2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 機(jī)械能和能源 微型專題6 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用課件 教科版必修2.ppt

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1、微型專題6 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用,第四章 機(jī)械能和能源,[學(xué)習(xí)目標(biāo)],1.會(huì)判斷系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒問題. 2.能靈活應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的三種表達(dá)形式. 3.會(huì)分析多個(gè)物體組成系統(tǒng)的機(jī)械能守恒問題. 4.會(huì)分析鏈條類物體的機(jī)械能守恒問題.,內(nèi)容索引,,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),重點(diǎn)探究,,判斷系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，常根據(jù)能量轉(zhuǎn)化情況進(jìn)行判斷： 若只有系統(tǒng)內(nèi)物體間動(dòng)能和重力勢(shì)能及彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)跟外界沒有發(fā)生機(jī)械能的傳遞，機(jī)械能也沒有轉(zhuǎn)變成其他形式的能(如沒有內(nèi)能增加)，則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒.,一、多物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒的判斷,例1 (多選)如圖1所示，斜

2、劈劈尖頂著豎直墻壁靜止于水平面上，現(xiàn)將一小球從圖示位置靜止釋放，不計(jì)一切摩擦，則在小球從釋放到落至地面的過程中，下列說法正確的是 A.斜劈對(duì)小球的彈力不做功 B.斜劈與小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 C.斜劈的機(jī)械能守恒 D.小球機(jī)械能的減少量等于斜劈動(dòng)能的增加量,圖1,解析,答案,√,√,解析 小球有豎直方向的位移，所以斜劈對(duì)小球的彈力對(duì)球做負(fù)功，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤； 小球?qū)π迸膹椓?duì)斜劈做正功，所以斜劈的機(jī)械能增加，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤. 不計(jì)一切摩擦，小球下滑過程中，小球和斜劈組成的系統(tǒng)中只有動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故B、D選項(xiàng)正確.,,1.多個(gè)物體組成的系統(tǒng)，就單個(gè)物體而言，機(jī)械能一般不

3、守恒，但就系統(tǒng)而言機(jī)械能往往是守恒的. 2.關(guān)聯(lián)物體注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關(guān)系和位移關(guān)系. 3.機(jī)械能守恒定律表達(dá)式的選取技巧 (1)當(dāng)研究對(duì)象為單個(gè)物體時(shí)，可優(yōu)先考慮應(yīng)用表達(dá)式Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或ΔEk＝－ΔEp來求解. (2)當(dāng)研究對(duì)象為兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)時(shí)： ①若兩個(gè)物體的重力勢(shì)能都在減小(或增加)，動(dòng)能都在增加(或減小)，可優(yōu)先考慮應(yīng)用表達(dá)式ΔEk＝－ΔEp來求解. ②若A物體的機(jī)械能增加，B物體的機(jī)械能減少，可優(yōu)先考慮用表達(dá)式ΔEA＝－ΔEB來求解.,二、多物體組成的系統(tǒng)中機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用,例2 如圖2所示，斜面的傾角θ＝30，另一邊與地面垂直，高為H，

4、斜面頂點(diǎn)上有一定滑輪，物塊A和B的質(zhì)量分別為m1和m2，通過輕而柔軟的細(xì)繩連接并跨過定滑輪.開始時(shí)兩物塊都位于與地面距離為 的位置上，釋放兩物塊后，A沿斜面無摩擦地上滑，B沿斜面的豎直邊下落.若物塊A恰好能達(dá)到斜面的頂點(diǎn)，試求m1和m2的比值.滑輪的質(zhì)量、半徑和摩擦以及空氣阻力均可忽略不計(jì).,圖2,解析,答案,答案 1∶2,解析 設(shè)B剛下落到地面時(shí)速度為v，由系統(tǒng)機(jī)械能守恒得：,A以速度v上滑到頂點(diǎn)過程中機(jī)械能守恒，則：,機(jī)械能守恒定律的研究對(duì)象是幾個(gè)相互作用的物體組成的系統(tǒng)時(shí)，在應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化及能量的變化時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)下面三種情況： (1)系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)物體直接接觸或通

5、過彈簧連接.這類連接體問題應(yīng)注意各物體間不同能量形式的轉(zhuǎn)化關(guān)系. (2)系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)物體通過輕繩連接.如果和外界不存在摩擦力做功等問題時(shí)，只有機(jī)械能在兩物體之間相互轉(zhuǎn)移，兩物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.解決此類問題的關(guān)鍵是在繩的方向上兩物體速度大小相等. (3)系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)物體通過輕桿連接.輕桿連接的兩物體繞固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩物體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相等.,,鏈條類物體機(jī)械能守恒問題的分析關(guān)鍵是分析重心位置，進(jìn)而確定物體重力勢(shì)能的變化，解題要注意兩個(gè)問題：一是零勢(shì)能面的選??；二是鏈條的每一段重心的位置變化和重力勢(shì)能變化.,三、鏈條類物體的機(jī)械能守恒問題,例3 如圖4所示，有一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻金屬鏈條，一半長(zhǎng)度在

6、光滑斜面上，斜面傾角為θ，另一半長(zhǎng)度沿豎直方向下垂在空中，當(dāng)鏈條從靜止開始釋放后鏈條滑動(dòng)，求鏈條剛好全部滑出斜面時(shí)的速度是多大.,答案,解析,圖4,解析 釋放后的鏈條，豎直方向的一半向下運(yùn)動(dòng)，放在斜面上的一半向上運(yùn)動(dòng)，由于豎直部分越來越多，所以鏈條做的是變加速運(yùn)動(dòng)，不能用一般運(yùn)動(dòng)學(xué)公式去解.因?yàn)樾泵婀饣詸C(jī)械能守恒，鏈條得到的動(dòng)能應(yīng)是由勢(shì)能轉(zhuǎn)化的，重力勢(shì)能的變化可以用重心的位置確定. 設(shè)斜面最高點(diǎn)為零勢(shì)能點(diǎn)，鏈條總質(zhì)量為m，,當(dāng)鏈條剛好全部滑出斜面時(shí)，,由機(jī)械能守恒得E1＝E2，,,例4 如圖5所示，在豎直平面內(nèi)有一固定光滑軌道，其中AB是長(zhǎng)為R的水平直軌道，BCD是圓心為O、半徑為R的

7、圓弧軌道，兩軌道相切于B點(diǎn).在外力作用下，一小球從A點(diǎn)由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)撤去外力.已知小球剛好能沿圓弧軌道經(jīng)過最高點(diǎn)C，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣阻力.求： (1)小球在AB段運(yùn)動(dòng)的加速度的大小；,四、利用機(jī)械能守恒定律分析多過程問題,答案,解析,圖5,解析 小球在最高點(diǎn)C所受軌道的正壓力為零.設(shè)小球在C點(diǎn)的速度大小 為vC，根據(jù)牛頓第二定律有mg＝,(2)小球從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)所用的時(shí)間.,答案,解析,解析 設(shè)小球運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的速度大小為vD，下落到A點(diǎn)時(shí)的速度大小為v，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，小球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D 點(diǎn)的過程，有,設(shè)小球從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)所用的時(shí)間為t，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公

8、式有g(shù)t＝v－vD,機(jī)械能守恒定律多與其他知識(shí)相結(jié)合進(jìn)行綜合命題，一般為多過程問題，難度較大.解答此類題目時(shí)一定要注意機(jī)械能守恒的條件，分析在哪個(gè)過程中機(jī)械能守恒，然后列式求解，不能盲目應(yīng)用機(jī)械能守恒定律.,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.(系統(tǒng)機(jī)械能守恒的判斷)(多選)如圖6所示，A和B兩個(gè)小球固定在一根輕桿的兩端，mB>mA，此桿可繞穿過其中心的水平軸O無摩擦地轉(zhuǎn)動(dòng).現(xiàn)使輕桿從水平狀態(tài)無初速度釋放，發(fā)現(xiàn)桿繞O沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則桿從釋放起轉(zhuǎn)動(dòng)90的過程中(不計(jì)空氣阻力) A.B球的動(dòng)能增加，機(jī)械能增加 B.A球的重力勢(shì)能和動(dòng)能都增加 C.A球的重力勢(shì)能和動(dòng)能的增加量等于B球的重力勢(shì)能 的減少量 D.A球和

9、B球的總機(jī)械能守恒,√,答案,解析,圖6,√,1,2,3,解析 A球運(yùn)動(dòng)的速度增大，高度增大，所以動(dòng)能和重力勢(shì)能都增大，故A球的機(jī)械能增加.B球運(yùn)動(dòng)的速度增大，所以動(dòng)能增大，高度減小，所以重力勢(shì)能減小.對(duì)于兩球組成的系統(tǒng)，只有重力做功，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，因?yàn)锳球的機(jī)械能增加，故B球的機(jī)械能減少，故A球的重力勢(shì)能和動(dòng)能的增加量與B球的動(dòng)能的增加量之和等于B球的重力勢(shì)能的減少量，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確.,1,2,3,√,圖7,解析 雖然桿在下滑過程有轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生，但初始位置靜止，末狀態(tài)勻速平動(dòng)，整個(gè)過程無機(jī)械能損失，故有,答案,解析,1,2,3,3.(繩連物體機(jī)械能守恒問題)如圖8所示，一根很長(zhǎng)的、不可伸長(zhǎng)的柔軟輕繩跨過光滑輕質(zhì)定滑輪，輕繩兩端各系一小球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，離地面高度為h， 此時(shí)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(b球落地后不反彈，不計(jì)空氣阻力) A.h B.1.5h C.2h D.2.5h,答案,圖8,解析,√,1,2,3,1,2,3,