《2013高考物理复习 高效学习方略 5-3 机械能守恒定律课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2013高考物理复习 高效学习方略 5-3 机械能守恒定律课件（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、重力势能 1定义：物体的重力势能等于它所受 与 的乘积 2公式：Ep . 3矢标性：重力势能是 量，但有正、负，其意义是表示物体的重力势能比它在 上大还是小，这与功的正、负的物理意义不同,mgh,重力,高度,标,参考平面,4特点 (1)系统性：重力势能是 和 共有的 (2)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 5重力做功与重力势能变化的关系 重力做正功时，重力势能 ； 重力做负功时，重力势能 重力做多少正(负)功，重力势能就 多少，即WG .,地球,物体,参考平面,绝对,无关,减小,增大,减小(增大),Ep1Ep2,二、弹性势能 1定义：物体由于发生
2、而具有的能 2大小：弹性势能的大小与 及 有关，弹簧的形变量越大，劲度系数 ，弹簧的弹性势能 3弹力做功与弹性势能变化的关系 弹力做正功，弹性势能 ；弹力做负功，弹性势能 即弹簧恢复原长过程中弹力做 ，弹性势能 ，形变量变大的过程中弹力做 ，弹性势能 ,弹性形变,形变量,劲度系数,越大,越大,减小,增大,正功,减小,负功,增大,三、机械能守恒定律 1内容：在只有 或 做功的物体系统内，只存在动能与势能的相互转化，而总的机械能保持 2表达式 (1)Ek1Ep1 (要选零势能参考平面) (2)Ek (不用选零势能参考平面) (3)EA增 (不用选零势能参考平面),不变,Ek2Ep2,Ep,EB减,
3、重力,弹力,3机械能守恒的条件 只有 (或 )做功或虽有其他外力做功但其他力做功的代数和 ,重力,弹力,为零,1关于机械能守恒定律的适用条件，下列说法正确的是( ) A只受重力和弹力作用时，机械能才守恒 B当有其他力作用时，只要合外力为零，机械能守恒 C当有其他力作用时，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,解析 C 机械能守恒的条件是只有重力和系统内的弹力做功，如果这里的弹力是外力且做功不为零，机械能不守恒，A错；物体受其他外力作用且合外力为零时，机械能可能不守恒，B错；C项中的其他外力不含重力，满足机械能守恒的条件；D项中，炮弹爆
4、炸过程中，爆炸时产生的化学能转化为机械能，机械能不守恒,2如图所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面而且弹簧保持原长的A点无初速度释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆向最低点的过程中( ) A重物的重力势能减小 B重物的重力势能增大 C重物的机械能不变 D重物的机械能减小,解析 AD 重力势能的减小量转化为弹性势能和动能，弹簧与重物的系统机械能总量不变，但重物的机械能减小了,3. 如图所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，在弹簧压缩到最短的过程中，下列叙述正确的是( ) A重力势能和动能之和总保持不变 B重力势能和弹性势能之和总保持不变 C动能和
5、弹性势能之和总保持不变 D重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变,解析 D 在小球和弹簧相互作用的过程中，系统的机械能守恒，即重力势能、弹性势能和动能之和保持不变,4. 如图所示，轻弹簧k一端与墙相连，质量为4 kg的木块沿光滑的水平面以5 m/s的速度运动并压缩弹簧求弹簧在被压缩过程中的最大弹性势能及木块速度减为3 m/s时的弹性势能,【答案】 50 J 32 J,5一轻质杆OA，可绕O点在竖直平面内自由转动，在杆的另一端A点和中点B各固定一个质量为m的小球，如图所示设杆长为l，开始时，杆静止在水平位置上，释放杆后，杆转到竖直位置时，A、B两个小球的速度各是多少？,要点一 机械能守恒条件的理
6、解及其判断方法 1.对机械能守恒条件的理解 机械能守恒的条件是：只有重力或弹力做功可以从以下两个方面理解： (1)只受重力作用，例如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动，物体的机械能守恒,(2)受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹力做功例如物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力不做功，物体的机械能守恒 2判断机械能是否守恒的几种方法 (1)利用机械能的定义判断(直接判断)：若物体在水平面匀速运动，其动能、势能均不变，机械能不变若一个物体沿斜面匀速下滑，其动能不变，重力势能减少，其机械能减少,(2)用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功，虽受其他力，但
7、其他力不做功，机械能守恒 (3)用能量转化来判断：若物体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，则物体系统机械能守恒 (4)对一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等，除非题目特别说明，否则机械能必定不守恒,(1)机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力为零判断机械能是否守恒时，要根据不同情景恰当地选取判断方法 (2)如果除物体的重力和系统内的弹力做功之外，还有其他力做功，若其他力所做的总功为零，此种情况下不能说物体的机械能守恒，只能说其机械能不变,【例1】 (2011全国新课标理综)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
8、空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是( ) 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 ABC 运动员到达最低点前，高度一直降低，重力势能始终减小，A正确；蹦极绳张紧后的下落过程中，弹力方向与位移方向相反，弹力做负功，弹性势能增加，B正确；只有重力和弹簧弹力做功，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒，C正确；重力势能的改变与高度差有关，与重力势能零点的选取无关，D错误,下列物体运动过程中满足机械能守恒的是( )
9、 A跳伞运动员张开伞后，在空中匀速下降 B忽略空气阻力，物体竖直上抛 C火箭升空 D拉着物体沿光滑斜面匀速上升 解析 B 跳伞运动员匀速下降，除重力做功外，还有阻力做功，A错；物体竖直上抛时，只有重力做功，机械能守恒，B正确；火箭升空时，推力做正功，机械能增加，C不正确；拉着物体沿光滑斜面匀速上升时，机械能增加，D不正确.,要点二 机械能守恒定律的应用 1.机械能守恒定律的三种表达形式 (1)E1E2或Ek1Ep1Ek2Ep2，表示系统在初状态机械能等于其末状态的机械能运用这种形式表达时，应选好零势能面，且初、末状态的高度已知，系统除地球外，只有一个物体时，用这种表达形式较方便,(2)EpEk
10、，表示系统(或物体)机械能守恒时，系统减少(或增加)的势能等于增加(或减少)的总动能应用时，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、末状态的势能差这种表达方式一般用于始末状态的高度未知，但高度变化已知的情况,(3)EA增EB减，表示若系统由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 以上三种表达方式中，(1)是最基本的表达方式，易于理解和掌握，但始、末状态的动能和势能要分析全，防止遗漏某种形式的机械能应用(2)、(3)方式列出的方程简捷，是同学们应该重点掌握的，但在分析势能的变化时易出错，要引起注意,2应用机械能守恒定律解题的基本步骤
11、(1)分析题意，正确选取研究对象 (2)分析研究对象在运动过程中的受力情况，明确各力的做功情况，判断机械能是否守恒 (3)选取零势能面，确定研究对象在初、末状态的机械能 (4)根据机械能守恒定律列出方程 (5)解方程求出结果，并对结果进行必要的讨论和说明,(1)物体或系统机械能守恒是有条件的，因此，在应用机械能守恒解决问题时，首先要判断物体或系统的机械能是否守恒，然后注意选取恰当的守恒形式列式求解 (2)在应用机械能守恒处理问题时，一般先选取一个零势能参考平面，通常情况下，选择在整个过程中物体所达到的最低点所在的水平面为零势能面,【例2】 在游乐节目中，选手需借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台
12、上，小明和小阳观看后对此进行了讨论 如图所示，他们将选手简化为质量m60 kg 的质点，选手抓住绳由静止开始摆动，此时绳与竖直方向夹角53，绳的悬挂点O距水面的高度为H3 m,不考虑空气阻力和绳的质量，浮台露出水面的高度不计，水足够深取重力加速度g10 m/s2，sin 530.8，cos 530.6. (1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F. (2)若绳长l2 m，选手摆到最高点时松手落入水中设水对选手的平均浮力F1800 N，平均阻力F2700 N，求选手落入水中的深度d. (3)若选手摆到最低点时松手，小明认为绳越长，在浮台上的落点距岸边越远；小阳却认为绳越短，落点距岸边越远请通过推算
13、说明你的观点,【答案】 (1)1 080 N (2)1.2 m (3)见解析 【规律总结】 该类问题考查机械能守恒定律的应用，常和圆周运动、平抛运动或限定条件下的复杂运动相结合解该类题目主要用两个知识点：(1)机械能守恒定律或动能定理、功能关系(2)牛顿第二定律及临界条件的分析,(2010山东理综)如图所示，四分之一圆轨道OA与水平轨道AB相切，它们与另一水平轨道CD在同一竖直面内，圆轨道OA的半径R0.45 m，水平轨道AB长x13 m，OA与AB均光滑一滑块从O点由静止释放当滑块经过A点时，静止在CD上的小车在F1.6 N 的水平恒力作用下启动，运动一段时间后撤去力F.当小车在CD上运动了
14、x23.28 m时速度v2.4 m/s，此时滑块恰好落入小车中已知小车质量M0.2 kg，与CD间的动摩擦因数0.4(取g10 m/s2)求：,(1)恒力F的作用时间t. (2)AB与CD的高度差h.,【答案】 (1)1 s (2)0.8 m,易错点 不能正确判断机械能是否守恒导致错误 【例】质量分别为m和M(其中M2m)的两个小球P和Q，中间用轻质杆固定连接，在杆的中点O处有一个固定转轴，如图所示,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( ) AQ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 BP球的重力势能、动能都增加，
15、P球和地球组成的系统机械能不守恒 CP球、Q球和地球组成的系统机械能守恒 DP球、Q球和地球组成的系统机械能不守恒,【错因剖析】 Q球下摆的过程中受重力，误认杆的拉力不做功，只有重力做功，所以Q球重力势能减少，动能增加，Q球和地球组成的系统机械能守恒；同理，P球、Q球和地球组成的系统机械能守恒，选择A、C.,【正确解答】 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下摆过程中，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和Q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B、C. 【答案】 BC,【纠错心得】 Q球摆到最低位置的过程中，重力势能减少，动能增加，但由此不能确定机械能的守恒错解中认为杆提供给Q球的力沿杆方向从而对小球不做功，这是造成错解的直接原因细绳施力一定沿绳收缩的方向，但杆施力的方向并不一定沿着杆的方向，本题就是一个典例，杆对P、Q球的作用力，既有沿杆的切向力，也有与杆垂直的法向力，所以杆对P球、Q球都做功，P球、Q球各自的机械能都不守恒，但P和Q整体的机械能守恒(除了重力外没有其他力对P球、Q球的整体做功),1在
