《四川省2019高考物理复习全辑 第5讲 机械能守恒定律 能量守恒定律讲与练（必修2，含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四川省2019高考物理复习全辑 第5讲 机械能守恒定律 能量守恒定律讲与练（必修2，含解析）（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5讲机械能守恒定律能量守恒定律李仕才考试内容及要求知识内容学考要求2015.10考题2016.4考题2016.10考题2017.4考题2017.11考题2018.4考题2018.6考题机械能守恒定律d82012910能量守恒定律与能源c54、20一、机械能守恒定律1机械能(1)机械能：动能和势能的总和称为机械能，其中势能包括重力势能和弹性势能(2)表达式：EEkEp.2机械能守恒定律(1)内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变(2)表达式：mv12mgh1mv22mgh2；Ek1Ep1Ek2Ep2.3机械能守恒的条件只有重力(或弹力)做功；只发生
2、动能和势能的转化4机械能守恒的判断(1)利用机械能的定义判断：分析动能和势能的和是否变化(2)用做功判断：若物体系统内只有重力(或弹力)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)用能量转化来判断：若物体系统内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，则物体系统机械能守恒例1(2018嘉兴市第一中学期中测试)如图1所示，根据机械能守恒条件，下列说法正确的是()图1A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乙图中物体沿着固定斜面匀速向上运动，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
3、车组成的系统(不包括弹簧)机械能守恒答案C解析题图甲中，不论是匀速还是加速，由于推力对火箭做功，火箭的机械能不守恒，是增加的，故A错误；物体沿着固定斜面匀速向上运动，动能不变，重力势能增加，则机械能必定增加，故B错误；小球在做圆锥摆运动的过程中，细线的拉力不做功，机械能守恒，故C正确；轻弹簧将A、B两小车弹开，弹簧的弹力对两小车做功，则两小车(不包括弹簧)组成的系统机械能不守恒，但对两小车和弹簧组成的系统机械能守恒，故D错误例2(2018浙江6月学考10)如图2所示，质量为m的小球，从距桌面h1高处的A点自由下落到地面上的B点，桌面离地高为h2，选择桌面为参考平面，则小球()图2A在A点时的重
4、力势能为mg(h1h2)B在A点时的机械能为mg(h1h2)C在B点时的重力势能为0D落到B点时的动能为mg(h1h2)答案D解析以桌面为重力势能参考面，所以A点机械能(重力势能)为mgh1，选项A、B错误；在B点重力势能为mgh2，选项C错误在整个过程中小球机械能守恒，因此在B点的动能为mg(h1h2)，选项D正确二、机械能守恒定律的应用1在满足机械能守恒的条件下，无论物体做直线运动还是曲线运动，所受外力是恒力还是变力，均可列出相应的关系式，为解决曲线运动、变力问题提供了简捷、有效的方法2当有弹力做功时，弹性势能与动能、重力势能相互间发生转化需要注意，涉及弹性势能的转化时研究对象是否包括弹簧
5、3解决竖直面内圆周运动问题的注意点(1)竖直面内圆周运动一般为变速圆周运动(2)确定物体的运动属于“绳模型”还是“杆模型”，充分利用其“约束”或“临界”条件(3)一般只在最高点或最低点列出动力学方程(4)运动过程中优先考虑机械能守恒定律或动能定理例3(2018余姚市第二学期期中)如图3所示，弯曲斜面与半径为R的竖直半圆组成光滑轨道，一个质量为m的小球从高度为4R的A点由静止释放，经过半圆的最高点D后做平抛运动落在水平面的E点，忽略空气阻力(重力加速度为g)，求：图3(1)小球在D点时的速度大小vD；(2)小球落地点E离半圆轨道最低点B的位移大小x；(3)小球经过半圆轨道的C点(C点与圆心O在同
6、一水平面)时对轨道的压力大小答案见解析解析(1)从A点到D点的过程中，由机械能守恒定律：mg4Rmg2RmvD2解得vD2(2)平抛运动过程中：2Rgt2xvDt解得x4R(3)从A点至C点的过程中，由机械能守恒定律：mg4RmgRmvC2解得FNm6mg由牛顿第三定律得：FNFN6mg.例4如图4所示是跳台滑雪的示意图，雪道由倾斜的助滑雪道AB、水平平台BC、着陆雪道CD及减速区DE组成，各雪道间均平滑连接A处与水平平台间的高度差h45 m，CD的倾角为30.运动员自A处由静止滑下，不计其在雪道ABC滑行和空中飞行时所受的阻力，运动员可视为质点，g取10 m/s2.图4(1)求运动员滑离平台
7、BC时的速度大小；(2)为保证运动员落在着陆雪道CD上，雪道CD的长度至少为多少？(3)若实际的着陆雪道CD长为150 m，运动员着陆后滑到D点时具有的动能是着陆瞬间动能的80%.在减速区DE滑行s100 m后停下，求运动员在减速区所受平均阻力是其重力的多少倍？答案(1)30 m/s(2)120 m(3)0.84解析(1)A到C过程中机械能守恒mghmv得vC30 m/s.(2)设落点D距C的距离为L，由平拋运动规律得：Lcos 30vCtLsin 30gt2解得L120 m，因此雪道CD的长度至少为120 m.(3)运动员由A运动到落点D过程中，由机械能守恒定律得：mg(hLsin 30)m
8、vD2设运动员在减速区减速过程中所受平均阻力是重力的k倍，根据动能定理有kmgs0mvD2根据题意有mvD20.80mvD2解得k0.84.三、能量守恒定律1内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变2意义：确认了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互联系与转化3节约能源的含义：能量耗散表明，在能源的利用(即能量的转化)过程中，能量在数值上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用变成了不便于利用例5(2016浙江4月学考12)如图5所示的路灯为太阳能路灯，每只路灯的光伏电池板有
9、效采光面积约为0.3 m2.晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为3106 J如果每天等效日照时间约为6 h，光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h光电池的光电转换效率约为()图5A4.8% B9.6%C16% D44%答案C解析光电池的光电转换效率是转化得到的电能与接收到的光能的比值，即：100%100%16%，故选C.例6(2017浙江名校协作体联考)一弹珠弹射玩具模型如图6所示，水平粗糙管AB内装有一轻弹簧，左端固定，竖直放置的管道BCD光滑，其中CD为半径为R0.1 m的圆周，C到地面的地面高度也为R.用质量m10.3 kg的弹珠(可看成质点)将弹簧缓慢压缩到某一
10、确定位置M，弹珠与弹簧不固连，由静止释放后弹珠恰停止在D点，用同种材料、质量为m20.1 kg的弹珠仍将弹簧缓慢压缩到M点释放，由静止释放后弹珠由D点飞出后落在与D点正下方D点相距x0.8 m处，取g10 m/s2，不计空气阻力，求：图6(1)质量为m2的弹珠从D点飞出时的速度大小；(2)质量为m2的弹珠在D点时对轨道的弹力；(3)弹簧被缓慢压缩到M点时储存的弹性势能答案(1)4 m/s(2)15 N，方向竖直向上(3)1.2 J解析(1)质量为m2的弹珠从D点飞出后做平抛运动，由平抛运动规律得2Rgt2，xvDt代入数据得vD4 m/s.(2)质量为m2的弹珠经D点时，由牛顿第二定律得m2g
11、FNm2则FNm2m2g15 N，方向竖直向下由牛顿第三定律知质量为m2的弹珠在D点时对轨道的弹力FNFN15 N，方向竖直向上(3)对质量为m1的弹珠，从静止释放到D的过程中，由能量守恒定律得Epm1gxMBm1g2R对质量为m2的弹珠，则有Epm2gxMBm2g2Rm2vD2代入数据可得Ep1.2 J.四、功能关系功是能量转化的量度，某种力做功往往与某种形式的能量转化相对应，具体功能关系如下：功能的变化表达式重力做功重力势能变化WGEp1Ep2弹力做功弹性势能变化W弹Ep1Ep2合力做功动能变化W合Ek2Ek1除重力(或系统内弹力)外其他力做功机械能变化W外E2E1例7(2017丽水、衢州
12、、湖州三地市质量检测)有一种大型游戏机叫“跳楼机”，如图7所示，参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，先由电动机将座椅沿竖直轨道提升到离地面高H处，然后由静止释放游客们的总质量为m，重力加速度为g，下列关于游客们缓慢上升的过程说法正确的是()图7A合力对游客们所做的功为mgHB游客们的重力势能增加了mgHC电动机所做的功为mgHD游客们的机械能守恒答案B解析游客缓慢上升过程中，可以认为速度不变，W合0，A错误；升高H，游客重力势能增加mgH，B正确；电动机做的功等于游客和座椅重力势能的增加量，C错误；游客的速度不变即动能不变，而重力势能增加，故游客的机械能增加，D错误.1(2016浙江10月学考
13、4)如图8所示，无人机在空中匀速上升时，不断增加的能量是()图8A动能B动能、重力势能C重力势能、机械能D动能、重力势能、机械能答案C解析无人机匀速上升，所以动能保持不变，选项A、B、D均错误高度不断增加，所以重力势能不断增加，在上升过程中升力对无人机做正功，所以无人机机械能不断增加，所以选项C正确2.(2018嘉兴市学考科目考试)如图9是一种名为“牙签弩”的玩具弓弩，现竖直向上发射木质牙签，O点为皮筋自然长度位置，A为发射的起点位置若不计一切阻力，则()图9AA到O的过程中，牙签一直处于超重状态BA到O的过程中，牙签的机械能守恒C在上升过程中，弓和皮筋的弹性势能转化为牙签的动能D根据牙签向上
14、飞行的高度可测算出牙签被射出时的速度答案D3(2017浙江4月学考12)火箭发射回收是航天技术的一大进步如图10所示，火箭在返回地面前的某段运动，可看成先匀速后减速的直线运动，最后撞落在地面上不计火箭质量的变化，则()图10A火箭在匀速下降过程中，机械能守恒B火箭在减速下降过程中，携带的检测仪器处于失重状态C火箭在减速下降过程中合力做功等于火箭机械能的变化D火箭着地时，火箭对地的作用力大于自身的重力答案D解析匀速下降阶段，火箭除受重力外，还受阻力，且阻力做负功，所以机械能不守恒，选项A错误；在减速阶段，加速度向上，处于超重状态，而火箭克服阻力做的功等于机械能的减少量，选项B、C错误；火箭着地时突然减速，则地面给火箭的力大于火箭的重力，根据牛顿第三定律，选项D正确4(2017绍兴一中期末)如图11所示，在高为H的桌面上以速度v水平抛出质量为m的物体，物体落到距地面高为h处的A点，不计空气阻力且以桌面为零势能面则下列说法正确的是()图11A物体在A点的机械能为mghmv2B物体在A点的机械能为mv
