《【步步高】2020年高考物理大一輪 第五章 第3課時 機(jī)械能守恒定律 新人教版必修2（通用）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《【步步高】2020年高考物理大一輪 第五章 第3課時 機(jī)械能守恒定律 新人教版必修2（通用）（17頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第3課時機(jī)械能守恒定律 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.掌握機(jī)械能守恒的條件，會判斷物體機(jī)械能是否守恒.2.掌握機(jī)械能守恒定律的三種表達(dá)式，理解其物理意義，能在解決問題時合理選用一、重力勢能與彈性勢能基礎(chǔ)導(dǎo)引1如圖1所示，質(zhì)量為m的足球在地面1的位置被踢出后落到地面3的位置，在空中達(dá)到的最高點2的高度為h.圖1(1)足球由位置1運動到位置2時，重力所做的功是多少？足球克服重力所做的功是多少？足球的重力勢能增加了多少？(2)足球由位置2運動到位置3時，重力所做的功是多少？足球重力勢能減少了多少？2如圖2所示，質(zhì)量m0.5 kg的小球，從桌面以上高h(yuǎn)11.2 m的A點下落到地面上的B點，桌面高h(yuǎn)20.8 m在表格的
2、空白處按要求填入數(shù)據(jù)圖2所選擇的參考平面小球在A點的重力勢能小球在B點的重力勢能整個下落過程中小球重力做的功整個下落過程中小球重力勢能的變化桌面地面知識梳理1重力勢能(1)重力做功的特點重力做功與_無關(guān)，只與初末位置的_有關(guān)重力做功不引起物體_的變化(2)重力勢能概念：物體由于_而具有的能表達(dá)式：Ep_.矢標(biāo)性：重力勢能是_，正負(fù)表示其_(3)重力做功與重力勢能變化的關(guān)系定性關(guān)系：重力對物體做正功，重力勢能就_；重力對物體做負(fù)功，重力勢能就_定量關(guān)系：重力對物體做的功_物體重力勢能的減少量即WG(Ep2Ep1)_.2彈性勢能(1)概念：物體由于發(fā)生_而具有的能(2)大?。簭椈傻膹椥詣菽艿拇笮∨c
3、形變量及勁度系數(shù)有關(guān)，彈簧的形變量_，勁度系數(shù)_，彈簧的彈性勢能越大(3)彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系類似于重力做功與重力勢能變化的關(guān)系，用公式表示：W_.二、機(jī)械能及其守恒定律基礎(chǔ)導(dǎo)引圖31如圖3所示，質(zhì)量為m的小球從光滑曲面上滑下，當(dāng)它到達(dá)高度為h1的位置A時，速度大小為v1；當(dāng)它繼續(xù)滑下到高度為h2的位置B時，速度大小為v2.(1)根據(jù)動能定理列出方程，描述小球在A、B兩點間動能的關(guān)系；(2)根據(jù)重力做功與重力勢能的關(guān)系，把以上方程變形，以反映出小球運動過程中機(jī)械能是守恒的2神舟五號飛船從發(fā)射至返回的過程中，哪些階段返回艙的機(jī)械能是守恒的 ()A飛船升空的階段B飛船在橢圓軌道上繞地球運行
4、的階段C飛船在空中減速后，返回艙與軌道艙分離，然后在大氣層以外向著地球做無動力飛行D進(jìn)入大氣層并運動一段時間后，降落傘張開，返回艙下降知識梳理1機(jī)械能_和_統(tǒng)稱為機(jī)械能，即E_，其中勢能包括_和_2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)，動能與勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能_(2)表達(dá)式：Ek1Ep1_.(要選零勢能參考平面)Ek_.(不用選零勢能參考平面)EA增_.(不用選零勢能參考平面)：物體所受合外力為零，物體的機(jī)械能一定守恒嗎？舉例說明.考點一機(jī)械能守恒的判斷考點解讀1機(jī)械能守恒的條件：只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功可以從以下兩個方面理解：(1)只受重力作用，例如在不考慮空氣阻
5、力的情況下的各種拋體運動，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、曲面的支持力的作用，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)當(dāng)研究對象(除地球外)只有一個物體時，一般根據(jù)是否“只有重力(或彈簧彈力)做功”來判定機(jī)械能守恒(2)當(dāng)研究對象(除地球外)由多個物體組成時，往往根據(jù)是否“沒有介質(zhì)阻力和摩擦力”來判定機(jī)械能守恒(3)注意以下幾點：“只有重力(或彈簧彈力)做功”不等于“只受重力(或彈簧彈力)作用”；勢能具有相對性，一般以解決問題簡便為原則選取零勢能面；與繩子突然繃緊、物體間碰撞等相關(guān)的問題，除題中說明無能量損失或彈
6、性碰撞外，機(jī)械能一定不守恒典例剖析例1木塊靜止掛在繩子下端，一子彈以水平速度射入木塊并留在其中，再與木塊一起共同擺到一定高度如圖4所示，從子彈開始射入到共同上擺到最大高度的過程中，下列說法正確的是 ()圖4A子彈的機(jī)械能守恒B木塊的機(jī)械能守恒C子彈和木塊的總機(jī)械能守恒D以上說法都不對淘汰排除法解答選擇題有一部分選擇題，其選項不易從正面判斷其正確，但易舉反例或從反面判定其不正確，此時應(yīng)用淘汰排除法進(jìn)行解答，此類選擇題多涉及對某個概念或規(guī)律的各個側(cè)面的掌握情況的考查針對本題，只要正確理解機(jī)械能守恒的條件，就能很快排除A、B、C選項，從而確定正確選項為D.跟蹤訓(xùn)練1如圖5所示，圖5一輕彈簧左端固定在
7、長木板M的左端，右端與木塊m連接，且m 與M及M與地面間光滑開始時，m與M均靜止，現(xiàn)同時對m、 M施加等大反向的水平恒力F1和F2.在兩物體開始運動以后的整個運動過程中，對m、M和彈簧組成的系統(tǒng)(整個過程彈簧形變不超過其彈性限度)，下列說法正確的是 ()A由于F1、F2等大反向，故系統(tǒng)機(jī)械能守恒B由于F1、F2分別對m、M做正功，故系統(tǒng)的動能不斷增加C由于F1、F2分別對m、M做正功，故系統(tǒng)的機(jī)械能不斷增加D當(dāng)彈簧彈力大小與F1、F2大小相等時，m、M的動能最大考點二機(jī)械能守恒定律的幾種表達(dá)形式考點解讀1守恒觀點(1)表達(dá)式：Ek1Ep1Ek2Ep2或E1E2.(2)意義：系統(tǒng)初狀態(tài)的機(jī)械能等
8、于末狀態(tài)的機(jī)械能(3)注意問題：要先選取零勢能參考平面，并且在整個過程中必須選取同一個零勢能參考平面2轉(zhuǎn)化觀點(1)表達(dá)式：EkEp.(2)意義：系統(tǒng)(或物體)的機(jī)械能守恒時，系統(tǒng)增加(或減少)的動能等于系統(tǒng)減少(或增加)的勢能(3)注意問題：要明確勢能的增加量或減少量，即勢能的變化，可以不選取零勢能參考平面3轉(zhuǎn)移觀點(1)表達(dá)式：EA增EB減(2)意義：若系統(tǒng)由A、B兩部分組成，當(dāng)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒時，則A部分物體機(jī)械能的增加量等于B部分物體機(jī)械能的減少量(3)注意問題：A部分機(jī)械能的增加量等于A末狀態(tài)的機(jī)械能減初狀態(tài)的機(jī)械能，而B部分機(jī)械能的減少量等于B初狀態(tài)的機(jī)械能減末狀態(tài)的機(jī)械能典例剖析
9、圖6例2 如圖6所示，一輕桿可繞O點的水平軸無摩擦地轉(zhuǎn)動，桿兩端各固定一個小球，球心到O軸的距離分別 為r1和r2，球的質(zhì)量分別為m1和m2，且m1m2，r1r2，將桿由水平位置從靜止開始釋放，不考慮空氣阻力，求小球m1擺到最低點時的速度是多少？方法突破應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的基本思路(1)選取研究對象物體或系統(tǒng)；(2)根據(jù)研究對象所經(jīng)歷的物理過程，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，確定研究對象在過程初、末狀態(tài)時的機(jī)械能；(4)選取適當(dāng)?shù)臋C(jī)械能守恒定律的方程形式(Ek1Ep1Ek2Ep2、EkEp或EAEB)進(jìn)行求解圖7跟蹤訓(xùn)練2圖7是一個橫截面為半圓、半徑為R的光
10、滑柱面，一根不可伸長的細(xì)線兩端分別系物體A、B，且mA2mB，從圖示位置由 靜止開始釋放A物體，當(dāng)物體B到達(dá)半圓頂點時，求繩的張力對物 體B所做的功4.運用機(jī)械能守恒定律處理豎直平面內(nèi)的圓周運動模型圖8例3 如圖8所示是為了檢驗?zāi)撤N防護(hù)罩承受沖擊力的裝置，M是半徑為R1.0 m的固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓弧軌道，軌道上 端切線水平N為待檢驗的固定曲面，該曲面在豎直面內(nèi)的截面 為半徑r m的圓弧，圓弧下端切線水平且圓心恰好位于M軌道的上端點M的下端相切處放置豎直向上的彈簧槍，可發(fā)射速度不同的質(zhì)量為m0.01 kg的小鋼珠假設(shè)某次發(fā)射的鋼珠沿軌道恰好能經(jīng)過M的上端點，水平飛出后落到曲面N的某一點上，
11、取g10 m/s2.問：(1)發(fā)射該鋼珠前，彈簧的彈性勢能Ep多大？(2)鋼珠落到圓弧N上時的動能Ek多大？(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)建模感悟豎直平面內(nèi)的圓周運動問題能把牛頓第二定律與機(jī)械能守恒定律有機(jī)地結(jié)合起來，形成綜合性較強(qiáng)的力學(xué)題目，有利于考查學(xué)生的綜合分析能力及對物理過程的想象能力，是一種常見的力學(xué)壓軸題型圖9跟蹤訓(xùn)練3如圖9所示，ABC和DEF是在同一豎直平面內(nèi)的兩條光滑軌道，其中ABC的末端水平，DEF是半徑為r0.4 m 的半圓形軌道，其直徑DF沿豎直方向，C、D可看作重合的點現(xiàn)有一可視為質(zhì)點的小球從軌道ABC上距C點高為H的地方由靜止釋放(g取10 m/s2)(1)若要使小球經(jīng)C
12、處水平進(jìn)入軌道DEF且能沿軌道運動，H至少要有多高？(2)若小球靜止釋放處離C點的高度h小于(1)中H的最小值，小球可擊中與圓心等高的E點，求h.A組機(jī)械能守恒的判斷分析圖101. 如圖10所示，在兩個質(zhì)量分別為m、2m的小球a和b之間，用一根長為L的輕桿連接(桿的質(zhì)量可不計)，兩小球可繞著輕桿中 心O的水平軸無摩擦轉(zhuǎn)動現(xiàn)讓輕桿處于水平位置，然后無初速度釋放，重球b向下運動，輕球a向上運動，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，在桿轉(zhuǎn)至豎直的過程中 ()Ab球的重力勢能減小，動能增大Ba球的重力勢能增大，動能減小Ca球和b球的總機(jī)械能守恒Da球和b球的總機(jī)械能不守恒2. 一個輕質(zhì)彈簧，固定于天花板的O點處，原長為L，如圖
13、11所示一個質(zhì)量為m的物塊從A點豎直向上拋出，以速度v與彈簧在B點相接觸，然后向上壓縮彈簧，到C點時物塊速度為零，在此過程中()A由A到C的過程中，物塊的機(jī)械能守恒圖11B由A到B的過程中，物塊的動能和重力勢能之和不變C由B到C的過程中，彈性勢能的變化量與克服彈力做的功相等D由A到C的過程中，重力勢能的減少量等于彈性勢能的增加量B組豎直平面內(nèi)圓周運動與機(jī)械能守恒定律的結(jié)合問題圖123為了研究過山車的原理，物理興趣小組提出了下列設(shè)想：如 圖12所示，取一個與水平方向夾角為30，長L0.8 m的傾斜軌道AB，通過水平軌道BC與豎直圓軌道相連，出口為水平軌道DE，整個軌道都是光滑的其中AB與BC軌道
14、以微小圓弧相接，豎直圓軌道的半徑R0.6 m現(xiàn)使一個質(zhì)量m0.1 kg的小物塊從A點開始以初速度v0沿傾斜軌道滑下，g取10 m/s2.問：(1)若v05.0 m/s，則小物塊到達(dá)B點時的速度為多大？(2)若v05.0 m/s，小物塊到達(dá)豎直圓軌道的最高點時對軌道的壓力為多大？(3)為了使小物塊在豎直圓軌道上運動時能夠不脫離軌道，v0大小應(yīng)滿足什么條件？C組兩體系統(tǒng)機(jī)械能守恒問題4. 如圖13所示，在長為L的輕桿中點A和端點B各固定一質(zhì)量為m的球，桿可繞無摩擦的軸O轉(zhuǎn)動，使桿從水平位置無初速度釋放 擺下求當(dāng)桿轉(zhuǎn)到豎直位置時，輕桿對A、B兩球分別做了多少功？課時規(guī)范訓(xùn)練(限時：60分鐘)一、選擇
15、題1以下說法中哪些是正確的 ()A物體做勻速運動，它的機(jī)械能一定守恒B物體所受合力的功為零，它的機(jī)械能一定守恒C物體所受合力不等于零，它的機(jī)械能可能守恒D物體所受合力等于零，它的機(jī)械能一定守恒2一個人站在陽臺上，以相同的速率v0分別把三個球豎直向上拋出、豎直向下拋出、水平拋出，不計空氣阻力，則三球落地時的速率 ()A上拋球最大 B下拋球最大C平拋球最大 D三球一樣大圖13如圖1所示，一根跨過光滑定滑輪的輕繩，兩端各有一雜技演員(可視為質(zhì)點)a站在地面上，b從圖示的位置由靜止開始向下擺動， 運動過程中繩始終處于伸直狀態(tài)當(dāng)演員b擺至最低點時，a剛好對地面無壓力，則演員a的質(zhì)量與演員b的質(zhì)量之比為
16、()A11 B21 C31 D41圖24如圖2所示，兩光滑斜面的傾角分別為30和45、質(zhì)量分別為2m和m的兩個滑塊用不可伸長的輕繩通過滑輪連接(不計滑輪的質(zhì)量和摩擦)，分別置于兩個斜面上并由靜止釋放；若交換兩滑塊位置，再由靜止釋放，則在上述兩種情形中正確的有()A質(zhì)量為2m的滑塊受到重力、繩的張力、沿斜面的下滑力和斜面的支持力的作用B質(zhì)量為m的滑塊均沿斜面向上運動C繩對質(zhì)量為m的滑塊的拉力均大于該滑塊對繩的拉力D在運動過程中系統(tǒng)機(jī)械能均守恒5如圖3所示，細(xì)繩跨過定滑輪懸掛兩物體M和m，且Mm，不計摩擦，系統(tǒng)由靜止開始運動的過程中 ()AM、m各自的機(jī)械能分別守恒圖3BM減少的機(jī)械能等于m增加的
17、機(jī)械能CM減少的重力勢能等于m增加的重力勢能DM和m組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒圖46如圖4所示，斜直軌道與半徑為R的半圓軌道平滑連接，點A與半圓軌道最高點C等高，B為軌道最低點現(xiàn)讓小滑塊(可視為質(zhì)點)從A點開始以速度v0沿斜面向下運動，不計一切摩擦，關(guān)于滑塊運動情況的分析，正確的是 ()A若v00，小滑塊一定能通過C點，且離開C點后做自由落體運動B若v00，小滑塊恰能通過C點，且離開C點后做平拋運動C若v0，小滑塊能到達(dá)C點，且離開C點后做自由落體運動D若v0，小滑塊能到達(dá)C點，且離開C點后做平拋運動圖57(2020安徽14)伽利略曾設(shè)計如圖5所示的一個實驗，將擺球拉至M點放開，擺球會達(dá)到同一水平高
18、度上的N點，如果在E或F處釘上釘子，擺球?qū)⒀夭煌膱A弧達(dá)到同一高度的對應(yīng)點；反過來，如果讓擺球從這些點下落，它同樣會達(dá)到原水平高度上的M點這個實驗可以說明，物體由靜止開始沿不同傾角的光滑斜面(或弧線)下滑時，其末速度的大小 ()A只與斜面的傾角有關(guān)B只與斜面的長度有關(guān)C只與下滑的高度有關(guān)D只與物體的質(zhì)量有關(guān)8如圖6所示，一很長的、不可伸長的柔軟輕繩跨過光滑定滑輪，繩兩端各系一小球a和b.a球質(zhì)量為m，靜置于地面；b球質(zhì)量為3m，用手托住，高度為h，此時輕繩剛好拉緊從靜止開始釋放b后，a可能達(dá)到的最大高度為 ()圖6Ah B1.5hC2h D2.5h圖79如圖7所示，一根不可伸長的輕繩兩端分別系
19、著小球A和物塊B，跨過固定于斜面體頂端的小滑輪O，傾角為30的斜面體置于水平地面上A的質(zhì)量為m，B的質(zhì)量為4m.開始時，用手托住A，使OA段繩恰處于水平伸直狀態(tài)(繩中無拉力)，OB繩平行于斜面，此時B靜止不動將A由靜止釋放，在其下擺過程中，斜面體始終保持靜止，下列判斷中正確的是 ()A物塊B受到的摩擦力先減小后增大B地面對斜面體的摩擦力方向一直向右C小球A的機(jī)械能守恒D小球A的機(jī)械能不守恒，A、B系統(tǒng)的機(jī)械能守恒10.如圖8所示，跳水運動員最后踏板的過程可以簡化為下述模型：運動員從高處落到處于自然狀態(tài)的跳板(A位置)上，隨跳板一同向下運動到最低點(B位置)，對于運動員從開始與跳板接觸到運動至最
20、低點的過程中，下列說法正確的是 ()A運動員到達(dá)最低點時，其所受外力的合力為零B在這個過程中，運動員的動能一直在減小C在這個過程中，跳板的彈性勢能一直在增加圖8D在這個過程中，運動員所受重力對他做的功小于跳板的 作用力對他做的功圖911如圖9所示，豎直環(huán)A半徑為r，固定在木板B上，木板B放在水平地面上，B的左右兩側(cè)各有一擋板固定在地上，B不能左右運動，在環(huán)的最低點靜放有一小球C，A、B、C的質(zhì)量均為m.現(xiàn)給小球一水平向右的瞬時速度v，小球會在環(huán)內(nèi)側(cè)做圓周運動，為保證小球能通過環(huán)的最高點，且不會使環(huán)在豎直方向上跳起(不計小球與環(huán)的摩擦阻力)，瞬時速度必須滿足 ()A最小值 B最大值C最小值 D最
21、大值二、非選擇題圖1012如圖10所示，位于豎直平面內(nèi)的光滑軌道，由一段斜的直軌道和與之相切的圓形軌道連接而成，圓形軌道的半徑為R.一質(zhì)量為m的小物塊從斜軌道上某處由靜止開始下滑，然后沿圓形軌道運動要求物塊能通過圓形軌道最高點，且在該最高點與軌道間的壓力不能超過5mg(g為重力加速度)求物塊初始位置相對于圓形軌道底部的高度h的取值范圍圖1113如圖11所示，光滑固定的豎直桿上套有一個質(zhì)量m0.4 kg的小物塊A，不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩通過固定在墻壁上大小可忽略的定 滑輪D連接小物塊A和小物塊B.虛線CD水平，間距d1.2 m，此時連接小物塊A的細(xì)繩與豎直桿的夾角為37，小物塊A恰能保持靜止現(xiàn)在在小
22、物塊B的下端掛一個小物塊Q(未畫出)，小物塊A可從圖示位置上升并恰好能到達(dá)C處不計摩擦和空氣阻力，cos 370.8、sin 370.6，重力加速度g取10 m/s2.求：(1)小物塊A到達(dá)C處時的加速度大?。?2)小物塊B的質(zhì)量；(3)小物塊Q的質(zhì)量復(fù)習(xí)講義基礎(chǔ)再現(xiàn)一、基礎(chǔ)導(dǎo)引1.見解析解析(1)足球由位置1運動到位置2時，重力所做的功為mgh，足球克服重力所做的功為mgh，足球的重力勢能增加了mgh.(2)足球由位置2運動到位置3時，重力所做的功為mgh，足球的重力勢能減少了mgh.2桌面：5.88 J3.92 J9.8 J9.8 J地面：9.8 J0 J9.8 J9.8 J知識梳理1.(
23、1)路徑高度差機(jī)械能(2)被舉高mgh標(biāo)量大小(3)減少增加等于Ep2(1)彈性形變(2)越大越大(3)Ep二、基礎(chǔ)導(dǎo)引1.見解析解析(1)小球下滑的過程中，曲面的支持力與速度方向始終垂直，不做功整個過程只有重力做功，根據(jù)動能定理W合mvmv，得mg(h1h2)mvmv 上式表明，小球動能的增加等于重力勢能的減小(2)小球在從A點下落至B點的過程中，由重力做功與重力勢能的關(guān)系得mgh1mgh2mvmv將以上方程變形，得mgh1mvmgh2mv等式左邊表示物體在A點時的機(jī)械能，等式右邊表示物體在B點時的機(jī)械能由上式可以看出，小球從A點運動到B點的過程中，機(jī)械能守恒2BC知識梳理1.動能勢能EpEk彈性勢能重力勢能2.(1)重力或彈力保持不變(2)Ek2Ep2EpEB減思考：不一定如用豎直向上的力向上勻速拉動物體，物體的動能不變，而物體的重力勢能增加，所以機(jī)械能增加課堂探究例1D跟蹤訓(xùn)練1D例2r1 跟蹤訓(xùn)練2mBgR例3(1)1.5101 J(2)8.0102 J跟蹤訓(xùn)練3(1)0.2 m(2)0.1 m分組訓(xùn)練1AC2.BC3(1) m/s(2)0.5 N(3)v0 m/s或v02 m/s40.2mgL0.2mgL課時規(guī)范訓(xùn)練1C2D3B4BD5BD6D7C8B9ABC10CD11CD12.Rh5R13(1)10 m/s2(2)0.5 kg(3)0.3 kg
【步步高】2020年高考物理大一輪 第五章 第3課時 機(jī)械能守恒定律 新人教版必修2（通用）
