（通用版）2020高考物理大一轮复习 第5单元 机械能 第15讲 机械能守恒定律及其应用课件 新人教版

1、第15讲PART 15 机械能守恒定律及其 应用 教材知识梳理考点互动探究教师备用习题 一、重力势能与重力做功 1.物体的重力势能等于它所受的与所处位置的的乘积,Ep =,是标量. 2.重力势能是物体和所共有的.重力势能的大小与零势能面的选取有关, 但重力势能的变化量与零势能面的选取无关. 3.重力做功与物体运动的路径无关,只与重力及有 关,WG=mgh.重力做功与重力势能变化的关系:WG=-Ep. 教材知识梳理 重力高度 mgh 地球 初、末位置的高度差 二、弹性势能 1.定义:物体由于发生而具有的能,是标量. 2.弹力做功与弹性势能变化的关系:W=-Ep. 教材知识梳理 弹性形变 三、机械

2、能守恒定律 1.内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能可以互相转化,而总的机 械能保持不变. 2.表达式 (1)守恒角度:E1=E2.(2)转化角度:Ek=-Ep.(3)转移角度:EA=-EB. 3.判断方法:(1)只有重力或系统内弹力做功;(2)只有动能和势能之间转化,没有其他 能量参与. 教材知识梳理 教材知识梳理 【辨别明理】 (1)重力势能的大小及变化与零势能面的选取有关.() (2)重力做功与路径有关.() (3)物体所受的合外力为零时,物体的机械能一定守恒.() (4)做匀速直线运动的物体机械能一定守恒. () (5)做曲线运动的物体机械能可能守恒.() (6)形变量越

3、大,弹性势能越大.() (7)重力势能越大,重力做功就越多.() 教材知识梳理 答案 (1)()(2)()(3)()(4)()(5)() (6)()(7)() 考点一机械能守恒的理解和判断 考点互动探究 例1 (多选)在如图15-1所示的物理过程示意图中,甲图为一端固定有小球的轻杆, 从右偏上30角释放后绕光滑支点摆动;乙图中轻绳一端连着一小球,从右偏上 30角处自由释放;丙图为物体A将弹簧压缩的过程中;丁图为不计任何阻力和定 滑轮质量时,A加速下落,B加速上升过程中.关于这几个物理过程(空气阻力忽略 不计),下列判断中正确的是() A.甲图中小球机械能守恒 B.乙图中小球机械能守恒 C.丙图

4、中物体A的机械能守恒 D.丁图中A、B组成的系统机械能守恒 考点互动探究 图15-1 考点互动探究 答案 AD 解析 甲图过程中轻杆对小球不做功,小球的机械能守恒,选项A正确;乙图过程 中小球在绳子绷紧的瞬间有动能损失,机械能不守恒,选项B错误;丙图中重力和 系统内弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但物体A的机械能不守 恒,选项C错误;丁图中绳子张力对A做负功,对B做正功,代数和为零,A、B组成的 系统机械能守恒,选项D正确. 考点互动探究 图15-2 考点互动探究 答案 AD 考点互动探究 变式题2 (多选)如图15-3所示,轻弹簧一端固定在O点,另一端系一小球,将小球从 与悬点O

5、在同一水平面且使弹簧保持原长的A点无初速度地释放,让小球自由摆 下,不计空气阻力,在小球由A点摆向最低点B的过程中,下列说法中正确的是 ( ) A.小球的机械能守恒 B.小球的机械能减少 C.小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变 D.小球与弹簧组成的系统机械能守恒 图15-3 考点互动探究 答案 BD 解析 小球由A点下摆到B点的过程中,弹簧被拉长,弹簧的弹力对小球做了负 功,所以小球的机械能减少,选项A错误,B正确;在此过程中,由于只有重力和弹 簧的弹力做功,所以小球与弹簧组成的系统机械能守恒,即小球减少的重力势 能等于小球获得的动能与弹簧增加的弹性势能之和,选项C错误,D正确. 考点互动

6、探究 要点总结 机械能是否守恒的判断方法: (1)利用机械能的定义判断:如果物体动能与势能之和不变,则机械能守恒. (2)利用机械能守恒条件判断:只有重力对单一物体做功,则机械能守恒;只有重力或 (弹簧、橡皮筋)弹力对系统做功,或重力和弹力以外的其他力对系统做的总功为零, 则系统的机械能守恒. (3)利用能量转化判断:若物体系统与外界没有能量交换,或系统内没有机械能与其 他形式能的转化,则系统机械能守恒.注意弹簧弹力对物体做功时,弹簧和物体系统 的机械能守恒,物体的机械能并不守恒. 考点二单体机械能守恒的应用 考点互动探究 例2 人教版必修2改编 如图15-4甲所示,游乐场的过山车可以底朝上在

7、圆轨道 上运行,游客不会掉下来.我们把这种情形抽象为如图乙所示的模型:弧形轨道的 下端与竖直圆轨道相接,使质量为m的小球从弧形轨道上端滚下,小球从圆轨道下 端进入后沿圆轨道运动.已知圆轨道的半径为R,重力加速度为g,不考虑阻力. (1)若小球从高为h处由静止释放,求小球到达圆轨道底端时对轨道的压力; (2)若要使小球运动过程中不脱离轨道,讨论小球由静止释放时的高度满足的条 件; 考点互动探究 (3)若让小球从高为h=2R处的A点由静止释放,求小球所能达到的最大高度. 图15-4 考点互动探究 考点互动探究 考点互动探究 考点互动探究 变式题 (多选)如果把撑杆跳全过程分成四个阶段:ab、bc、

8、cd、de,如图 15-5所示,则对这四个阶段的描述错误的是() A.ab阶段:加速助跑,人和杆的机械能增加 B.bc阶段:杆弯曲、人上升,系统动能减少, 重力势能和弹性势能增加 C.cd阶段:杆伸直、人上升,人的动能减少 量等于重力势能增加量 D.de阶段:人过横杆后下落,重力所做的功等于人机械能的增加量 图15-5 考点互动探究 答案 CD 解析 ab阶段,人加速助跑,人和杆的机械能增加,A正确;bc阶段,杆弯曲、 人上升,人和杆组成的系统只有重力做功,系统的机械能守恒,其中系统动能减 少,重力势能和弹性势能增加,B正确;cd阶段,杆伸直、人上升,人和杆组成的 系统只有重力做功,系统的机械

9、能守恒,人的动能和杆的弹性势能的减少量等于 重力势能增加量,C错误;de阶段,人过横杆后下落,只有重力做功,人的机械能 守恒,D错误. 考点互动探究 要点总结 机械能守恒定律是解答能量问题的基本方法之一,分析运动过程中物体的机械能是 否守恒是解题的关键,在解决物体的运动问题时应优先考虑用能量方法,如曲线运 动、含弹簧类运动问题等.应用时首先要对研究对象进行受力分析和运动分析,以 确定在所研究的过程中机械能是否守恒,再选合适的表达式求解.应用机械能守恒 定律求解多过程问题时可对全过程应用机械能守恒定律列式求解. 考点三多物体的机械能守恒问题 考点互动探究 例3 (多选)如图15-6所示,三个小球

10、A、B、C的质量均为m,A 与B、C间通过铰链用 轻杆连接,杆长为L.B、C 置于水平地面上,用一轻质弹簧连接,弹簧处于原长.现A 由 静止释放后下降到最低点,两轻杆的夹角由60变为 120.A、B、C 在同一竖直平面内运动,弹簧在弹性 限度内,忽略一切摩擦,重力加速度为g,则此下降过 程中 () 图15-6 考点互动探究 考点互动探究 考点互动探究 考点互动探究 题根分析 系统机械能守恒时,内部的相互作用力分为两类: (1)刚体产生的弹力:如轻绳产生的弹力,斜面产生的弹力,轻杆产生的弹力等. (2)弹簧产生的弹力:系统中有弹簧,弹簧的弹力在整个过程中做功,弹性势能参与机 械能的转化.轻绳的拉

11、力、斜面的弹力、轻杆产生的弹力做功,使机械能在相互作 用的两物体间进行等量的转移,系统的机械能守恒.虽然弹簧的弹力也做功,但包括 弹簧在内的系统机械能也守恒. 对系统应用机械能守恒定律列方程的角度:(1)系统初态的机械能等于末态的机械 能;(2)系统中某些物体减少的机械能等于其他物体增加的机械能. 考点互动探究 变式网络 考点互动探究 变式题1 (多选)2019苏州调研 如图15-7所示,竖直固定的光滑直杆上套有一个 质量为m的小球,初始时静置于a点.一原长为l的轻质弹簧左端固定在O点,右端与小 球相连.直杆上还有b、c、d三点,且b与O在同一水平线上,Ob=l, Oa、Oc与Ob的夹角均为3

12、7,Od与Ob的夹角为53.现释放小球, 小球从a点开始下滑,到达d点时速度为0,在此过程中弹簧始终 处于弹性限度内.下列说法正确的是(重力加速度为g,sin 37= 0.6,cos 37=0.8)() 图15-7 考点互动探究 考点互动探究 答案 BCD 考点互动探究 图15-8 考点互动探究 考点互动探究 答案 C 考点互动探究 变式题3 (多选)2018衡水押题卷 如图15-9所示,小物块套在固定竖直杆上,用轻 绳连接后跨过小定滑轮与小球相连.开始时物块与定滑轮等高.已知小球的质量是 物块质量的两倍,杆与滑轮间的距离为 d,重力加速度为g,绳及杆足够长,不计一切 摩擦.现将物块由静止释放

13、,在物块向下运动过程中() A.刚释放时物块的加速度为 g B.物块速度最大时,绳子的拉力一定大于物块的重力 C.小球重力的功率一直增大 图15-9 考点互动探究 教师备用习题 教师备用习题 答案 A 教师备用习题 教师备用习题 答案 D 教师备用习题 教师备用习题 教师备用习题 4.打开水龙头,水顺流而下,仔细观察将会发现连续的水流柱的直径在流下的过程中, 是逐渐减小的(即上粗下细).设水龙头出口处半径为1 cm,安装在离接水盆75 cm高 处,如果测得水在出口处的速度大小为1 m/s,g取10 m/s2,则水流柱落到盆中的半径 为() A.1 cm B.0.75 cmC.0.5 cmD.0.25 cm 教师备用习题 答案 C 教师备用习题 教师备用习题 答案 A 教师备用习题 教师备用习题 教师备