《高考物理一轮复习 第5章 机械能 基础课时14 机械能守恒定律及其应用课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 第5章 机械能 基础课时14 机械能守恒定律及其应用课件.ppt（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基础课时基础课时14机械能守恒定律及其应用机械能守恒定律及其应用知识梳理知识梳理知识点一、重力做功与重力势能知识点一、重力做功与重力势能1.重力做功的特点重力做功的特点(1)重力做功与重力做功与_无关，只与始、末位置的无关，只与始、末位置的_有关。有关。(2)重力做功不引起物体重力做功不引起物体_的的变化。化。2.重力做功与重力势能变化的关系重力做功与重力势能变化的关系(1)定定性性关关系系：重重力力对物物体体做做正正功功，重重力力势能能就就_；重重力力对物物体做体做负功，重力功，重力势能就能就_。(2)定定量量关关系系：重重力力对物物体体做做的的功功_物物体体重重力力势能能的的_量量。即即W
2、G(Ep2Ep1)Ep1Ep2_。(3)重力重力势能的能的变化量是化量是绝对的，与参考面的的，与参考面的选取取_。路径路径高度差高度差机械能机械能减小减小增大增大减小减小等于等于Ep无关无关3.弹性势能弹性势能(1)概念：物体由于概念：物体由于发生生_而具有的能。而具有的能。(2)大大小小：弹簧簧的的弹性性势能能的的大大小小与与形形变量量及及劲度度系系数数有有关关，弹簧的形簧的形变量量_，劲度系数度系数_，弹簧的簧的弹性性势能越大。能越大。(3)弹力做功与力做功与弹性性势能能变化的关系：化的关系：类似于重力做功与重力似于重力做功与重力势能能变化的关系，用公式表示：化的关系，用公式表示：W_。弹
3、性形性形变越大越大越大越大Ep思考思考如图所示，起重机正在向高处起吊楼板。如图所示，起重机正在向高处起吊楼板。(1)楼板上升过程中，重力势能怎么变化？重力做什么功？楼板上升过程中，重力势能怎么变化？重力做什么功？(2)若被吊楼板的质量为若被吊楼板的质量为2吨，将它从地面起吊至吨，将它从地面起吊至20米高的楼层。米高的楼层。则楼板的重力势能变化了多少？重力做了多少功？两者存在什么则楼板的重力势能变化了多少？重力做了多少功？两者存在什么关系？关系？知识点二、机械能守恒定律及应用知识点二、机械能守恒定律及应用1.机机械械能能：_和和_统称称为机机械械能能，其其中中势能能包包括括_和和_。2.机械能守
4、恒定律机械能守恒定律(1)内内容容：在在只只有有_做做功功的的物物体体系系统内内，动能能与与势能能可以相互可以相互转化，而化，而总的机械能的机械能_。弹性性势能能重力重力势能能重力或重力或弹力力保持不保持不变3.守恒条件：守恒条件：只有重力或只有重力或弹簧的簧的弹力做功。力做功。动能能势能能思考思考运动员抛出的铅球所受空气的阻力远小于其重力，请思考以下运动员抛出的铅球所受空气的阻力远小于其重力，请思考以下问题：问题：(1)铅球在空中运动过程中，能否视为机械能守恒？铅球在空中运动过程中，能否视为机械能守恒？(2)若若铅铅球球被被抛抛出出时时速速度度大大小小一一定定，铅铅球球落落地地时时的的速速度
5、度大大小小与与运运动员将铅球抛出的方向有关吗？动员将铅球抛出的方向有关吗？(3)在求解铅球落地的速度大小时，可以考虑应用什么规律？在求解铅球落地的速度大小时，可以考虑应用什么规律？诊断自测诊断自测 1.关于重力关于重力势能，下列能，下列说法中正确的是法中正确的是()A.物体的位置一旦确定，它的重力物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定能的大小也随之确定B.物体与零物体与零势能面的距离越大，它的重力能面的距离越大，它的重力势能也越大能也越大C.一个物体的重力一个物体的重力势能从能从5 J变化到化到3 J，重力，重力势能减少了能减少了D.重力重力势能的减少量等于重力能的减少量等于重力对物
6、体做的功物体做的功解解析析物物体体的的重重力力势势能能与与参参考考面面有有关关，同同一一物物体体在在同同一一位位置置相相对对不不同同的的参参考考面面的的重重力力势势能能不不同同，选选项项A错错误误；物物体体在在零零势势能能面面以以上上，距距零零势势能能面面的的距距离离越越大大，重重力力势势能能越越大大；物物体体在在零零势势能能面面以以下下，距距零零势势面面的的距距离离越越大大，重重力力势势能能越越小小，选选项项B错错误误；重重力力势势能能中中的的正正、负负号号表表示示大大小小，5 J的的重重力力势势能能小小于于3 J的的重重力力势势能能，选选项项C错错误误；重重力力做做的的功功等等于于重重力力
7、势势能能的的减减少少量量，选选项项D正确。正确。D2.如如图1所所示示，在在光光滑滑水水平平面面上上有有一一物物体体，它它的的左左端端连接接着着一一轻弹簧簧，弹簧簧的的另另一一端端固固定定在在墙上上，在在力力F作作用用下下物物体体处于于静静止止状状态，当当撤撤去去力力F后后，物物体体将将向向右右运运动，在在物物体体向向右右运运动的的过程程中中，下下列列说法正确的是法正确的是()图图1A.弹簧的簧的弹性性势能逐能逐渐减少减少B.物体的机械能不物体的机械能不变C.弹簧的簧的弹性性势能先增加后减少能先增加后减少D.弹簧的簧的弹性性势能先减少后增加能先减少后增加解解析析因因弹弹簧簧左左端端固固定定在在
8、墙墙上上，右右端端与与物物体体连连接接，故故撤撤去去F后后，弹弹簧簧先先伸伸长长到到原原长长后后，再再被被物物体体拉拉伸伸，其其弹弹性性势势能能先先减减少少后后增增加加，物物体体的的机机械械能能先先增增大大后后减减小小，故故D正正确确，A、B、C均均错误。错误。答案答案D3.(多多选选)如如图2所所示示，下下列列关关于于机机械械能能是是否否守守恒恒的的判判断断正正确确的的是是()图图2A.甲甲图中，物体中，物体A将将弹簧簧压缩的的过程中，程中，A机械能守恒机械能守恒B.乙乙图中中，A置置于于光光滑滑水水平平面面上上，物物体体B沿沿光光滑滑斜斜面面下下滑滑，物物体体B机械能守恒机械能守恒C.丙丙
9、图中中，不不计任任何何阻阻力力和和定定滑滑轮质量量时A加加速速下下落落，B加加速速上升上升过程中，程中，A、B系系统机械能守恒机械能守恒D.丁丁图中中，小小球球沿沿水水平平面面做做匀匀速速圆锥摆运运动时，小小球球的的机机械械能能守恒守恒解解析析甲甲图图中中重重力力和和弹弹力力做做功功，物物体体A和和弹弹簧簧组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒，但但物物体体A机机械械能能不不守守恒恒，A错错误误；乙乙图图中中物物体体B除除受受重重力力外外，还还受受弹弹力力，弹弹力力对对B做做负负功功，机机械械能能不不守守恒恒，但但从从能能量量特特点点看看A、B组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒，B错错
10、误误；丙丙图图中中绳绳子子张张力力对对A做做负负功功，对对B做做正正功功，代代数数和和为为零零，A、B系系统统机机械械能能守守恒恒，C正正确确；丁丁图图中中小小球球的的动动能能不不变变，势势能能不不变变，机机械械能能守守恒恒，D正确。正确。答案答案CD4.如如图3，可可视为质点点的的小小球球A、B用用不不可可伸伸长的的细软轻线连接接，跨跨过固固定定在在地地面面上上、半半径径为R的的光光滑滑圆柱柱，A的的质量量为B的的两两倍倍。当当B位位于于地地面面时，A恰恰与与圆柱柱轴心心等等高高。将将A由由静静止止释放放，B上上升升的最大高度是的最大高度是()图图3答案答案C考点一机械能守恒的判断考点一机械
11、能守恒的判断机械能守恒的判定方法机械能守恒的判定方法(1)做做功功判判断断法法：若若物物体体系系统内内只只有有重重力力和和弹簧簧弹力力做做功功，其其他他力均不做功或其他力做功的代数和力均不做功或其他力做功的代数和为零，零，则系系统的机械能守恒。的机械能守恒。(2)能量能量转化判断法：若只有系化判断法：若只有系统内物体内物体间动能和重力能和重力势能及能及弹性性势能的相互能的相互转化，系化，系统跟外界没有跟外界没有发生机械能的生机械能的传递，机械，机械能也没有能也没有转变成其他形式的能成其他形式的能(如没有内能增加如没有内能增加)，则系系统的机械的机械能守恒。能守恒。【例例1】如如图4所所示示，斜
12、斜劈劈劈劈尖尖顶着着竖直直墙壁壁静静止止于于水水平平面面上上，现将将一一小小球球从从图示示位位置置静静止止释放放，不不计一一切切摩摩擦擦，则在在小小球球从从释放到落至地面的放到落至地面的过程中，下列程中，下列说法正确的是法正确的是()图图4A.斜劈斜劈对小球的小球的弹力不做功力不做功B.斜劈与小球斜劈与小球组成的系成的系统机械能守恒机械能守恒C.斜劈的机械能守恒斜劈的机械能守恒D.小球重力小球重力势能的减少量等于斜劈能的减少量等于斜劈动能的增加量能的增加量解解析析小小球球的的位位移移方方向向竖竖直直向向下下，斜斜劈劈对对小小球球的的弹弹力力对对小小球球做做负负功功，小小球球对对斜斜劈劈的的弹弹
13、力力对对斜斜劈劈做做正正功功，斜斜劈劈的的机机械械能能增增大大，小小球球的的机机械械能能减减少少，但但斜斜劈劈与与小小球球组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒，小小球球重重力力势势能能的的减减少少量量，等等于于小小球球和和斜斜劈劈动动能能增增加加量量之之和和，故故B正确，正确，A、C、D错误。错误。答案答案B【变式训练】【变式训练】1.(多选多选)如如图5所示，一所示，一轻弹簧一端固定在簧一端固定在O点，另一端系一小球，点，另一端系一小球，将小球从与将小球从与悬点点O在同一水平面且使在同一水平面且使弹簧保持原簧保持原长的的A点无初速点无初速度地度地释放，放，让小球自由小球自由摆下，不下，不
14、计空气阻力，在小球由空气阻力，在小球由A点点摆向向最低点最低点B的的过程中，下列程中，下列说法中正确的是法中正确的是()图图5A.小球的机械能守恒小球的机械能守恒B.小球的机械能减少小球的机械能减少C.小球的重力小球的重力势能与能与弹簧的簧的弹性性势能之和不能之和不变D.小球与小球与弹簧簧组成的系成的系统机械能守恒机械能守恒解解析析小小球球由由A点点下下摆摆到到B点点的的过过程程中中，弹弹簧簧被被拉拉长长，弹弹簧簧的的弹弹力力对对小小球球做做了了负负功功，所所以以小小球球的的机机械械能能减减少少，故故选选项项A错错误误，B正正确确；在在此此过过程程中中，由由于于有有重重力力和和弹弹簧簧的的弹弹
15、力力做做功功，所所以以小小球球与与弹弹簧簧组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒，即即小小球球减减少少的的重重力力势势能能，等等于于小小球球获获得得的的动能与弹簧增加的弹性势能之和，故选项动能与弹簧增加的弹性势能之和，故选项C错误，错误，D正确。正确。答案答案BD考点二单个物体的机械能守恒考点二单个物体的机械能守恒1.机械能守恒定律的表达式机械能守恒定律的表达式2.机械能守恒定律与动能定理的比较机械能守恒定律与动能定理的比较机械能守恒定律机械能守恒定律动能定理动能定理不不同同点点适用条件适用条件 只有重力或只有重力或弹力做功力做功没有条件限制，它不但允没有条件限制，它不但允许重力重力和和弹力
16、做功，力做功，还允允许其他力做功其他力做功分析思路分析思路只需分析研究只需分析研究对象初、末状象初、末状态的的动能和能和势能能不但要分析研究不但要分析研究对象初、末状象初、末状态的的动能，能，还要分析所有外力所做要分析所有外力所做的功的功研究研究对象象 一般是物体一般是物体组成的系成的系统一般是一个物体一般是一个物体(质点点)书写方式写方式有多种有多种书写方式，一般常用写方式，一般常用等号两等号两边都是都是动能与能与势能的能的和和等号左等号左边一定是合力的一定是合力的总功，右功，右边是是动能的能的变化化相相同同点点(1)思想方法相同：机械能守恒定律和思想方法相同：机械能守恒定律和动能定理都是从
17、做功和能量能定理都是从做功和能量转化的角化的角度来研究物体在力的作用下状度来研究物体在力的作用下状态的的变化。化。(2)表达表达这两个两个规律的方程都是律的方程都是标量式量式【例例2】(2016广广州州二二模模)如如图6所所示示，在在同同一一竖直直平平面面内内，一一轻质弹簧簧静静止止放放于于光光滑滑斜斜面面上上，其其一一端端固固定定，另另一一端端恰恰好好与与水水平平线AB平平齐；长为L的的轻质细绳一一端端固固定定在在O点点，另另一一端端系系一一质量量为m的的小小球球，将将细绳拉拉至至水水平平，此此时小小球球在在位位置置C。现由由静静止止释放放小小球球，小小球球到到达达最最低低点点D时，细绳刚好
18、好被被拉拉断断，D点点与与AB相相距距h；之之后后小小球球在在运运动过程程中中恰恰好好与与弹簧簧接接触触并并沿沿斜斜面面方方向向压缩弹簧，簧，弹簧的最大簧的最大压缩量量为x。试求：求：图图6(1)细绳所能承受的最大拉力所能承受的最大拉力F；(2)斜面斜面倾角角的正切的正切值；(3)弹簧所簧所获得的最大得的最大弹性性势能能Ep。【拓展延伸】【拓展延伸】(1)在在【例例2】中中，试分分析析小小球球由由位位置置C到到位位置置D的的过程程中中，重重力力的功率如何的功率如何变化？化？(2)在在【例例2】中中，若若撤撤去去弹簧簧，试求求当当小小球球沿沿斜斜面面下下滑滑距距离离x时，小球的小球的动能。能。解
19、解析析(1)由由Pmgvcos 可可知知刚刚释释放放时时v0，P0，到到最最低低点点时时，90，P0，故故小小球球由由位位置置C到到位位置置D的的过过程程中中，重重力力的的功率先增大后减小。功率先增大后减小。(2)全过程对小球由机械能守恒定律得全过程对小球由机械能守恒定律得mg(Lhxsin )Ek，解得，解得方法提炼方法提炼应用机械能守恒定律解题的一般步骤应用机械能守恒定律解题的一般步骤图图7(1)一一小小环套套在在轨道道上上从从a点点由由静静止止滑滑下下，当当其其在在bc段段轨道道运运动时，与与轨道之道之间无相互作用力，求无相互作用力，求圆弧弧轨道的半径；道的半径；(2)若若环从从b点点由
20、由静静止止因因微微小小扰动而而开开始始滑滑下下，求求环到到达达c点点时速速度度的水平分量的大小。的水平分量的大小。解析解析(1)一小环在一小环在bc段轨道运动时，与轨道之间无相互作用力，段轨道运动时，与轨道之间无相互作用力，则说明下落到则说明下落到b点时的速度水平，小环做平抛运动的轨迹与轨道点时的速度水平，小环做平抛运动的轨迹与轨道bc重合，故有重合，故有svbt考点三多物体的机械能守恒问题考点三多物体的机械能守恒问题【例【例3】(多选多选)(2015新课标全国新课标全国，21)如如图8，滑，滑块a、b的的质量量均均为m，a套在固定套在固定竖直杆上，与光滑水平地面相距直杆上，与光滑水平地面相距
21、h，b放在地放在地面上，面上，a、b通通过铰链用用刚性性轻杆杆连接，由静止开始运接，由静止开始运动，不，不计摩擦，摩擦，a、b可可视为质点，重力加速度大小点，重力加速度大小为g。则()图图8由由a的的受受力力图图可可知知，a下下落落过过程程中中，杆杆对对a的的作作用用效效果果为为先先推推后后拉拉，其其加加速速度度大大小小先先小小于于g后后大大于于g，选选项项C错错误误；当当a落落地地前前杆杆对对a的的推推力力减减为为零零的的时时刻刻杆杆对对b的的作作用用力力也也为为零零，此此时时b的的加加速速度度为为零零，b的的机机械械能能最最大大，a的的机机械械能能最最小小，这这时时b受受重重力力、支支持持
22、力力，且且FNbmg，由由牛牛顿顿第第三三定定律律可可知知，b对对地地面面的的压压力力大大小小为为mg，选选项项D正正确。确。答案答案BD方法提炼方法提炼1.多物体机械能守恒问题的分析方法：多物体机械能守恒问题的分析方法：(1)对对多多个个物物体体组组成成的的系系统统要要注注意意判判断断物物体体运运动动过过程程中中，系系统统的机械能是否守恒。的机械能是否守恒。(2)注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系。注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系。(3)列机械能守恒方程时，一般选用列机械能守恒方程时，一般选用EkEp的形式。的形式。2.多物体机械能守恒问题的三点注意：多物体
23、机械能守恒问题的三点注意：(1)正确选取研究对象。正确选取研究对象。(2)合理选取物理过程。合理选取物理过程。(3)正确选取机械能守恒定律常用的表达形式列式求解。正确选取机械能守恒定律常用的表达形式列式求解。图图9(1)小球小球P的速度大小；的速度大小；(2)在此在此过程中小球程中小球P机械能的机械能的变化量。化量。1.将将质量量为100 kg的的物物体体从从地地面面提提升升到到10 m高高处，在在这个个过程程中中，下列下列说法中正确的是法中正确的是(取取g10 m/s2)()A.重力做正功，重力重力做正功，重力势能增加能增加1.0104 JB.重力做正功，重力重力做正功，重力势能减少能减少1
24、.0104 JC.重力做重力做负功，重力功，重力势能增加能增加1.0104 JD.重力做重力做负功，重力功，重力势能减少能减少1.0104 J解解析析WGmgh1.0104 J，EpWG1.0104 J，C项正确。项正确。答案答案C2.(多多选选)如如图10所所示示，质量量均均为m的的小小球球从从倾角角分分别为1、2、3高高度度相相同同的的光光滑滑斜斜面面顶端端由由静静止止开开始始下下滑滑，若若已已知知123，则当它当它们到达斜面底端到达斜面底端时，以下分析中正确的是，以下分析中正确的是()图图10A.整个整个过程中重力所做的功相同程中重力所做的功相同B.小球的速度相同小球的速度相同C.小球的
25、机械能相同小球的机械能相同D.小球重力做功的瞬小球重力做功的瞬时功率相同功率相同解解析析小小球球从从开开始始下下滑滑到到滑滑至至斜斜面面底底端端的的整整个个过过程程中中，重重力力做做功功均均为为Wmgh，所所以以A正正确确；小小球球到到达达斜斜面面底底端端时时，小小球球速速度度大大小小相相等等，方方向向不不同同，在在竖竖直直方方向向的的分分速速度度不不同同，小小球球重重力力做做功功的的瞬瞬时时功功率率Pmgvy不不同同，所所以以B、D错错误误；根根据据机机械械能能守守恒恒定律可知小球的机械能相同，定律可知小球的机械能相同，C正确。正确。答案答案AC3.(2014新新课课标标全全国国卷卷，15)
26、取取水水平平地地面面为重重力力势能能零零点点。一一物物块从从某某一一高高度度水水平平抛抛出出，在在抛抛出出点点其其动能能与与重重力力势能能恰恰好好相相等等。不不计空空气气阻阻力力。该物物块落落地地时的的速速度度方方向向与与水水平平方方向向的的夹角角为()B4.(2015天天津津理理综综，5)如如图11所所示示，固固定定的的竖直直光光滑滑长杆杆上上套套有有质量量为m的的小小圆环，圆环与与水水平平状状态的的轻质弹簧簧一一端端连接接，弹簧簧的的另另一一端端连接接在在墙上上，且且处于于原原长状状态。现让圆环由由静静止止开开始始下下滑滑，已已知知弹簧簧原原长为L，圆环下下滑滑到到最最大大距距离离时弹簧簧
27、的的长度度变为2L(未超未超过弹性限度性限度)，则在在圆环下滑到最大距离的下滑到最大距离的过程中程中()图图11答案答案B5.甲甲、乙乙两两物物体体用用细线相相连，跨跨过两两光光滑滑滑滑轮按按如如图12所所示示方方式式连接接，滑滑轮上上方方放放置置一一竖直直的的光光滑滑半半圆形形轨道道，甲甲物物体体与与地地面面接接触触，乙乙物物体体紧挨挨滑滑轮位位置置，两两滑滑轮到到地地面面距距离离与与半半圆轨道道直直径径相相等等，且且与与圆心心在在同同一一水水平平线上上。若若两两滑滑轮与与甲甲、乙乙物物体体均均视为质点点，且且两两滑滑轮之之间距距离离可可视为与与半半圆轨道道直直径径相相等等，现将将乙乙由由静静止止开开始始释放放，甲甲物物体体向向上上运运动到到圆弧弧轨道道后后，恰恰好好能能沿半沿半圆轨道做道做圆周运周运动，则甲、乙两物体甲、乙两物体质量之比量之比为()图图12A.17 B.16 C.15 D.14答案答案A小结巧记小结巧记3概念概念重力势能、弹性势能、机械能重力势能、弹性势能、机械能2个关系个关系重力做功与重力势能变化的关系重力做功与重力势能变化的关系 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1个定律个定律机械能守恒定律机械能守恒定律1个条件个条件机械能守恒的条件机械能守恒的条件3种表达式种表达式守恒式守恒式E1E2、转化式化式EkEp、转移式移式EAEB
