(浙江专版)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

1、第16讲机械能和机械能守恒定律考试标准历次考题统计考试说明知识内容必试加试重力势能CC2016.10(4)1.运用机械能守恒定 律进行计算时，不涉及 弹性势能的表达式。2 不要求用机械能守 恒定律求解两个及两 个以上物体（包括需要 确定重心的链条、绳 子、流体等）的问题。弹性势能bb机械能守恒 定律dd2015.10(8)、2017.04(12)验证机械能守恒定律72016.04(17)基础夯实精准归纳重力势能1 重力做功的特点:重力做功与路径无关，只与初、末位置的咼度差有关O2 重力势能(1)概念:物体由于被举高而具有的能。(2) 表达式(3) 矢标性:重力势能是_量，正负表示其大小，这与功

2、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”。基础夯实精准归纳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.重力势能就减少：重力对物 体做负功重力势能就增加。(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，即二(垢2叫1)二殆2二仏垢。4 重力势能的变化量与参考平面的选取无关。题组突破强化提升1 一棵树上有一个

3、质量为0.3 kg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、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（D ）A5.6 J和9 JB. 9 J和9 JC. 15.6 J和 J5.6 JD. 15.6 J和-9 J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。2关于重力势能，下列说法正确的是（D ）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

4、势能也越大C. 个物体的重力势能从-5 J变化到-3 J,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以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 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，5 J的重力势能小于3 J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。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

5、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:由关系式二 AEp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力，代入 Ep二加g/z求解重力势能。和垢关系法:由WG=Epl-Ep2Ep2=Epi-WG或垢产(3) 变化量法潼力势能的变化量人你二耳沪如,故冷二殆+AEp或 Epi=Ep2-AEp。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)

6、 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=-AEp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。基础夯实精准归纳弹性势能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 功是一个变力做功.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一越大。题组突破强化提升1.关于弹性势能，下列说法正确的是（C ）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. 在拉伸长度相同时衣越大

7、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解析:弹簧弹性势能的大小除了跟劲度系数有关外，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。2如图所示的几个运动过程中，物体的弹性势能增大的是（B ）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，弹簧的弹性势能核心剖析归纳提升弹力做功与弹性势能变

8、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。基础夯实精准归纳机械能守恒的判断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

9、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。题组突破强化提升1 下列关于机械能守恒的说法正确的是（D ） 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

10、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。2如图所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是（）关闭A图中物体人和弹簧组成的系统机械能守恒但物体人机械能不守恒,A错。B图中物体B除受重力外，还受到弹力和摩擦力作用，弹力不做功，但摩擦力做负功，物体B的机械能不守恒,B错。C图中绳子张力对人做负功，对B做正 关闭C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

11、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。融夯实精准归纳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:Eki+Epi=Ek2+Ep2 或 1=為。(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:Ak=-AEp0意义:系统的机械能守恒时，

12、系统增加(或减少)的动能等于系统 减少(或增加)的势能。基础夯实精准归纳3 转移观点表达式:增Eb减。题组突破强化提升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“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 )v2A. - 16g v24gV2B丽畤2g4v2解析:物块由最低点到最高点有|mv2=2mgr+|物块做平r-16r2,由数学知识可知，当抛运动J号;联立解得 厂=悬二丽时沐最大，故选B。932 如图所示，两个瓦竖直圆弧轨道固定在同一水平地面上，半径

13、厂相同，左侧轨道由金属凹槽制成右侧轨道由金属管制成，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心和如，下列说法正确的是（D ）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2r5厂B. 若使小球沿轨道运动并且从最高点飞出，释放的最小高度为丁C. 适当调整，可使A球从轨道最高点飞出后，恰好落在轨道右端 口处D. 适当调整饥，可使B球从轨道最高点飞出后，恰好落在轨道右端 口处解析:小球A从最高点飞出的最小速度以二丽只由机械能守 s.mghA=2mgr+mvA2.则血二学A选项错误;小球B从最高点飞岀的 最小速度vb=O,由机械能守.mgh

14、B-lmgr,释放的最小鬲度ZiB=2r,B 选项错误;要使小球A或B从轨道最高点飞出后，恰好落在轨道右端 口处,r=vot,r=gt2,则巾二而A的最小速度VA=ygrvoA球不可 能落在轨道右端口处0球可能,C选项错误、D选项正确。基础夯实精准归纳1 实验原理图验证机械能守恒定律打点计时器纸带夹子重物基础夯实精准归纳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乞,求出对应点的 瞬时速度乙,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。5实验步骤(1

15、) 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35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0,以后各点依次标上4、B、C、,用刻度尺测出对应下落高 度局、他 力3、。如图所示。J(5) 应用公式必1 ,算出点对应的瞬时速度勺、卩2卩3 %填入记录表中。(6) 计算各点对应的势能减少量AEp和动能的增加量&，进行比 较。6 数据

16、处理(1) 方案一:利用起始点和第n点计算将测量计算得到的屁和巾的值代入g%和扌u/,如果在实验误 差允许的条件下，二者相等，则机械能守恒定律是正确的。(2) 方案二:任取两点计算(壬取较远两点A、B测出砧，算出算-詛2的值。 希在实验误差允许的条件下二者相等，则机械能守恒定律是 正确的。(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心，并 计算各点速度的二次方，然后以昭为纵轴，以/I为横轴，根据实验数据 绘出忙/图象，若在误差允许的条件下,图线是一条过原点的直线贝J 机械能守恒定律是正确的。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

17、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2 mmo(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 质量加。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。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

18、、乙、丙所示的实验装置来验证机械能守恒甲命夹子1T乙打占计时讣纸带夹子接电源重锤H 丙（1）经分析比较后，其中最理想的实验装置是 “甲”“乙或C丙。（选填(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 0是起始点4、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0到4、B、C各点的距离，用重物在08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9.80 m/sS打点计时 器所用电源频率为/二50 Hz，设重物质量为1.00 kgohAhBhe墓圧题组突破强化提升甲同学发现，图中的B是除起始点外打点计时器打下的第 个点，因此他用w=ngT（T是打点计时器的打

19、点周期）计算B点对应时 刻重物的速度，这样得到的结果是重力势能的减少量（选填“大于从小于域“等于。动能的增加量。 乙同学认为，可以利用O点到B点的距离加，计算B点对应时 刻重物的速度必二屈焉，这样得到的结果是重力势能的减少量 （选填“大于曲小于或“等于。动能的增加量。 丙同学用AC段的平均速度作为B点对应的重物瞬时速度，即用悴二警计算B点对应时刻重物的速度,这样得到的结果是重 力势能的减少量（选填“大于”“小于”或“等于”）动能的增加量。你认为三位同学的数据处理方法中合理的是（选填“甲X乙”或“丙0。答案甲（2）小于等于大于丙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

20、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。一纸带限位孔I-打点计时器接电源4重物铁架台一2. (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

21、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，撒手释放重物某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz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o0 W 4 B C DEFGA. OA. AD和EG的长度B. OCv BC和CD的长度C. BD、CF和EG的长度D. AC.和EG的长度答案(1)AB(2)BC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;两限位孔在同一竖直面内上下对正，减小纸带和打 点计时器之间的阻力，以减小误差，故B正确;验证机械能守恒定律的 原理是mgh=mv22 -重物质量可以消掉，无需精确测量出重物的质量，故C错误;用手拉稳纸带，而不是托稳重物,接通电源后， 撒手释放纸带，故D错误。(2) 由EG的长度可求出打F点的速度为打O点的速度勺二0,但求不 出OF之间的距离仏故A错误和CD的长度可求出打C点的速度 七打