南方新高考高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題五 第3講 機械能守恒定律及其應(yīng)用課件 新人教版

第3講機械能守恒定律及其應(yīng)用一、重力勢能1.概念：物體由于在高處而所具有的能量.2.表達式：Ep_.mgh3.矢標性：重力勢能是標量，但有正負，跟零勢面的選取有關(guān).4.重力勢能的特點：物體地球路徑高度差(1)系統(tǒng)性：重力勢能是_和_所共有的.(2)相對性：重力勢能的大小與參考平面的選取有關(guān)，但重力勢能的變化與參考平面的選取無關(guān).5.重力做功特點：重力做功與_無關(guān)，只與始、末位置的_有關(guān).Ep6.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系：WG_.【基礎(chǔ)檢測】1.(多選)下列關(guān)于重力勢能的說法，正確的是()A.重力勢能是地球和物體共同具有的，而不是物體單獨具有的B.重力勢能的大小是相對的C.重力勢能等于零的物體，不可能對別的物體做功D.在地面上的物體，它具有的重力勢能一定等于零答案：AB二、彈性勢能1.概念：發(fā)生_的物體(各部分)之間，由于有彈力的相互作用，而具有的勢能.彈性形變勁度系數(shù)2.大?。号c形變量及_有關(guān).3.彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系：(1)彈力做正功，彈性勢能_；彈力做負功，彈性勢能_.減少增加三、機械能守恒定律重力或彈力轉(zhuǎn)化不變1.內(nèi)容：在只有_做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能可以互相_，而總的機械能保持_.2.機械能守恒的條件：只有_或_做功.3.機械能守恒定律的表達式：重力彈力觀點表達式守恒觀點E1E2，Ek1Ep1Ek2Ep2轉(zhuǎn)化觀點EkEp轉(zhuǎn)移觀點EAEB【基礎(chǔ)檢測】2.如圖 5-3-1 所示，用輕彈簧相連的物塊 A 和 B 放在光滑的水平面上，物塊 A 緊靠豎直墻壁，一顆子彈沿水平方向射入物塊 B 后留在其中，由子彈、彈簧和 A、B 所組成的系統(tǒng)在下列圖 5-3-1A.子彈射入物塊 B 的過程B.物塊 B 帶著子彈向左運動，直到彈簧壓縮量最大的過程C.彈簧推著帶子彈的物塊 B 向右運動，直到彈簧恢復(fù)原長的過程D.帶著子彈的物塊 B 因慣性繼續(xù)向右運動，直到彈簧伸長量達到最大的過程答案：A3.(2014 年新課標卷)取水平地面為重力勢能零點.一物塊從某一高度水平拋出，在拋出點其動能與重力勢能恰好相等.不計空氣阻力. 該物塊落地時的速度方向與水平方向的夾角為()答案：B考點1機械能守恒的條件及判斷方法重點歸納1.守恒條件只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功.可以從兩個方面理解：(1)只受重力作用.例如在不考慮空氣阻力的情況下的各種拋體運動，物體的機械能守恒.(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，受重力和曲面的支持力作用，但曲面的支持力不做功，物體的機械能守恒.2.判斷方法(1)利用機械能的定義判斷(直接判斷)：若物體動能、勢能之和不變，機械能守恒.(2)利用守恒條件判斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或內(nèi)力的彈力)做功，則機械能守恒.(3)用能量轉(zhuǎn)化來判斷：若物體或系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機械能守恒.典例剖析例 1：一蹦極運動員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺下落，到最低點時距水面還有數(shù)米距離.假定空氣阻力可忽略，運A.運動員到達最低點前重力勢能始終減小B.蹦極繩張緊后的下落過程中，彈性力做負功，彈性勢能增加C.蹦極過程中，運動員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機械能守恒D.蹦極過程中，重力勢能的改變與重力勢能零點的選取有關(guān)思維點撥：在判斷機械能是否守恒時，要嚴格把握守恒條件，注意重力勢能和彈性勢能的系統(tǒng)性.解析：運動員到達最低點過程中，重力始終做正功，所以重力勢能始終減少，A 項正確.蹦極繩張緊后的下落過程中，彈性力做負功，彈性勢能增加，B 項正確.蹦極過程中，運動員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)，只有重力和彈力做功，所以機械能守恒，C 項正確.重力勢能的改變與重力勢能零點的選取無關(guān)，D 項錯誤.答案：D備考策略：要熟練掌握機械能是否守恒的判斷方法，這樣才能正確運用機械能守恒定律解題.【考點練透】1.(2014 年新課標卷)如圖 5-3-2 所示，一質(zhì)量為 M 的光滑大圓環(huán)，用一細輕桿固定在豎直平面內(nèi)；套在大環(huán)上質(zhì)量為m 的小環(huán)(可視為質(zhì)點)，從大環(huán)的最高處由靜止滑下.重力加速度大小為 g.當(dāng)小環(huán)滑到大環(huán)的最低點時，大環(huán)對輕桿拉力的大小為()圖 5-3-2B.MgmgD.Mg10mgA.Mg5mgC.Mg5mg答案：C2.如圖 5-3-3 所示，斜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.斜劈對小球的彈力不做功B.斜劈與小球組成的系統(tǒng)機械能守恒C.斜劈的機械能守恒D.小球重力勢能減小量等于斜劈動能的圖 5-3-3增加量答案：B考點2機械能守恒定律的應(yīng)用重點歸納用機械能守恒定律解題的基本思路圖 5-3-4 典例剖析圖 5-3-5(1)小球被拋出時的速度 v0.(2)小球到達半圓軌道最低點 B 時，對軌道的壓力大小.(3)小球從 C 到 D 過程中克服摩擦力做的功 W.思維點撥：(1)小球到達A 點的速度沿A 點的切線方向，與DC 斜面平行.(2)小球由A 點運動到B 點的過程中機械能守恒.(3)小球在斜面CD 上克服摩擦力做的功對應(yīng)小球損失的機械能.解：(1)小球到達A 點時，速度與水平方向的夾角為，如圖 5-3-6 所示.圖 5-3-6設(shè)豎直方向的速度為vy，則有【考點練透】3.(2015 年北京朝陽區(qū)二模)如圖 5-3-7 所示，輕桿長為 L和端點 B 各固定一質(zhì)量均為 m1 kg 的小球，使桿從水平位置無初速釋放擺下.求當(dāng)桿轉(zhuǎn)到豎直位置時，(1)B 球的速度.(2)在此過程中輕桿對 A 球所做的功(g10 m/s2).圖 5-3-7解：(1)在轉(zhuǎn)動過程中，A、B 兩球的角速度相同，設(shè)A 球的速度為vA，B球的速度為vB，則有由 A、B 和桿組成的系統(tǒng)機械能守恒，由機械能守恒定律，并選最低點所在平面為零勢能參考平面，在轉(zhuǎn)動過程中有聯(lián)立兩式結(jié)合可以求出4.(2015 年天津南開中學(xué)模擬)如圖5-3-8 所示，壓力傳感器能測量物體對其正壓力的大小，現(xiàn)將質(zhì)量分別為 M、m 的物塊和小球通過輕繩固定，并跨過兩個水平固定的定滑輪(滑輪光滑且較小)，當(dāng)小球在豎直面內(nèi)左右擺動且高度相等時，物塊始終沒有離開水平放置的傳感器.已知小球擺動偏離豎直方向的最大角度為，滑輪 O 到小球間輕繩長度為 l，重力加速度為 g，求：(1)小球擺到最低點速度大小.圖 5-3-8解：(1)小球下擺過程中只有重力做功，小球的機械能守恒，由機械能守恒定律得：(2)小球在最低點時，壓力傳感器的示數(shù)為 0，則輕繩的拉力大小 FMg對小球在最低點應(yīng)用牛頓第二定律得：易錯點系統(tǒng)機械能守恒的判斷例 3：(多選)如圖 5-3-9 所示，質(zhì)量分別為 m 和 2m 的兩個小球 A、B，中間用輕質(zhì)細桿相連，在桿的中點 O 處有一固定轉(zhuǎn)動軸，把桿置于水平位置后釋放，在 B 球順時針擺動到最低位置的過程中()圖 5-3-9A.B 球的重力勢能減少，動能增加，B 球和地球組成的系統(tǒng)機械能守恒B.A 球的重力勢能增加，動能也增加，A 球和地球組成的系統(tǒng)機械能不守恒C.A 球、B 球和地球組成的系統(tǒng)機械能守恒D.A 球、B 球和地球組成的系統(tǒng)機械能不守恒正解分析：B 球從水平位置下擺到最低位置的過程中，受到重力和桿的作用力，桿的作用力方向待定，下擺過程中重力勢能減少，動能增加，但機械能是否守恒不確定.A 球在 B 球下擺過程中，重力勢能增加，動能增加，機械能增加.由于 A、B系統(tǒng)只有重力做功，系統(tǒng)機械能守恒，A 球機械能增加，B 球機械能一定減少.所以 B、C 選項正確.答案：BC指點迷津：(1)對于相互作用的整體，在進行能量轉(zhuǎn)化時，單獨一個物體機械能一般不守恒，但系統(tǒng)機械能守恒，可利用機械能守恒定律“轉(zhuǎn)移式”對系統(tǒng)列方程求解相關(guān)量.(2)對于繩索、鏈條、液體、長桿等這類研究對象，不能當(dāng)成質(zhì)點處理時，正確確定其重心位置是解決有關(guān)問題的關(guān)鍵，一般情況下需分段考慮系統(tǒng)各部分的重力勢能，對于參考平面的選取，以系統(tǒng)初、末狀態(tài)的重力勢能便于表達為宜.【觸類旁通】(多選，2015 年遼寧本溪聯(lián)考改編)如圖 5-3-10 所示，蹦床是青少年喜歡的一種體育活動，蹦床邊框用彈簧固定有彈性網(wǎng)角，運動員從最高點落下直至最低點的過程中，不計一切阻力，則下列說法正確的是()A.運動員的機械能守恒B.對運動員、蹦床和地球所組成的系統(tǒng)機械能守恒圖 5-3-10C.重力勢能的減少量等于彈性勢能的增加量D.重力做功等于運動員動能的增加答案：BC