2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題五 機(jī)械能 第3講 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用課件.ppt

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第3講 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用 一 重力做功與重力勢(shì)能1 重力做功的特點(diǎn) 1 重力做功與 無(wú)關(guān) 只與始 末位置的 有關(guān) 路徑 高度差 2 重力做功不引起物體 的變化 機(jī)械能 2 重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系 1 定性關(guān)系 重力對(duì)物體做正功 重力勢(shì)能就 重力對(duì)物體做負(fù)功 重力勢(shì)能就 2 定量關(guān)系 重力對(duì)物體做的功等于物體重力勢(shì)能的 量 即WG Ep2 Ep1 Ep1 Ep2 3 重力勢(shì)能的變化量是絕對(duì)的 與參考面的選取 減小 增大 減少 Ep 無(wú)關(guān) 基礎(chǔ)檢測(cè) 1 自由下落的物體在下落過(guò)程中 其重力做功和重力勢(shì) 能變化的情況為 A 重力做正功 重力勢(shì)能減小B 重力做正功 重力勢(shì)能增加C 重力做負(fù)功 重力勢(shì)能減小D 重力做負(fù)功 重力勢(shì)能增加答案 A 二 彈性勢(shì)能 1 概念 發(fā)生 的物體 各部分 之間 由于有彈力的相互作用 而具有的勢(shì)能 2 大小 與形變量及 有關(guān) 3 彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系 1 彈力做正功 彈性勢(shì)能 彈力做負(fù)功 彈性 勢(shì)能 彈性形變 勁度系數(shù) 減小 增大 三 機(jī)械能守恒定律1 內(nèi)容 在只有 做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動(dòng)能和勢(shì)能可以互相 而總的機(jī)械能保持 2 機(jī)械能守恒的條件 只有 或 做功 重力或彈力 轉(zhuǎn)化 不變 重力 彈力 列依次進(jìn)行的過(guò)程中 機(jī)械能不守恒的是 基礎(chǔ)檢測(cè) 2 如圖5 3 1所示 用輕彈簧相連的物塊A和B放在光滑的水平面上 物塊A緊靠豎直墻壁 一顆子彈沿水平方向射入物塊B后留在其中 由子彈 彈簧和A B所組成的系統(tǒng)在下 圖5 3 1 A 子彈射入物塊B的過(guò)程 B 物塊B帶著子彈向左運(yùn)動(dòng) 直到彈簧壓縮量最大的過(guò) 程 C 彈簧推著帶子彈的物塊B向右運(yùn)動(dòng) 直到彈簧恢復(fù)原 長(zhǎng)的過(guò)程 D 帶著子彈的物塊B因慣性繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng) 直到彈簧伸 長(zhǎng)量達(dá)到最大的過(guò)程 答案 A 考點(diǎn)1 機(jī)械能守恒的條件及判斷方法 重點(diǎn)歸納1 守恒條件只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功 可以從兩個(gè)方面理解 1 只受重力作用 例如在不考慮空氣阻力的情況下的各種拋體運(yùn)動(dòng) 物體的機(jī)械能守恒 2 受其他力 但其他力不做功 只有重力或彈力做功 例如物體沿光滑的曲面下滑 受重力和曲面的支持力作用 但曲面的支持力不做功 物體的機(jī)械能守恒 2 判斷方法 1 利用機(jī)械能的定義判斷 直接判斷 若物體動(dòng)能 勢(shì)能 之和不變 機(jī)械能守恒 2 利用守恒條件判斷 若物體或系統(tǒng)只有重力 或內(nèi)力的彈 力 做功 則機(jī)械能守恒 3 用能量轉(zhuǎn)化來(lái)判斷 若物體或系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無(wú)機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化 則物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒 考題題組 1 多選 如圖5 3 2所示 下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判 斷正確的是 甲 乙 丙 丁 圖5 3 2 A 甲圖中 物體A將彈簧壓縮的過(guò)程中 物體A機(jī)械能 守恒 B 乙圖中 物體A固定 物體B沿斜面勻速下滑 物體B 的機(jī)械能守恒 C 丙圖中 不計(jì)任何阻力和定滑輪質(zhì)量時(shí) A加速下落 B加速上升過(guò)程中 A B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 D 丁圖中 小球沿水平面做勻速圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí) 小球的 機(jī)械能守恒 答案 CD 考點(diǎn)2 單個(gè)物體的機(jī)械能守恒 重點(diǎn)歸納1 機(jī)械能守恒的三種表達(dá)式對(duì)比 續(xù)表 2 求解單個(gè)物體機(jī)械能守恒問(wèn)題的基本思路 1 選取研究對(duì)象 物體 2 根據(jù)研究對(duì)象所經(jīng)歷的物理過(guò)程 進(jìn)行受力 做功分析 判斷機(jī)械能是否守恒 3 恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面 確定研究對(duì)象在過(guò)程的初 末狀 態(tài)時(shí)的機(jī)械能 4 選取方便的機(jī)械能守恒定律的方程形式 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 Ek Ep 進(jìn)行求解 考題題組 圖5 3 3 A 適當(dāng)調(diào)整高度h 可使小球從軌道最高點(diǎn)M飛出后 恰好落在軌道右端口N處 B 若h 2R 則小球在軌道最低點(diǎn)對(duì)軌道的壓力為5mgC 只有h大于等于2 5R時(shí) 小球才能到達(dá)圓軌道的最高 點(diǎn)M D 若h R 則小球能上升到圓軌道左側(cè)離地高度為R的 位置 該過(guò)程重力做功為mgR 答案 BC 3 2016年甘肅蘭州診斷 如圖5 3 4所示 豎直平面內(nèi)的一半徑R 0 50m的光滑圓弧槽BCD B點(diǎn)與圓心O等高 一水平面與圓弧槽相接于D點(diǎn) 質(zhì)量m 0 10kg的小球從B點(diǎn)正上方H 0 95m高處的A點(diǎn)自由下落 由B點(diǎn)進(jìn)入圓弧軌道 從D點(diǎn)飛出后落在水平面上的Q點(diǎn) DQ間的距離x 2 4m 球從D點(diǎn)飛出后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相對(duì)水平面上升的最大高度h 0 80m g取10m s2 不計(jì)空氣阻力 求 1 小球經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)它的支持力大小FN 2 小球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)P的速度大小vP 3 D點(diǎn)與圓心O的高度差hOD 圖5 3 4 考點(diǎn)3 多個(gè)物體的機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 重點(diǎn)歸納1 對(duì)多個(gè)物體組成的系統(tǒng)要注意判斷物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 系統(tǒng)的機(jī)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)系 3 列機(jī)械能守恒方程時(shí) 一般選用 Ek Ep或 EA EB的形式 考題題組 4 多選 2015年新課標(biāo) 卷 如圖5 3 5所示 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(guò)鉸鏈用剛性輕桿連接 由靜止開(kāi)始運(yùn) 動(dòng) 不計(jì)摩擦 a b可視為質(zhì)點(diǎn) 重力加速度大小為g 則 圖5 3 5 解析 首先 把a(bǔ) b看成一個(gè)系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒 b先加速后減速 a到達(dá)地面時(shí)b速度為0 故桿對(duì)b先做正功后做負(fù)功 A錯(cuò)誤 根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒 a的重力勢(shì)能的減 確 a下落時(shí) 開(kāi)始受到沿桿向上的支持力 a的加速度小于g 后來(lái)受桿的沿桿向下的拉力 此時(shí)a的加速度大于g C錯(cuò)誤 a剛開(kāi)始的一段下落過(guò)程中桿對(duì)a做負(fù)功 a的機(jī)械能減少 a的機(jī)械能最小時(shí)桿對(duì)a的作用力為0 此時(shí)桿對(duì)b也沒(méi)有力的作用 故b對(duì)地面的壓力大小為mg D正確 答案 BD 5 2017年山東濟(jì)南質(zhì)檢 如圖5 3 6所示 跨過(guò)同一高度處的定滑輪的細(xì)線連接著質(zhì)量相同的物體A和B A套在光滑水平桿上 定滑輪離水平桿的高度h 0 2m 開(kāi)始時(shí)讓連著A的細(xì)線與水平桿的夾角 1 37 由靜止釋放B 當(dāng)細(xì)線與水平桿的夾角 2 53 時(shí) A的速度為多大 在以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 A所獲得的最大速度為多大 設(shè)B不會(huì)碰到水平桿 sin37 0 6 sin53 0 8 取g 10m s2 圖5 3 6 由于繩子的拉力對(duì)A做正功 使A加速 至左滑輪正下方時(shí)速度最大 此時(shí)B的速度為零 此過(guò)程B下降高度設(shè)為h2 則由機(jī)械能守恒定律得 模型 用機(jī)械能守恒定律解決非質(zhì)點(diǎn)問(wèn)題 重點(diǎn)歸納在應(yīng)用機(jī)械能守恒定律處理實(shí)際問(wèn)題時(shí) 經(jīng)常遇到像 鏈條 液柱 類(lèi)的物體 其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將發(fā)生形變 其重心位置相對(duì)物體也發(fā)生變化 因此這類(lèi)物體不能再看成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理 物體雖然不能看成質(zhì)點(diǎn)來(lái)處理 但因只有重力做功 物體整體機(jī)械能守恒 一般情況下 可將物體分段處理 確定質(zhì)量分布均勻的規(guī)則物體各部分的重心位置 根據(jù)初末狀態(tài)物體重力勢(shì)能的變化列式求解 例題 如圖5 3 7所示 AB為光滑的水平面 BC是傾角為 的足夠長(zhǎng)的光滑斜面 斜面體固定不動(dòng) AB BC間用一小段光滑圓弧軌道相連 一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻柔軟鏈條開(kāi)始時(shí)靜止放在ABC面上 其一端D至B的距離為L(zhǎng) a 現(xiàn)自由釋放鏈條 則 圖5 3 7 1 鏈條下滑過(guò)程中 系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒 簡(jiǎn)述理由 2 鏈條的D端滑到B點(diǎn)時(shí) 鏈條的速率為多大 解 1 鏈條在下滑過(guò)程中機(jī)械能守恒 因?yàn)樾泵鍮C和AB面均光滑 鏈條下滑時(shí)只有重力做功 符合機(jī)械能守恒的條件 2 設(shè)鏈條質(zhì)量為m 可以認(rèn)為始末狀態(tài)的重力勢(shì)能變化是由L a段下降引起的 如圖5 3 8所示 則高度減少量 h a L a2 sin L a2 sin 圖5 3 8 觸類(lèi)旁通 如圖5 3 9所示 粗細(xì)均勻 兩端開(kāi)口的U形管內(nèi)裝有同種液體 開(kāi)始時(shí)兩邊液面高度差為h 管中液柱總長(zhǎng)度為4h 后來(lái)讓液體自由流動(dòng) 當(dāng)兩液面高度相等時(shí) 右側(cè)液面下降的 速度為 圖5 3 9 圖D31答案 A