之和不断增大,C项错误;小球的初、末动能均为零,所以上述过程中小球的动能先增大后减小,所以小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和先减小后增大,D项错误。考点一考点一考点二考点二考

15、点三考点三考点二考点二机械能守恒机械能守恒问题名名师破破题1.机械能守恒的三种表达式对比 项目守恒角度转化角度转移角度表达式 E1=E2Ek=-Ep物理意义系统初状态机械能的总和与末状态机械能的总和相等表示系统(或物体)机械能守恒时,系统减少(或增加)的重力势能等于系统增加(或减少)的动能若系统由A、B两部分组成,则A部分物体机械能的增加量与B部分物体机械能的减少量相等注意事项应用时应选好重力势能的参考平面,且初、末状态必须用同一参考平面计算势能应用时关键在于分清重力势能的增加量和减少量,可不选参考平面而直接计算初、末状态的势能差常用于解决两个或多个物体组成的系统的机械能守恒问题考点一考点一考

16、点二考点二考点三考点三2.求解机械能守恒问题的基本思路(1)选取研究对象物体。(2)根据研究对象所经历的物理过程,进行受力、做功分析,判断机械能是否守恒。(3)恰当地选取参考平面,确定研究对象在初、末状态时的机械能。(4)选取方便的机械能守恒定律的方程形式(Ek1+Ep1=Ek2+Ep2、Ek=-Ep)进行求解。考点一考点一考点二考点二考点三考点三【典例突破】【典例突破】(1)求小球经B点前后瞬间对轨道的压力大小之比。(2)小球离开C点后,再经多长时间落到AB弧上?考点一考点一考点二考点二考点三考点三审题指导 关键词句获取信息小球经B点前后瞬间 速度大小相等,但做圆周运动的半径不同小球离开C点

17、小球做平抛运动落到AB弧上水平位移与竖直位移满足圆的方程思路突破根据机械能守恒定律求出小球到达B点的速度,由圆周运动的特点分别求出小球经B点前后瞬间小球的受力情况;小球从C点离开后做平抛运动,根据机械能守恒定律先求出小球到达C点时的速度,根据平抛运动的特点表示出小球运动的水平、竖直位移与时间的关系,然后代入圆的方程求解。考点一考点一考点二考点二考点三考点三考点一考点一考点二考点二考点三考点三考点一考点一考点二考点二考点三考点三考题点睛 考点考向点睛机械能守恒定律竖直面内的圆周运动平抛运动规律:物体变轨时速度大小不变,用机械能守恒和平抛运动、圆周运动的规律分析解决问题方法:分段受力分析列方程解决

18、模型:平抛运动模型易错:小球受轨道支持力与轨道受小球压力关系考点一考点一考点二考点二考点三考点三素养点拨在涉及圆周运动和抛体运动的多过程运动中,应用机械能守恒定律进行科学推理时应做好以下两点。1.临界点分析:对于物体在临界点相关的多个物理量,需要区分哪些物理量能够突变,哪些物理量不能突变,而不能突变的物理量(一般指线速度)往往是解决问题的突破口。2.运动过程分析:对于物体参与的多个运动过程,要仔细分析每个运动过程做何种运动。若为圆周运动,应明确是水平面的匀速圆周运动,还是竖直平面的变速圆周运动,机械能是否守恒;若为抛体运动,应明确是平抛运动,还是类平抛运动,垂直于初速度方向的力是哪个力。考点一

19、考点一考点二考点二考点三考点三【对点演练】【对点演练】5.(2021山东青岛模拟)如图所示,用长为L的轻绳把一个铁球悬挂在高2L的O点处,小铁球以O为圆心在竖直平面内做圆周运动且恰能到达最高点B处,则有()A.小铁球在运动过程中轻绳的拉力最大为5mgB.小铁球在运动过程中轻绳的拉力最小为mg考点一考点一考点二考点二考点三考点三答案C考点一考点一考点二考点二考点三考点三考点一考点一考点二考点二考点三考点三6.(2021河北邯郸二模)如图所示,内壁光滑的半圆形槽竖直固定在水平面上,O是圆心,半圆形槽内壁上的两个点A、B到圆心O所在水平面的竖直距离分别为hA、hB。在槽口无初速度释放一个小球,以半圆

20、形槽最低点为零势能点,当小球滚落到A点时,其动能与重力势能相等;当小球滚落到B点时,其动能为重力势能的2倍,则的值为()考点一考点一考点二考点二考点三考点三答案B考点一考点一考点二考点二考点三考点三7.滑板项目是极限运动的鼻祖,在滑板公园里经常看到各种滑板场地,如图甲所示。现有一个滑板场可简化为如图乙所示的由足够长的斜直轨道、半径R1=2m的凹形圆弧轨道和半径R2=3.6m的凸形圆弧轨道三部分组成的滑板组合轨道模型。这三部分轨道依次平滑连接,且处于同一竖直平面内。其中M点为凹形圆弧轨道的最低点,N点为凸形圆弧轨道的最高点,凸形圆弧轨道的圆心O与M点在同一水平面上。一可视为质点、质量为m=1kg

21、的滑板从斜直轨道上的P点无初速度滑下,经M点滑向N点。不计一切阻力,g取10m/s2,sin53=0.8,cos53=0.6。考点一考点一考点二考点二考点三考点三(1)若P点距水平面的高度h1=3.2m,求滑板滑至M点时,轨道对滑板的支持力大小FN。(2)若滑板滑至N点时对轨道恰好无压力,求滑板的下滑点P距水平面的高度H。(3)在距离凸形圆弧最右侧L=0.9m处有一个高度h2=3m、倾角为53的斜面,若滑板滑至N点时刚好做平抛运动,滑板能否与斜面发生碰撞(不考虑碰撞后反弹)?若能,请计算出碰撞的具体位置;若不能,请说明理由。考点一考点一考点二考点二考点三考点三答案(1)42N(2)5.4m(3

22、)能,见解析考点一考点一考点二考点二考点三考点三考点一考点一考点二考点二考点三考点三考点三考点三用机械能守恒定律分析非用机械能守恒定律分析非质点点类机械能守恒机械能守恒问题师生共研生共研在应用机械能守恒定律处理实际问题时,经常遇到“链条”类的物体,其在运动过程中将发生形变,其重心位置相对物体也发生变化,因此这类物体不能再看作质点来处理。物体虽然不能当作质点来处理,但因只有重力做功,物体整体机械能守恒,一般情况下,可将物体分段处理,确定质量分布均匀的规则物体各部分的重心位置,根据初、末状态物体重力势能的变化列式求解。考点一考点一考点二考点二考点三考点三【典例突破】【典例突破】典例2.有一条长为2

23、m的均匀金属链条,有一半在光滑的足够高的斜面上,斜面顶端是一个很小的圆弧,斜面倾角为30,另一半竖直下垂在空中,当链条从静止开始释放后链条滑动,g取10m/s2,则链条刚好全部滑出斜面时的速度为()思维点拨本题中链条只有重力做功,故机械能守恒;首先确定参考平面,得出初、末状态时的机械能表达式,由机械能守恒列式求解。考点一考点一考点二考点二考点三考点三答案B考点一考点一考点二考点二考点三考点三考题点睛 考点考向点睛非质点类物体机械能守恒问题规律:恰当选取机械能守恒过程中的两个状态,画出物体状态示意图,理清重力势能的变化情况,列方程解决方法:把非质点物体分割开,分段找出重心,计算重力势能考点一考点

24、一考点二考点二考点三考点三素养点拨绳、液柱、链条之类的物体,由于发生形变,其重心位置相对物体来说并不是固定不变的,确定重心的位置是解决该类问题的关键。可以采用分段法求出每段的重力势能,然后求和得到整体的重力势能;也可采用等效法求出重力势能的改变量。利用Ek=-Ep列方程不需要选取参考平面,且便于分析计算。考点一考点一考点二考点二考点三考点三【对点演练】【对点演练】8.(多选)(2020山东卷)如图所示,质量为m0的物块A放置在光滑水平桌面上,右侧连接一固定于墙面的水平轻绳,左侧通过一倾斜轻绳跨过光滑定滑轮与一竖直轻弹簧相连。现将质量为m的钩码B挂于弹簧下端,当弹簧处于原长时,将B由静止释放,当

25、B下降到最低点时(未着地),A对水平桌面的压力刚好为零。轻绳不可伸长,弹簧始终在弹性限度内,物块A始终处于静止状态。以下判断正确的是()A.m02mB.2mm0m0,选项A正确,B错误;在B从释放位置运动到最低点过程中,钩码先加速后减速,合力先向下后向上,位移一直向下,故合力先做正功后做负功,选项C正确;在B从释放位置运动到速度最大过程中,除重力之外只有弹簧弹力做功,根据功能关系,克服弹力做功等于B机械能的减少量,选项D正确。考点一考点一考点二考点二考点三考点三9.(多选)内径面积为S的U形圆筒竖直放在水平面上,筒内装水,底部阀门K关闭时两侧水面高度分别为h1和h2,如图所示。已知水的密度为,

26、不计水与筒壁的摩擦阻力。现把连接两筒的阀门K打开,到两筒水面高度相等的过程中()A.水柱的重力做正功B.大气压力对水柱做负功C.水柱的机械能守恒D.水柱动能的改变量是gS(h1-h2)2考点一考点一考点二考点二考点三考点三答案ACD解析把连接两筒的阀门打开到两筒水面高度相等的过程中大气压力对左筒水面做正功,对右筒水面做负功,考点一考点一考点二考点二考点三考点三10.露天娱乐场空中列车由许多节完全相同的车厢组成,示意图如图所示,列车先沿光滑水平轨道匀速行驶,然后滑上一固定的半径为R的空中圆形光滑轨道,若列车全长为L(L2R),R远大于一节车厢的长度和高度,那么列车在运行到圆形光滑轨道前的速度至少要多大,才能使整个列车安全通过固定的圆形轨道(车厢间的距离不计)。考点一考点一考点二考点二考点三考点三本 课 结 束