《高考新课标物理一轮复习课件4.3机械能守恒定律及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考新课标物理一轮复习课件4.3机械能守恒定律及其应用（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.重力做功的特点 重力所做的功只跟初始位置和末位置的竖直高度有关，跟物体的运动路径无关 2重力势能 (1)重力做功的特点 重力做功与 无关，只与始末位置的 有关 重力做功不引起物体 的变化,第3讲机械能守恒定律及其应用,路径,高度差,机械能,(2)重力势能 概念：物体由于 而具有的能 表达式：Ep . 矢标性：重力势能是标量，正负表示其 (3)重力做功与重力势能变化的关系 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 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(Ep2Ep1) .,被举高,mgh,大小,减少,增大,Ep,3弹性势能 (1)概念：物体由于
2、发生 而具有的能 (2)大小：弹簧的弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关，弹簧的形变量 ，劲度系数 ，弹簧的弹性势能越大 (3)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：W .,弹性形变,越大,越大,Ep,1.机械能 和 统称为机械能，其中势能包括 和,动能,势能,弹性势能,重力势能,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)表达式：,重力或弹力,保持不变,1(2012广州模拟)第16届亚运会于2010年11月12日至11月27日在广州举行亚运会中的投掷链球、铅球、铁饼和标枪等体育比赛项目都是把物体斜向
3、上抛出的运动，如图所示，这些物体从被抛出到落地的过程中(),A物体的机械能先减小后增大 B物体的机械能先增大后减小 C物体的动能先增大后减小，重力势能先减小后增大 D物体的动能先减小后增大，重力势能先增大后减小 答案D,2关于重力势能，下列说法中正确的是() 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物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大 C一个物体的重力势能从5 J变化到3 J，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 解析物体的重力势能与参考面有关，同一物体在同一位置相对不同的参考面的重力势能不同，A选项错物体在零势能面以上，距零势能面的距离越大，重力势能越
4、大，物体在零势能面以下，距零势面的距离越大，重力势能越小，B选项错重力势能中的正、负号表示大小，5 J的重力势能小于3 J的重力势能，C选项错重力做的功量度了重力势能的变化，D选项正确 答案D,答案C,4(2012杭州模拟)如图431所示在光滑水平面上有一物体，它的左端接连着一轻弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去力F后，物体将向右运动，在物体向右运动的过程中，下列说法正确的是() A弹簧的弹性势能逐渐减少 B物体的机械能不变 C弹簧的弹性势能先增加后减少 D弹簧的弹性势能先减少后增加 解析开始时弹簧处于压缩状态，撤去力F后，物体先向右加速运动后向右减速运动，所以
5、物体的机械能先增大后减小，所以B错弹簧先恢复原长后又逐渐伸长，所以弹簧的弹性势能先减少再增加，D正确 答案D,5如图432所示，用长为L的轻绳把一个小铁球悬挂在高为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，若运动中轻绳断开，则小铁球落到地面时的速度大小为(),答案D,考点一机械能是否守恒的判断 从守恒的条件来理解对单个物体，看是否“只有重力做功”；对由多个物体(包括弹簧)组成的系统，看是否“没有摩擦和介质阻力”,【典例1】 如图433所示，固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环，圆环与竖直放置的轻质弹簧一端相连，弹簧的另一端固定在地面上的A点，弹簧处于原长h.
6、让圆环沿杆滑下，滑到杆的底端时速度为零则在圆环下滑过程中() A圆环机械能守恒 B弹簧的弹性势能先增大后减小 C弹簧的弹性势能变化了mgh D弹簧的弹性势能最大时圆环动能最大,解析圆环受到重力、支持力和弹簧的弹力作用，支持力不做功，故环的机械能与弹簧的弹性势能总和保持不变，故全过程弹簧的弹性势能变化量等于环的机械能变化量，C正确，圆环的机械能不守恒，A错误弹簧垂直杆时弹簧的压缩量最大，此时圆环有向下的速度，故此时弹性势能比末状态的弹性势能小，即：最终状态弹簧被拉长，且弹性势能达到最大，此时圆环的动能为零，所以弹性势能是先增加后减小最后又增大，B、D错误 答案C,(1)利用机械能的定义判断：分析
7、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)用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功，或有其他力做功，但其他力做功的代数和为零，机械能守恒 (3)用能量转化来判断：若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，则系统的机械能守恒 (4)对一些绳子突然绷紧、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,【变式1】 (2011茂名模拟)关于机械能是否守恒，下列说法正确的是() A做匀速直线运动的物体机械能一定守恒 B做圆周运动的物体机械能一定守恒 C做变速运动的物体机械能可能守恒 D合外力对物体做功不
8、为零，机械能一定不守恒 解析做匀速直线运动的物体与做圆周运动的物体，如果是在竖直平面内则机械能不守恒，A、B错误；合外力做功不为零，机械能可能守恒，D错误，C正确 答案C,考点二机械能守恒定律的应用 机械能守恒定律的三种表达形式及用法 (1)E2E1或Ek2Ep2Ek1Ep1，表示系统末状态机械能的总和与初状态机械能的总和相等运用这种形式的表达式时，应选好参考面若初、末状态的高度已知，整个系统除地球外只有一个物体时，运用这种形式比较简单，即常说的“守恒观点” (2)Ek增Ep减或Ek减Ep增，表示系统减少(或增加)的动能等于系统增加(或减少)的势能运用这种形式时，一般针对初、末状态的高度未知，
9、但高度变化已知的情况运用的关键在于弄清重力势能的增加(或减少)量，可不选取参考面而直接计算初、末状态的势能差，即常说的“转化观点”,(3)EA增EB减或EA减EB增，表示若系统由A、B两部分组成，则A物体机械能的增加(或减少)与B物体机械能的减少(或增加)相等即常说的“转移观点”,【典例2】 如图434所示，是某公园设计的一种惊险刺激的娱乐设施，轨道除CD部分粗糙外，其余均光滑一挑战者质量为m，沿斜面轨道滑下，无能量损失地滑入第一个圆管形轨道根据设计要求，在最低点与最高点各放一个压力传感器，测试挑战者对轨道的压力，并通过计算机显示出来挑战者到达A处时刚好对管壁无压力，又经过水平轨道CD滑入第二
10、个圆管形轨道在最高点B处挑战者对管的内侧壁压力为0.5 mg，然后从平台上飞入水池内，水面离轨道的距离为h2.25 m若第一个圆管轨道的半径为R，第二个圆管轨道的半径为r，g取10 m/s2，管的内径及人相对圆管轨道的半径可以忽略不计：则：,(1)挑战者若能完成上述过程，则他应从离水平轨道多高的地方开始下滑？ (2)挑战者从A到B的运动过程中克服轨道阻力所做的功？ (3)挑战者入水时的速度大小是多少？,【变式2】 (2012沈阳、长春、哈尔滨联考)如图435所示，静止放在长直水平桌面上的纸带，其上有一小铁块，它与纸带右端的距离为0.5 m，铁块与纸带间、纸带与桌面间动摩擦因数均为0.1现用力F
11、水平向左将纸带从铁块下抽出，当纸带全部抽出时铁块恰好到达桌面边缘，铁块抛出后落地点离抛出点的水平距离为x0.8 m已知g10 m/s2，桌面高度为H0.8 m，不计铁块大小，铁块不滚动求：,(1)铁块落地时的速度大小； (2)纸带从铁块下抽出所用的时间及开始时铁块距左侧桌边的距离,4.机械能守恒定律应用中的几种模型 机械能守恒定律属于高考的高频考点，在实际问题中我们如果能正确建立几种典型的机械能守恒的模型将有利于对此类问题的分析和解决 (1)轻连绳模型 此类问题要认清物体的运动过程，注意物体运动到最高点或最低点时速度相同这一隐含条件,【典例1】 如图436所示，细绳跨过定滑轮悬挂两物体M和m，
12、且Mm，不计摩擦，系统由静止开始运动过程中() 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,解析M下落过程中，绳的拉力对M做负功，M的机械能减少；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 答案BD,(2)轻连杆模型 这类问题应注意在运动过程中各个物体之间的角速度、线速度的关系等 【典例2】 质量分别为m和M(其中M2m)的两个小球P和Q，中间用轻
13、质杆固定连接，在杆的中点O处有一个固定转轴，如图437所示现在把杆置于水平位置后自由释放，在Q球顺时针摆动到最低位置的过程中，下列有关能量的说法正确的是(),A.Q球的重力势能减少、动能增加，Q球和地球组成的系统机械能守恒 B.P球的重力势能增加、动能减小，P球和地球组成的系统机械能守恒 C.P球、Q球和地球组成的系统机械能守恒 D.P球、Q球和地球组成的系统机械能不守恒 解析Q球从水平位置下摆到最低点的过程中，受重力和杆的作用力，杆的作用力是Q球运动的阻力(重力是动力)，对Q球做负功；P球是在杆的作用下上升的，杆的作用力是动力(重力是阻力)，对P球做正功所以，由功能关系可以判断，在Q球下摆过
14、程中，P球重力势能增加、动能增加、机械能增加，Q球重力势能减少、机械能减少；由于P球和Q球整体只有重力做功，所以系统机械能守恒本题的正确答案是C. 答案C,(3)轻弹簧模型 此类问题应注意物体与弹簧组成的系统机械能守恒，不同的过程中弹性势能的变化一般是相同的,【典例3】 (2011成都测试)如图438所示为某同学设计的节能运输系统斜面轨道的倾角为37，木箱与轨道之间的动摩擦因数0.25.设计要求：木箱在轨道顶端时，自动卸货装置将质量m2 kg的货物装入木箱，木箱载着货物沿轨道无初速滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，接着再重复上述过程若g取1
15、0 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.求： (1)离开弹簧后，木箱沿轨道上滑的过程中的加速度大小； (2)满足设计要求的木箱质量,解析(1)设木箱质量为m，对木箱的上滑过程，由牛顿第二定律有：mgsin 37mgcos 37ma代入数据解得：a8 m/s2.(2)设木箱沿轨道下滑的最大距离为L，弹簧被压缩至最短时的弹性势能为Ep，根据能量守恒定律：货物和木箱下滑过程中有：(mm)gLsin 37(mm)gLcos 37Ep木箱上滑过程中有EpmgLsin 37mgLcos 37联立代入数据解得：mm2 kg. 答案(1)8 m/s2(2)2 kg,一、机械能是否守恒的判断(低频
16、考查) 1(2011课标全国卷，16改编)一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法错误的是() A运动员到达最低点前重力势能始终减小 B蹦极绳张紧后的下落过程中，弹力做负功，弹性势能增加 C蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒 D蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关,解析运动员到达最低点前，重力一直做正功，重力势能减小，选项A正确从蹦极绳张紧到最低点弹力一直做负功，弹性势能增加，选项B正确除重力、弹力之外无其他力做功，故系统机械能守恒，选项C正确重力势能的改变与重力势能零点的选取无关，故选项D错误 答案D,2(2011上海综合，7)用如图439所示装置可以研究动能和重力势能转化中所遵循的规律在摆锤从A位置由静止开始向下摆动到D位置的过程中() 重力做正功，重力势能增加 重力的瞬时功率一直增大 动能转化为重力势能 摆线对摆锤的拉力不做功 若忽略阻力，系统的总机械能为一
