（新课标安徽）高三物理一轮复习 机械能守恒定律能的转化和守恒定律课件课件

1、第3讲机械能守恒定律能的转化和守恒定律重力势能、弹性势能1. 重力势能(1)重力做功的特点重力做功与 无关，只与始末位置的有关重力做功不引起物体的变化路径高度差机械能(2)重力势能概念：物体由于而具有的能表达式：EP.矢标性：重力势能是，正、负表示其 相对性：重力势能的大小与参考平面的选取有关重力势能的变化是绝对的，与参考平面的选取无关被举高mgh标量大小(3)重力做功与重力势能变化的关系定性关系：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 定量关系：重力对物体做的功物体重力势能的减少量即WG(EP2EP1).减少增加等于EP1EP22弹性势能(1)概念：物体由于发生而具有的

2、能(2)大小：弹簧的弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关，弹簧的形变量，劲度系数 ，弹簧的弹性势能越大(3)弹力做功与弹性势能变化的关系类似于重力做功与重力势能变化的关系，用公式表示：W.弹性形变越大越大EP题组演练11如图所示，质量为m的物体(可视为质点)以某一初速度由底端冲上倾角为30的固定斜面，上升的最大高度为h，其加速度大小为，在这个过程中有关该物体的说法中正确的是()A重力势能增加了mghB动能损失了mghC动能损失了 D机械能损失了【答案】B1.2如右图所示，轻质弹簧的一端固定在墙上，另一端与质量为m的物体A相连，A放在光滑水平面上，有一质量与A相同的物体B，从高h处由静止开始沿光

3、滑曲面滑下，与A相碰后一起将弹簧压缩，弹簧复原过程中某时刻B与A分开且沿原曲面上升下列说法正确的是 () 【答案】B 1机械能 和统称为机械能，即E，其中势能包括和 EkEp动能势能重力势能弹性势能2机械能守恒定律(1)内容：在只有 做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能(2)表达式Ek1Ep1.(要选零势能参考平面)Ek(不用选零势能参考平面)EA增(不用选零势能参考平面)重力或弹力保持不变Ek2Ep2EpEB减【提示】不一定，例如重物在竖直向上的外力作用下，沿竖直方向匀速上升的过程，其机械能逐渐增加题组演练21如图所示，天津永乐桥摩天轮于2009年4月28日正式开放迎接游客

4、摩天轮直径为110米，可同时供384人观光摩天轮旋转一周大约需要30分钟，到达最高处时，能看到方圆40公里以内的景致，是名副其实的“天津之眼”当摩天轮空载且匀速转动时，摩天轮的()A动能不变B势能增加C机械能不变 D机械能守恒【解析】当摩天轮匀速转动时，组成摩天轮的各个质点的速度大小都不发生变化，故摩天轮动能不变，A项正确；因为摩天轮是中心对称的，所以重心在轴心上，摩天轮转动过程中，重心位置不发生变化，故势能不变，B项错误；机械能由动能和势能两部分构成，所以摩天轮的机械能也不变，C项正确；但摩天轮转动过程中，有消耗电能以克服摩擦力做功，故机械能不守恒，D项错误【答案】AC1能量转化和守恒定律能

5、量既不会消失，也不会创生它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持 转移转化不变2常见的几种功与能的关系(1)合外力对物体做功物体动能的改变W合，即动能定理(2)重力做功对应重力势能的改变WGEpEp1Ep2重力做多少正功，重力势能多少；重力做多少负功，重力势能多少(3)弹簧弹力做功与弹性势能的 相对应WFEpEp1Ep2弹力做多少正功，弹性势能多少；弹力做多少负功，弹性势能多少等于Ek2Ek1减少增加改变减少增加(4)除重力或弹簧的弹力以外的其他力的功与物体 的增量相对应，即W其他E.除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少正功，物体的机

6、械能就多少除重力或弹簧的弹力以外的其他力做多少 ，物体的机械能就减少多少除重力或弹簧的弹力以外的其他力不做功，物体的机械能机械能增加负功守恒一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做总功，等于摩擦力与相对路程的乘积，即WFfFfx相对，即系统损失机械能转变成内能QFfx相对 题组演练3.1(2010年福建省普通高中毕业班单科质量检查)我省目前正在大力开发的风力发电是一种将风的动能转化为电能的环保发电方式风力发电机的外观如图所示，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积可视为风力发电机可接收风能的面积设风速大小为v，方向垂直于叶片扫过的平面，风轮机叶片长度为r，空气密度

7、为，求单位时间内风力发电机可接收的风能P0；(2)若风力发电机将可接收的风能转化为电能的效率20%，当地的空气密度1.3 kg/m3，风速v10 m/s.要设计一台功率P20 kW的风力发电机，风轮机的叶片长度r应为多少？(3)在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接收的风能，可采取哪些措施？请提出一种建议一、对机械能守恒条件的理解机械能守恒的条件是：只有重力或弹力做功可以从以下两个方面理解：1只受重力作用，例如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动，物体的机械能守恒2受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹力做功，例如物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力不

8、做功，物体的机械能守恒二、机械能守恒定律的三种表达形式和用法1E2E1或Ek1Ep1Ek2Ep2，表示系统在初状态的机械能等于其末状态的机械能时一般来说，当始、末状态的机械能的总和相等，运用这种表达式时，应选好零势能面，且初、末状态的高度已知，系统除地球外只有一个物体时，用这种表达形式较方便2EPEk, 表示系统(或物体)机械能守恒时，系统减少(或增加)的势能等于增加(或减少)的总动能. 应用时，关键在于分清重力势能的增加量和减少量，可不选零势能面而直接计算初、末状态的势能差这种表达方式一般用于始末状态的高度未知，但高度变化已知的情况 3EA增EB减，表示若系统由A、B两部分组成，则A部分物体

9、机械能的增加量与B部分物体机械能的减少量相等以上三种表达方式中，1.是最基本的表达方式，易于理解和掌握，但始末状态的动能和势能要分析全，防止遗漏某种形式的机械能应用2.3.方式列出的方程简捷，是同学们应该重点掌握的，但在分析势能的变化时易出错，要引起注意如图所示，一轻弹簧左端固定在长木板M的左端，右端与小木块m连接且m与M及M与地面间接触光滑开始时，m与M均静止，现同时对m、M施加等大反向的水平恒力F1和F2.在两物体开始运动以后的整个运动过程中，对m、M和弹簧组成的系统(整个过程弹簧形变不超过其弹性限度)，正确的说法是()A由于F1、F2等大反向，故系统的机械能守恒B由于F1、F2分别对m、

10、M做正功，故系统的动能不断增加C由于F1、F2分别对m、M做正功，故系统的机械能不断增加D当弹簧的弹力大小与F1、F2的大小相等时，m、M的动能最大【解析】开始拉力大于弹力，F1、F2对物体均做正功，所以机械能增加当拉力等于弹力时，物体速度最大，故动能最大；当拉力小于弹力时，物体做减速运动，速度减小到零以后，物体反向运动，拉力F1、F2均做负功，故机械能减少本题答案为D.【答案】D判断机械能是否守恒的方法(1)利用机械能的定义判断：分析动能与势能的和是否变化如：匀速下落的物体动能不变，重力势能减少，物体的机械能必减少(2)用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功，或有其他力做功，但

11、其他力做功的代数和为零，机械能守恒(3)用能量转化来判断：若物体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，则物体系统的机械能守恒(4)对一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等问题机械能一般不守恒，除非题中有特别说明或暗示11：如右图所示，一根不可伸长的轻绳两端分别系着小球A和物块B，跨过固定于斜面体顶端的小滑轮O，倾角为30的斜面体置于水平地面上A的质量为m，B的质量为4m.开始时，用手托住A，使OA段绳恰处于水平伸直状态(绳中无拉力)，OB绳平行于斜面，此时B静止不动将A由静止释放，在其下摆过程中，斜面体始终保持静止，下列判断中正确的是()A物块B受到的摩擦力先减小后增大

12、B地面对斜面体的摩擦力方向一直向右C小球A的机械能守恒D小球A的机械能不守恒，A、B系统的机械能守恒【答案】C (18分)某校物理兴趣小组决定举行摇控赛车比赛比赛路径如图所示，赛车从起点A出发，沿水平直线轨道运动L后，由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道，离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点，并能越过壕沟已知赛车质量m0.1 kg，通电后以额定功率P1.5 W工作，进入竖直圆轨道前受到的阻力恒为0.3 N，随后在运动中受到的阻力均可不计图中L10.00 m，R0.32 m，h1.25 m，x1.50 m问：要使赛车完成比赛，电动机至少工作多长时间？(取g10 m/s2)【解析】 设赛车

13、越过壕沟需要的最小速度为v1，由平抛运动的规律xv1t (2分)设赛车恰好越过圆轨道，对应圆轨道最高点的速度为v2，最低点的速度为v3，由牛顿运动定律及机械能守恒定律得解得v34 m/s(1分)通过分析比较，赛车要完成比赛，在进入圆轨道前的速度最小应该是vmin4 m/s(2分)设电动机工作时间至少为t，根据功能原理PtFfL (3分)由此可得t2.53 s(1分)【答案】2.53 s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、末态时的机械能(4)选取方便的机

14、械能守恒定律的方程形式(Ek1Ep1Ek2Ep2、EkEp或EAEB)进行求解21：如下图所示的木板由倾斜部分和水平部分组成，两部分之间由一段圆弧面相连接在木板的中间有位于竖直面内的光滑圆槽轨道，斜面的倾角为.现有10个质量均为m、半径均为r的均匀刚性球，在施加于1号球的水平外力F的作用下均静止，力F与圆槽在同一竖直面内，此时1号球球心距它在水平槽运动时的球心高度差为h.现撤去力F使小球开始运动，直到所有小球均运动到水平槽内重力加速度为g.求：(1)水平外力F的大小；(2)1号球刚运动到水平槽时的速度；(3)整个运动过程中，2号球对1号球所做的功【答案】(1)10mgtan (2)(3)9mg

15、rsin 一质量为M2.0 kg的小物块随足够长的水平传送带一起运动，被一水平向左飞来的子弹击中并从物块中穿过，如下图所示地面观察者纪录了小物块被击中后的速度随时间变化的关系如图所示(图中取向右运动的方向为正方向)已知传送带的速度保持不变，g取10 m/s2.(1)指出传送带速度v的方向及大小，说明理由(2)计算物块与传送带间的动摩擦因数.(3)计算传送带对外做了多少功？子弹射穿物块后系统有多少能量转化为内能？【解析】(1)从速度图象中可以看出，物块被击穿后，先向左做减速运动，速度为零后，又向右做加速运动，当速度等于2 m/s，以后随传送带一起做匀速运动，所以，传送带的速度方向向右，传送带的速

16、度v的大小为2.0 m/s.(2)由速度图象可得，物块在滑动摩擦力的作用下做匀变速运动的加速度为a，有 由牛顿第二定律得滑动摩擦力FfMg得到物块与传送带间的动摩擦因数 0.2.(3)由速度图象可知，传送带与物块存在摩擦力的时间只有3秒，传送带在这段时间内移动的位移为x，则xvt2.03 m6.0 m所以，传送带所做的功WFfx4.06.0 J24 J在物块获得速度到与传送带一起匀速运动的过程中，物块动能减少了Ek【答案】(1)2 m/s方向向右(2)0.2(3)24 J36 J(1)在应用功能关系时，应首先弄清研究对象，明确力对“谁”做功，就要对应“谁”的位移，从而引起“谁”的能量变化，在应

17、用能量的转化和守恒时，一定要明确存在哪些能量形式，哪种是增加的？哪种是减少的？然后再列式求解(2)高考考查这类问题，常结合平抛运动、圆周运动、电学等知识考查学生的综合分析能力31：如图所示，传送带以v为10 m/s速度向左匀速运行，BC段长L为2 m，半径R为1.8 m的光滑圆弧槽在B点与水平传送带相切，质量m为0.2 kg的小滑块与传送带间的动摩擦因数为0.5，g取10 m/s，不计小滑块通过连接处的能量损失求：(1)小滑块从M处无初速度滑下，到达底端B时的速度；(2)小滑块从M处无初速度滑下后，在传送带上向右运动的最大距离以及此过程产生的热量；(3)将小滑块无初速度放在传送带C端，要使小滑

18、块能通过N点，传送带BC段至少为多长？【答案】 (2)10.2 J(3)6.3 m1(2010年福建省普通高中毕业班质量检查理科综合能力测试)某同学把掉在地上的普通高中课本物理1捡起放回课桌面，在此过程中课本重力势能的增加约为()A0.3 JB3 JC30 J D300 J【答案】B2在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F，那么在他减速下降高度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)()A他的动能减少了FhB他的重力势能增加了mghC他的机械能减少了(Fmg)hD他的机械能减少了Fh【解析】由动能定理，EkmghFh，动能减少了Fhmgh，A选项错误；他的重力势能减少了mgh, B选项错误；他的机械能减少了EEkEpF