浙江省高中物理学业水平复习：第六章-课时3-机械能守恒定律和能量守恒-课件

1、课时3机械能守恒定律和能量守恒 课时3机械能守恒定律和能量守恒 内容与要求内容要求机械能守恒定律d内容与要求内容要求机械能守恒定律d考点一机械能及机械能守恒的理解考点与典例1.机械能:动能和势能(重力势能和弹性势能)称为机械能,可表示为E=Ek+Ep。2.机械能守恒定律:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。说明(1)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)。(2)注意机械能守恒的条件是“只有重力做功”,与“只受重力作用”的意义不同,不能混淆。(3)对包括弹簧在内的物体系统在只有重力、弹力做功的条件下,动能、重力势能、弹性势能之

2、间发生相互转化,系统机械能守恒。考点一机械能及机械能守恒的理解考点与典例1.机械能:动能和典例1 如图所示,根据机械能守恒条件,下列说法正确的是()A.甲图中,火箭升空的过程中,若匀速升空则机械能守恒,若加速升空则机械能不守恒B.乙图中物体沿着斜面匀速向上运动,机械能守恒C.丙图中小球做匀速圆周运动,机械能守恒D.丁图中,轻弹簧将A,B两小车弹开,两小车组成的系统(不包括弹簧)机械能守恒典例1 如图所示,根据机械能守恒条件,下列说法正确的是(解析:甲图中,不论是匀速还是加速,由于推力对火箭做功,火箭的机械能不守恒,是增加的,故A错误;物体匀速运动上升,动能不变,重力势能增加,则机械能必定增加,

3、故B错误;小球在水平面内做匀速圆周运动的过程中,细线的拉力不做功,机械能守恒,故C正确;轻弹簧将A,B两小车弹开,弹簧的弹力对两小车做功,则两车组成的系统机械能不守恒,但对两小车和弹簧组成的系统机械能守恒,故D错误。答案:C解析:甲图中,不论是匀速还是加速,由于推力对火箭做功,火箭的总结提升 机械能是否守恒的判定方法(1)做功分析法:若物体系统内只有重力和弹簧弹力做功,其他力均不做功,则系统的机械能守恒。(2)能量转化分析法:若只有系统内物体间动能、重力势能和弹性势能的相互转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,也没有其他形式的能与机械能的转化(如没有内能增加),则系统的机械能守恒。总结提升 机

4、械能是否守恒的判定方法对点自测1:下列各种运动过程中,物体机械能守恒的是(忽略空气阻力)( )A.将箭搭在弦上,拉弓的整个过程B.过山车在动力作用下在轨道上运行的过程C.在一根细线的中央悬挂着一物体,双手拉着细线慢慢分开的过程D.手握内有弹簧的圆珠笔,笔帽抵在桌面放手后圆珠笔弹起的过程D对点自测1:下列各种运动过程中,物体机械能守恒的是(忽略空气解析:箭搭在弦上,拉弓的过程中,人对箭、弦和弓组成的系统做了功,机械能不守恒,选项A错误;过山车在运动过程中,除重力外,动力做功,机械能不守恒,选项B错误;C中物体缓慢升高过程中,除重力外,拉力做了功,机械能不守恒,选项C错误;D中圆珠笔弹起的过程只有

5、重力和弹力做功,故机械能守恒,选项D正确。解析:箭搭在弦上,拉弓的过程中,人对箭、弦和弓组成的系统做了考点二弹性势能转化中的机械能守恒当有弹力做功时,弹性势能与动能、重力势能相互间发生转化。需要注意,研究对象是否包括弹簧在内。考点二弹性势能转化中的机械能守恒典例1 (2019台州质量评估)如图,弹性轻绳的一端套在手指上,另一端与弹力球连接,用手将弹力球以某一竖直向下的初速度抛出,抛出后手保持不动。从球抛出瞬间至球第一次到达最低点的过程中(弹性轻绳始终在弹性限度内,不计空气阻力),下列说法正确的是()A.绳刚伸直时,球的动能最大B.该过程中,球的机械能守恒C.该过程中,重力对球做的功等于球克服绳

6、的拉力做的功D.该过程中,轻绳的弹性势能和小球的动能之和一直增大典例1 (2019台州质量评估)如图,弹性轻绳的一端套解析:小球抛出后先做竖直下抛运动,弹性绳子恢复原长后,弹性绳子拉力比重力小的阶段,小球依然加速运动,当拉力等于重力时,小球加速度为0,速度最大,动能最大,选项A错误;小球和弹性绳子构成的系统机械能守恒,小球的机械能不守恒,选项B错误;从抛出到最后下落到最低点时,重力做功与拉力做功之和等于动能变化量(不等于零),选项C错误;根据机械能守恒E=E重+E弹+Ek,因为重力势能在减少,所以弹性势能、动能之和在增加,选项D正确。答案:D解析:小球抛出后先做竖直下抛运动,弹性绳子恢复原长后

7、,弹性绳对点自测2:(2019金华十校期末)“反向蹦极”是蹦极运动中的一种类型,如图所示,将弹性绳拉长后固定在运动员上,并通过其他力作用使运动员停留在地面上,当撤去其他力后,运动员从A点被“发射”出去冲向高空,当上升到B点时弹性绳恢复原长,运动员继续上升到最高点C,若运动员始终沿竖直方向运动并视为质点,忽略弹性绳质量与空气阻力。下列说法正确的是( )A.运动员在A点时弹性绳的弹性势能最小B.运动员在B点的动能最大C.运动员在C点时的加速度大小为0D.运动员从A点运动到B点的过程中,弹性绳的弹性势能减少量大于运动员重力势能的增加量D对点自测2:(2019金华十校期末)“反向蹦极”是蹦极运动解析:

8、在A点时,弹性绳的形变量最大,因此在此处的弹性势能最大,选项A错误;在向上弹出的过程中,当弹力等于重力时,运动员的速度最大,动能最大,B处时弹性绳子恢复原长,所以速度最大的位置在AB之间,选项B错误;在C处,弹性绳弹力为零,但C处还有重力,根据牛顿第二定律可知,C处的加速度不为零,选项C错误;从A到B过程中,弹性绳弹性势能的减少量等于运动员动能和重力势能的增加量,故弹性绳弹性势能的减少量大于运动员重力势能的增加量,选项D正确。解析:在A点时,弹性绳的形变量最大,因此在此处的弹性势能最大考点三机械能守恒定律与平抛运动结合应用机械能守恒定律解题的一般步骤 (2)分析受力情况和各力做功的情况,确定是

9、否符合机械能守恒条件。(3)确定初末状态的机械能或运动过程中物体机械能的转化情况。(4)选择合适的表达式列出方程,进行求解。(5)对计算结果进行必要的讨论和说明。考点三机械能守恒定律与平抛运动结合典例3 如图所示,竖直平面内固定着由两个半径为R的四分之一圆弧构成的细管道ABC,圆心连线O1O2水平。轻弹簧左端固定在竖直挡板上,右端靠着质量为m的小球(小球的直径略小于管道内径),长为R的薄板DE置于水平面上,板的左端D到管道右端C的水平距离为R,开始时弹簧处于锁定状态,具有一定的弹性势能,解除锁定,小球离开弹簧后进入管道,最后从C点抛出(重力加速度为g,不计小球与水平面和细管道的摩擦)。典例3

10、如图所示,竖直平面内固定着由两个半径为R的四分之答案:(1)3mgR(1)若小球经C点时对管道外侧的弹力的大小为mg,求弹簧锁定时具有的弹性势能Ep;答案:(1)3mgR(1)若小球经C点时对管道外侧的弹力的大(2)试通过计算判断小球能否落在薄板DE上。答案:(2)见解析(2)试通过计算判断小球能否落在薄板DE上。答案:(2)见解对点自测3:如图所示,半圆轨道竖直放置,半径R=0.4 m,其底端与水平轨道相接,一个质量为m=0.2 kg 的滑块放在水平轨道C点上,轨道均为光滑,用一个水平的恒力F作用于滑块,使滑块向右运动,当滑块到达半圆轨道的最低点A时撤去F,滑块到达圆的最高点B沿水平方向飞出

11、,恰好落到滑块起始运动的位置C点。对点自测3:如图所示,半圆轨道竖直放置,半径R=0.4 m,(1)A与C至少应相距多少?答案:(1)0.8 m(1)A与C至少应相距多少?答案:(1)0.8 m(2)在(1)这种情况下所需恒力F的大小是多大?(取g=10 m/s2)答案:(2)2.5 N(2)在(1)这种情况下所需恒力F的大小是多大?(取g=10考点四机械能守恒定律与圆周运动结合几种典型的竖直平面内圆周运动的模型绳杆圆管m的受力情况重力、绳的拉力重力、杆的拉力或支持力重力、外管壁的支持力或内管壁的支持力考点四机械能守恒定律与圆周运动结合绳杆圆管m的受重力、绳的浙江省高中物理学业水平复习：第六章

12、-课时3-机械能守恒定律和能量守恒-(1)求小球在B,A两点的动能之比;答案:(1)5(1)求小球在B,A两点的动能之比;答案:(1)5(2)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点。答案:(2)见解析(2)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点。答案:(2)见解对点自测4:游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行,游客却不会掉下来,这种情况可简化为如图所示的模型:弧形轨道的下端与竖直圆轨道相接,使小球从弧形轨道上端无初速滚下,小球进入圆轨道下端后沿圆轨道运动,其中P,Q分别为圆轨道的最低点和最高点。实验发现,只要h大于一定值,小球就可以顺利通过圆轨道的最高点。已知圆轨道的半径为R=5.0 m,小球质

13、量为m=1.0 kg(不考虑摩擦等阻力,g取 10 m/s2)对点自测4:游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行,游客却不(1)h至少为多大,才可使小球沿圆轨道运动而不掉下来?答案:(1)12.5 m(1)h至少为多大,才可使小球沿圆轨道运动而不掉下来?答案:(2)如果h=15 m,小球通过P点时的速度为多大?此时轨道对小球的支持力为多大?(2)如果h=15 m,小球通过P点时的速度为多大?此时轨道(3)高度h越大,小球滑至Q点时轨道对小球的压力F N也越大,试推出F N关于h的函数关系式。答案:(3)FN=4h-50(h12.5 m)(3)高度h越大,小球滑至Q点时轨道对小球的压力F N也越

14、大考点五机械能守恒定律的综合应用典例5 如图所示为某种弹射小球的游戏装置,水平面上固定一轻质弹簧及长度可调节的竖直细管AB,下端接有一小段长度不计的圆滑弯管,上端B与四分之一圆弧弯管BC相接。每次弹射前,总将小球及弹簧压缩到同一位置后锁定。解除锁定,小球即被弹簧弹出,水平射进A端,再沿ABC管从C端水平射出。已知弯管BC的半径R=0.30 m,小球的质量为m=50 g,当调节竖直细管AB的长度至L0=0.90 m时,发现小球恰好能过管口C端。不计小球运动过程中的机械能损失,g取10 m/s2。考点五机械能守恒定律的综合应用(1)求每次弹射时弹簧对小球所做的功W;答案:(1)0.60 J 解析:

15、(1)设小球通过管口C端时的速度为v,恰好能过管口C端,则v=0,根据功能关系,每次弹射时弹簧对小球所做的功为W=mg(L0+R)=0.60 J。(1)求每次弹射时弹簧对小球所做的功W;答案:(1)0.60(2)当AB的长度L取多少时,小球过管口C端时,对管壁的作用力恰好为0?答案:(2)0.75 m(2)当AB的长度L取多少时,小球过管口C端时,对管壁的作用(3)当AB的长度L取多少时,小球落至水平面时的落点离直管AB最远?答案:(3)0.30 m(3)当AB的长度L取多少时,小球落至水平面时的落点离直管A对点自测5:如图所示,在同一竖直平面内的两正对着的相同半圆光滑轨道,相隔一定的距离,虚线沿竖直方向,一小球能在其间运动,今在最高点A与最低点B各放一个