高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展章末总结教学案 沪科版必修2

第4章 能量守恒与可持续发展章末总结一、机械能守恒定律的理解与应用应用机械能守恒定律解题，重在分析能量的变化，而不太关注物体运动过程的细节，这使问题的解决变得简便.1.守恒条件：只有重力或弹力做功，系统内只发生动能和势能之间的相互转化.2.表达式：(1)状态式Ek1Ep1Ek2Ep2，理解为物体(或系统)初状态的机械能与末状态的机械能相等.(2)变量式EkEp，表示动能与势能在相互转化的过程中，系统减少(或增加)的动能等于系统增加(或减少)的势能.EA增EB减，适用于系统，表示由A、B组成的系统，A部分机械能的增加量与B部分机械能的减少量相等.例1如图1所示，物体A质量为2m，物体B质量为m，通过轻绳跨过定滑轮相连.斜面光滑、足够长，且与水平面成30角，不计绳子和滑轮之间的摩擦.开始时A物体离地的高度为h，B物体位于斜面的底端，用手托住A物体，A、B两物体均静止.撤去手后，求：图1(1)A物体将要落地时的速度多大？(2)A物体落地后，B物体由于惯性将继续沿斜面上升，则B物体在斜面上的最远点离地的高度多大？答案(1)(2)h解析(1)由题知，物体A质量为2m，物体B质量为m，A、B两物体构成的整体(系统)只有重力做功，故整体的机械能守恒，得：mAghmBghsin (mAmB)v2将mA2m，mBm代入解得：v.(2)当A物体落地后，B物体由于惯性将继续上升，此时绳子松了，对B物体而言，只有重力做功，故B物体的机械能守恒，设其上升的最远点离地高度为H，根据机械能守恒定律得：mBv2mBg(Hhsin )整理得：Hh.二、功能关系的应用例2(多选)如图2所示，一质量为m可视为质点的小物体，在沿斜面向上的拉力F作用下，从长为L、高为h的粗糙固定斜面底端匀速运动到顶端，重力加速度为g.此过程中，物体的()图2A.重力势能增加了mghB.机械能保持不变C.机械能增加了mghD.机械能增加了FL答案AC解析重力做功Wmgh，则重力势能增加了mgh，选项A正确；物体匀速运动，动能不变，重力势能增加mgh，则机械能增加了mgh，选项B、D错误，C正确.三、动力学方法和能量观点的综合应用1.动力学方法：利用牛顿运动定律结合运动学规律求解力学问题.2.能量的观点：利用动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律以及功能关系求解力学问题.3.应用技巧涉及动力学方法和能量观点的综合题，应根据题目要求灵活选用公式和规律.(1)涉及力和运动的瞬时性分析或恒力作用下物体做匀变速直线运动的问题时，可用牛顿运动定律.(2)涉及多过程、变力作用下的问题，不要求知道过程的细节，用功能关系解题简便.(3)只涉及动能与势能的相互转化，单个物体或系统机械能守恒问题时，通常选用机械能守恒定律.(4)涉及多种形式能量转化的问题用能量守恒分析较简便.例3我国将于2022年举办冬奥会，跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一.如图3所示，质量m60 kg(包括雪具在内)的运动员从长直助滑道AB的A处由静止开始以加速度a3.6 m/s2匀加速滑下，到达助滑道末端B时速度vB24 m/s，A与B的竖直高度差H48 m，为了改变运动员的运动方向，在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道平滑衔接，其中最低点C处附近是一段以O为圆心的圆弧.助滑道末端B与滑道最低点C的高度差h5 m，运动员在B、C间运动时阻力做功W1 530 J，取g10 m/s2.图3(1)求运动员在AB段下滑时受到阻力f的大小；(2)若运动员能够承受的最大压力为其所受重力的6倍，则C点所在圆弧的半径R至少应为多大.答案(1)144 N(2)12.5 m解析(1)运动员在AB上做初速度为零的匀加速直线运动，设AB的长度为s，则有v2as由牛顿第二定律有mgfma联立式，代入数据解得f144 N(2)设运动员到达C点时的速度为vC，在由B到达C的过程中，由动能定理得mghWmvmv设运动员在C点所受的支持力为N，由牛顿第二定律有Nmgm由题意和牛顿第三定律知N6mg联立式，代入数据解得R12.5 m.针对训练如图4，质量为M的小车静止在光滑水平面上，小车AB段是半径为R的四分之一圆弧光滑轨道，BC段是长为L的水平粗糙轨道，两段轨道相切于B点.一质量为m的滑块在小车上从A点由静止开始沿轨道滑下，重力加速度为g.图4(1)若固定小车，求滑块运动过程中对小车的最大压力；(2)若不固定小车，滑块仍从A点由静止下滑，然后滑入BC轨道，最后从C点滑出小车.已知滑块质量m，在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍，滑块与轨道BC间的动摩擦因数为，求：滑块运动过程中，小车的最大速度大小vm；滑块从B到C运动过程中，小车的位移大小s.答案(1)3mg(2)L解析(1)滑块滑到B点时对小车压力最大，从A到B机械能守恒mgRmv滑块在B点处，由牛顿第二定律知Nmgm解得N3mg由牛顿第三定律知N3mg(2)滑块下滑到达B点时，小车速度最大.由机械能守恒mgRMvm(2vm)2，解得vm设滑块运动到C点时，小车速度大小为vC，由功能关系mgRmgLMvm(2vC)2设滑块从B到C过程中，小车运动