高考物理一轮复习 第六章 机械能及其守恒定律 16 机械能和机械能守恒定律课件.ppt

第16讲机械能和机械能守恒定律 3 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 重力势能1 重力做功的特点 重力做功与路径无关 只与初 末位置的有关 2 重力势能 1 概念 物体由于被而具有的能 2 表达式 3 矢标性 重力势能是量 正负表示其大小 这与功的正负的意义不同 4 相对性 物体位置的高度总是相对于某水平面来说的 因此 重力势能也总是相对于某一水平面来说的 选不同的参考平面 物体的重力势能的数值是不同的 5 系统性 重力势能是地球与物体所组成的这个物体系统所共有的 我们通常简单地说成 物体的重力势能 高度差 举高 ep mgh 标 4 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 3 重力做功与重力势能变化的关系 1 定性关系 重力对物体做正功 重力势能就 重力对物体做负功 重力势能就 2 定量关系 物体从位置a到位置b时 重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量 即wg ep2 ep1 ep1 ep2 ep 4 重力势能的变化量与参考平面的选取无关 减少 增加 5 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 1 一棵树上有一个质量为0 3kg的熟透了的苹果p 该苹果从树上a水平面先落到地面c水平面最后滚入沟底d水平面 a b c d e水平面之间竖直距离如图所示 以地面c水平面为零势能面 g取10m s2 则该苹果从a水平面落下到d水平面的过程中重力势能的减少量和在d水平面的重力势能分别是 a 15 6j和9jb 9j和 9jc 15 6j和 15 6jd 15 6j和 9j 解析 物体的重力势能与参考面有关 重力势能的变化量与参考面无关 计算知选项d正确 d 6 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 2 关于重力势能 下列说法正确的是 a 物体的位置一旦确定 它的重力势能的大小也随之确定b 物体与零势能面的距离越大 它的重力势能也越大c 一个物体的重力势能从 5j变化到 3j 重力势能减少了d 重力势能的变化量与零势能面的选取无关 d 解析 物体的重力势能与参考平面有关 同一物体在同一位置相对不同的参考平面的重力势能不同 选项a错误 物体在零势能面以上 距零势能面的距离越大 重力势能越大 物体在零势能面以下 距零势能面的距离越大 重力势能越小 选项b错误 重力势能中的正 负号表示大小 5j的重力势能小于 3j的重力势能 选项c错误 重力做的功量度了重力势能的变化 选项d正确 7 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 1 判断重力做功正负的方法 1 根据功的定义式判断 若物体向上运动或有竖直向上的分位移 重力做负功 若物体向下运动或有竖直向下的分位移 重力做正功 2 根据重力势能的变化与重力做功的关系判断 由关系式wg ep得 重力势能增加 重力一定做负功 重力势能减少 重力一定做正功 2 重力势能的求解方法 1 定义法 选取参考平面 确定物体相对参考平面的高度h 代入ep mgh求解重力势能 2 wg和ep关系法 由wg ep1 ep2知ep2 ep1 wg或ep1 wg ep2 3 变化量法 重力势能的变化量 ep ep2 ep1 故ep2 ep1 ep或ep1 ep2 ep 8 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 3 对重力做功和重力势能的四点提醒 1 重力做功的大小与物体的运动状态无关 与物体是否受其他力无关 2 重力做功 一定会引起重力势能的变化 3 重力势能是标量 但有正负 其意义表示物体的重力势能比它在参考平面的重力势能大还是小 4 wg ep中的负号表示重力做的功与重力势能变化的绝对值相等 符号相反 9 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 弹性势能1 弹力做功的特点 弹簧的弹力在弹簧形变时是一个变力 弹力做功是一个做功 不能用功的定义来计算 2 弹性势能 发生弹性形变的物体的各部分之间 由于有弹力的相互作用而具有的势能 影响弹簧的弹性势能的因素 形变量越大 劲度系数越大 弹性势能 变力 越大 10 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 1 关于弹性势能 下列说法正确的是 a 当弹簧变长时弹性势能一定增大b 当弹簧变短时弹性势能一定减小c 在拉伸长度相同时 k越大的弹簧的弹性势能越大d 弹簧在拉伸时弹性势能一定大于压缩时的弹性势能 c 解析 弹簧弹性势能的大小除了跟劲度系数k有关外 还跟它的形变量有关 如果弹簧原来处在压缩状态 当它变短时 它的弹性势能增大 当它变长时 它的弹性势能应先减小 在原长处它的弹性势能最小 所以a b d都不对 11 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 2 如图所示的几个运动过程中 物体的弹性势能增大的是 a 如图甲 撑竿跳高的运动员上升至离竿的过程 竿的弹性势能b 如图乙 人拉长弹簧的过程 弹簧的弹性势能c 如图丙 模型飞机用橡皮筋发射出去的过程 橡皮筋的弹性势能d 如图丁 小球被压缩弹簧向上弹起的过程 弹簧的弹性势能 b 12 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 弹力做功与弹性势能变化的关系弹力做正功时 弹性势能减少 减少的弹性势能等于弹力做的功 弹力做负功时 弹性势能增加 增加的弹性势能等于克服弹力做的功 弹簧被拉长或压缩 弹性势能均增加 13 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 机械能守恒的判断1 机械能 动能和势能的总和称为机械能 其中势能包括重力势能和弹性势能 2 机械能是标量 只有大小 没有方向 但是有正 负 因为势能有正 负 3 机械能守恒的判断 1 利用机械能的定义判断 直接判断 若物体动能 势能均不变 则机械能不变 若一个物体动能不变 重力势能变化 或重力势能不变 动能变化或动能和重力势能同时变化 其机械能一定变化 2 用做功判断 若物体或系统只有重力 或弹簧的弹力 做功 虽受其他力 但其他力不做功 机械能守恒 3 用能量转化来判断 若物体或系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化 则物体或系统机械能守恒 14 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 1 下列关于机械能守恒的说法正确的是 a 做匀速运动的物体 其机械能一定守恒b 物体只受重力 机械能才守恒c 做匀速圆周运动的物体 其机械能一定守恒d 除重力做功外 其他力不做功 物体的机械能一定守恒 d 解析 匀速运动所受合外力为零 但除重力外可能有其他力做功 如物体在阻力作用下匀速向下运动 其机械能减少了 a错 物体除受重力或弹力也可受其他力 只要其他力不做功或做功的代数和为零 机械能也守恒 b错 匀速圆周运动物体的动能不变 但势能可能变化 故c错 由机械能守恒条件知 选项d正确 15 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 2 如图所示 下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 a 物体a将弹簧压缩的过程中 物体a机械能守恒b 物体a固定 物体b沿斜面匀速下滑 物体b的机械能守恒c 不计任何阻力和定滑轮质量时 a加速下落 b加速上升过程中 a b组成的系统机械能守恒d 小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变 答案 解析 16 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 机械能守恒条件的理解及判断1 机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零 更不是合外力为零 只有重力或弹力做功 不等于 只受重力或弹力作用 2 机械能守恒的判断可以根据条件判断 也可以根据研究系统的总机械能是否变化来分析 如动能不变 匀速上升或匀速下降 势能变化 机械能一定不守恒 也可以根据研究系统是否有其他能量转换来分析 如果研究系统在变化过程中有除机械能以外的能量产生 研究系统的机械能一定不守恒 3 对于一些绳子突然绷紧 物体间碰撞等情况 除非题目特别说明 否则机械能必定不守恒 17 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 机械能守恒的应用运用机械能守恒定律解题的三种表达形式1 守恒观点 1 表达式 ek1 ep1 ek2 ep2或e1 e2 2 意义 系统初状态的机械能等于末状态的机械能 3 注意问题 要先选取零势能参考平面 并且在整个过程中必须选取同一个零势能参考平面 2 转化观点 1 表达式 ek ep 2 意义 系统的机械能守恒时 系统增加 或减少 的动能等于系统减少 或增加 的势能 18 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 3 转移观点 1 表达式 ea增 eb减 2 意义 若系统由a b两部分组成 当系统的机械能守恒时 则a部分机械能的增加量等于b部分机械能的减少量 19 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 1 如图 半圆形光滑轨道固定在水平地面上 半圆的直径与地面垂直 一小物块以速度v从轨道下端滑入轨道 并从轨道上端水平飞出 小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半径有关 此距离最大时 对应的轨道半径为 重力加速度大小为g b 20 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 2 如图所示 两个竖直圆弧轨道固定在同一水平地面上 半径r相同 左侧轨道由金属凹槽制成 右侧轨道由金属圆管制成 均可视为光滑 在两轨道右侧的正上方分别将金属小球a和b由静止释放 小球距离地面的高度分别为ha和hb 下列说法正确的是 a 若使小球a沿轨道运动并且从最高点飞出 释放的最小高度为2rb 若使小球b沿轨道运动并且从最高点飞出 释放的最小高度为c 适当调整ha 可使a球从轨道最高点飞出后 恰好落在轨道右端口处d 适当调整hb 可使b球从轨道最高点飞出后 恰好落在轨道右端口处 d 21 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 22 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 核心剖析归纳提升 应用机械能守恒定律的基本思路 1 选取研究对象 物体或系统 2 根据研究对象所经历的物理过程 进行受力 做功分析 判断机械能是否守恒 3 恰当地选取参考平面 确定研究对象在过程的初 末状态时的机械能 4 选取适当的机械能守恒定律的方程形式 ek1 ep1 ek2 ep2或 ek ep或 ea eb 进行求解 23 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 验证机械能守恒定律1 实验原理图 24 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 2 实验目的验证机械能守恒定律 3 实验原理让物体自由下落 用刻度尺测出物体下落的高度hn 求出对应点的瞬时速度vn 比较重力势能的减少量与动能的增加量 若二者相等 则机械能守恒 4 实验器材铁架台 带铁夹 打点计时器 学生电源 导线 带铁夹的重锤 纸带 刻度尺 25 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 5 实验步骤 1 按实验原理图把打点计时器竖直固定在铁架台上 用导线把打点计时器与学生电源连接好 2 把纸带的一端在重锤上用夹子固定好 另一端穿过打点计时器限位孔 3 用手提着纸带 让重物靠近打点计时器并处于静止状态 然后接通电源 松开纸带 让重物自由落下 重复几次 得到3 5条打好点的纸带 4 在打好点的纸带中挑选出点迹清晰的纸带进行测量 在起始点标上o 以后各点依次标上a b c 用刻度尺测出对应下落高度h1 h2 h3 如图所示 26 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 5 应用公式 算出点对应的瞬时速度v1 v2 v3 vn 填入记录表中 6 计算各点对应的势能减少量 ep和动能的增加量 ek 进行比较 27 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 3 方案三 图象法从纸带上选取多个点 测量从第一点到其余各点的下落高度hn 并计算各点速度的二次方 然后以v2为纵轴 以h为横轴 根据实验数据绘出v2 h图象 若在误差允许的条件下 图线是一条过原点的直线 则机械能守恒定律是正确的 28 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 7 注意事项 1 重物应选用质量大 体积小 密度大的材料 2 打点计时器安装要稳固 并使两限位孔在同一竖直线上 以减小摩擦阻力 3 实验中 手提着纸带上端并保持纸带竖直 减小纸带与限位孔间的摩擦阻力 4 实验中 需保持提纸带的手不动并让重物靠近打点计时器 待接通电源 让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落 以保证第一个点是一个清晰的点 5 选择纸带时 前两个点之间的距离应接近2mm 6 因不需要知道动能和势能的具体数值 因此不需要测出重物的质量m 29 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 8 误差分析实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力做功 所以动能的增加量要小于势能的减少量 30 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 1 实验原理和操作 在验证机械能守恒定律的实验中 某实验小组分别设计了如图甲 乙 丙所示的实验装置来验证机械能守恒定律 1 经分析比较后 其中最理想的实验装置是 选填 甲 乙 或 丙 31 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 2 某个小组的三位同学按照正确的操作选得纸带如图所示 其中o是起始点 a b c是打点计时器连续打下的3个点 该同学用毫米刻度尺测量o到a b c各点的距离 用重物在ob段的运动来验证机械能守恒定律 已知当地的重力加速度g取9 80m s2 打点计时器所用电源频率为f 50hz 设重物质量为1 00kg 32 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 答案 1 甲 2 小于等于大于丙 33 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 解析 2 甲同学直接按自由落体计算的瞬时速度 而实际运动过程中有空气阻力和摩擦力 加速度会小于g 所以这样计算的速度偏大 所以重力势能的减少量小于动能的增加量 乙同学直接利用高度按照匀加速计算速度 相当于是利用重力势能求动能 结果是相等的 但这种求法是错误的 丙同学用匀变速直线运动规律求解b点速度 与重物实际运动规律相符 所以速度计算正确 由于实验过程中摩擦阻力的存在 重力势能有一部分转化给了摩擦阻力做功产生的内能 重力势能的减少量大于动能的增加量 三位同学的数据处理方法中合理的是丙 34 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 2 实验误差分析与数据处理 如图所示 打点计时器固定在铁架台上 使重物带动纸带从静止开始自由下落 利用此装置验证机械能守恒定律 1 对于该实验 下列操作中对减小实验误差有利的是 a 重物选用质量和密度较大的金属锤b 两限位孔在同一竖直面内上下对正c 精确测量出重物的质量d 用手托稳重物 接通电源后 撒手释放重物 35 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 2 某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50hz的交流电源上 按正确操作得到了一条完整的纸带 由于纸带较长 图中有部分未画出 如图所示 纸带上各点是打点计时器打出的计时点 其中o点为纸带上打出的第一个点 重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出 利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 a oa ad和eg的长度b oc bc和cd的长度c bd cf和eg的长度d ac bd和eg的长度 答案 1 ab 2 bc 36 基础夯实精准归纳 题组突破强化提升 解析 1 重物选用质量和密度较大的金属锤 减小空气阻力 以减小误差 故a正确 两限位孔