高考物理总复习 考查点12 机械能守恒定律和能源考点解读学案

1、8/8考查点12机械能守恒定律和能源考情分析测试内容测试要求考情分析重力势能重力势能的变化与重力做功的关系A14年T10、15年T23/T27(3)弹性势能A14年T6/T28(3)、15年T9、17年T11机械能守恒定律C14年T10、16年T28(3)、17年T28能量守恒定律A16年T21探究、实验：用电火花计时器(或电磁打点计时器)验证机械能守恒定律a14年T8、15年T25、16年T11、17年T13第1课时机械能守恒定律的应用(1)知识梳理考点1重力势能重力势能的变化与重力做功的关系A1重力做功的特点(1)只跟运动物体的_和_的位置有关 ,而跟物体运动的_无关(2)物体下降时重力做

2、_ ,重力势能_；物体升高时重力做_ ,重力势能_(3)重力做功的表达式：WG_ ,其中h1、h2分别表示物体起点和终点的高度2重力势能(1)大小：等于物体所受重力与所处_的乘积 ,表达式为Ep_.(2)单位：_ ,与功的单位相同(3)重力做功与重力势能变化的关系：WG_.【典例1】如下图 ,桌面高为h1 ,质量为m的小球从高出桌面h2的A点下落到地面上的B点 ,在此过程中小球的重力势能()A增加mgh1 B增加mg(h1h2) C减少mgh2 D减少mg(h1h2)【解析】重力做正功WGmg(h1h2) ,那么重力势能减少mg(h1h2)【答案】D【点拨】考查重力做功与重力势能变化的关系WG

3、Ep.另外要注意物体在某一位置具有的重力势能 ,与选取的零势能面有关 ,而重力势能的变化与选取的零势能面无关【变式1】(2019盐城模拟)如下图 ,质量为20kg小孩沿高5m滑梯由静止滑下 ,g取10m/s2 ,在此过程中() A重力做功为100J ,重力势能减少100J B重力做功为100J ,重力势能增加100J C重力做功为1 000J ,重力势能减少1 000J D重力做功为1 000J ,重力势能增加1 000J考点2弹性势能A1定义：发生弹性形变的物体的各局部之间 ,由于有_的相互作用而具有的能2弹性势能(变化)大小探究：(1)弹力做功特点：随弹簧_的变化而变化 ,还因_的不同而不

4、同(2)弹力做功与弹性势能变化的关系：弹力做_时 ,弹性势能_ ,减少的弹性势能_弹力做的功；弹力做_时 ,弹性势能_ ,增加的弹性势能_克服弹力做的功 ,即弹力做功与弹性势能变化的关系为_【典例2】如下图 ,将弹簧拉力器用力拉开的过程中 ,弹簧的弹力和弹性势能的变化情况是()A弹力变大 ,弹性势能变小 B弹力变小 ,弹性势能变大 C弹力和弹性势能都变大 D弹力和弹性势能都变小【解析】弹簧的伸长量越大 ,弹簧的弹性势能越大 ,那么A、D错；由胡克定律可知弹簧的伸长量越大 ,弹力越大 ,那么B错、C对；应选C.【答案】C【点拨】考查弹簧的弹力和弹性势能大小与弹簧形变量的关系【变式2】如下图 ,小

5、朋友在玩蹦蹦杆游戏的过程中 ,关于杆上弹簧 ,以下说法中不正确的选项是() A弹簧恢复到原长时 ,弹性势能为零 B弹簧恢复原长过程中 ,弹性势能转化为其他形式的能 C弹簧形变量最大时 ,弹性势能不一定最大 D弹簧压缩过程中 ,其他形式的能转化为弹性势能考点3机械能守恒定律C1机械能：_和_统称为机械能 ,即E_ ,其中势能包括_和_2机械能守恒定律(1)内容：_.(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)【典例3】以下运动过程中 ,可视为机械能守恒的是() A热气球缓缓升空 B树叶从枝头飘落 C掷出的铅球在空中运动 D

6、跳水运发动在水中下沉【解析】热气球上升受到浮力作用且浮力对热气球做功 ,那么选项A不符合题意；树叶在枝头飘落 ,受到空气阻力 ,且空气阻力对树叶做负功 ,那么选项B不符合题意；抛出的铅球在空中运动 ,重力远大于阻力 ,阻力可以忽略 ,只有重力对铅球做功 ,可以视为机械能守恒 ,那么选项C符合题意；跳水运发动在水中受到水的阻力 ,且阻力对运发动做负功 ,那么选项D不符合题意【答案】C【点拨】机械能守恒的判定依据是有无重力和弹力以外的外力做功 ,在只有重力或弹力做功的物体系统内 ,动能与势能互相转化 ,机械能守恒【变式3】(2019徐州模拟)物体在做以下哪种运动时机械能一定不守恒() A自由落体运

7、动 B平抛运动C跳伞员带着张开的降落伞在空气中匀速下落 D用细线拴着小球在竖直平面内做圆周运动【典例4】如下图 ,一轻弹簧固定于O点 ,另一端系一重物 ,将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度释放 ,让它自由摆下不计空气阻力 ,在重物由A点摆向最低点B的过程中()A重物的重力势能增加 B弹簧的弹性势能不变 C重物的机械能减少 D重物和弹簧组成的系统机械能减少【解析】物体高度降低 ,故重力势能减小 ,应选项A错误；在运动的过程中 ,弹簧的形变量增大 ,那么弹簧的弹性势能增加 ,应选项B错误；由A到B的过程中 ,只有重力和弹簧弹力做功 ,系统机械能守恒；根据能量守恒定律知 ,系统

8、机械能不变 ,弹簧的弹性势能增加 ,那么重物的机械能少 ,故C正确；由A到B的过程中 ,只有重力和弹簧弹力做功 ,系统机械能守恒 ,应选项D错误；故正确答案为C.【答案】C【点拨】只有重力和弹簧弹力做功 ,重物和弹簧组成的系统机械能守恒注意弹簧的弹性势能增加 ,那么重物的机械能减少【变式4】(2019苏州模拟)如下图 ,轻质弹簧竖直放置 ,下端固定小球从弹簧的正上方某一高度处由静止下落 ,不计空气阻力 ,那么从小球接触弹簧到弹簧被压缩至最短的过程中()A小球的动能一直减小 B小球的机械能守恒 C小球的重力势能先减小后增加D弹簧的弹性势能一直增加随堂练习1.飞机从8500m高空下降到1500m高

9、度的过程中() A重力做正功 ,重力势能减少 B重力做正功 ,重力势能增大 C重力做负功 ,重力势能减少 D重力做负功 ,重力势能增大第2题图2(2019宿迁模拟)如下图 ,跳水运发动离开跳台到入水的过程中 ,他的重心先上升后下降 ,在这一过程中关于运发动的重力势能 ,以下说法中正确的选项是() A增加 B减少 C先增加后减少 D先减少后增加第3题图3如下图 ,小朋友在弹性较好的蹦床上跳跃翻腾 ,尽情嬉耍在小朋友接触床面向下运动的过程中 ,蹦床弹性势能的变化情况是() A先增加再减少 B先减少再做增加 C一直增加 D一直减少4在一次军事演习中 ,伞兵跳离飞机后翻开降落伞 ,实施定点降落在伞兵匀

10、速下降的过程中 ,以下说法正确的选项是() A伞兵的机械能守恒 ,重力势能不变 B伞兵的机械能守恒 ,重力势能减小C伞兵的机械能不守恒 ,重力势能不变 D伞兵的机械能不守恒 ,重力势能减小第5题图5甲、乙两球质量相同 ,悬线一长一短 ,假设将两球从图示位置 ,由同一水平面无初速释放 ,不计阻力 ,那么在小球通过最低点的时刻 ,以下说法不正确的选项是() A甲球的动能比乙球大 B两球受到的拉力大小相等 C两球的向心加速度大小相等 D相对同一参考平面 ,两球机械能不相等第6题图6(2019南通模拟)如图为探究弹簧的弹性势能与哪些因素有关的实验装置 ,用向下的力缓慢推小球压缩弹簧 ,撤去推力后 ,小

11、球从竖直圆管中向上弹出不计摩擦和空气阻力 ,弹簧的形变始终在弹性限度内 ,那么() A只增大弹簧的压缩量 ,小球上升的高度不变 B只增大弹簧的压缩量 ,小球上升的高度增大C只增大弹簧的劲度系数 ,小球上升的高度不变 D只增大弹簧的劲度系数 ,小球上升的高度减小第2课时机械能守恒定律的应用(2)知识梳理1.判断机械能是否守恒的常用方法和常见情形(1)直接分析某一物理过程中动能与势能(重力势能和弹性势能)之和是否不变 ,例如物体沿斜面匀速运动 ,那么物体机械能一定不守恒；(2)分析受力：如果只受重力或弹簧弹力 ,那么机械能一定守恒 ,例如不计空气阻力时做抛体运动的物体；(3)分析受力做功：如果除重

12、力或弹簧弹力以外有其他力 ,但其他力不做功 ,机械能也守恒 ,例如在光滑曲面上运动的物体机械能守恒2机械能守恒时几种列方程的形式(1)选取零势能面后 ,确定初、末位置的机械能 ,列等式Ek1Ep1Ek2Ep2；(2)不需要选取零势能面 ,找出物体初、末位置动能变化量和势能变化量 ,列等式|Ek|Ep|.3应用机械能守恒定律解题的一般步骤(1)确定研究系统(通常是物体和地球、弹簧等)和所研究的物理过程；(2)进行受力分析判断机械能是否守恒；(3)选取零势能面 ,确定物体在初、末位置的动能和势能(重力势能和弹性势能)；(4)根据机械能守恒定律列方程求解【典例1】(2019常州模拟)如下图 ,在竖直

13、平面内固定着光滑的eq f(1,4)圆弧槽 ,它的末端水平 ,上端离水平地面高为H ,将一个小球从上端无初速释放 ,要使小球离槽后的水平位移有最大值 ,那么()A圆弧槽的半径应该为eq f(1,2)H ,水平位移的最大值为H B圆弧槽的半径应该为eq f(1,6)H ,水平位移的最大值为H C圆弧槽的半径应该为eq f(1,2)H ,水平位移的最大值为eq f(r(5),3)H D圆弧槽的半径应该为eq f(1,6)H ,水平位移的最大值为eq f(r(5),3)H【解析】设小球离开圆弧槽时的速度大小为v.选取圆弧槽末端所在水平面为零势能参考平面 ,根据机械能守恒定律得mgReq f(1,2)

14、mv2 ,解得veq r(2gR)；小球离开圆弧槽后做平抛运动 ,由HReq f(1,2)gt2得飞行时间为teq r(f(2HR,g) ,小球的水平射程xvt ,代入得xeq r(2gR)eq r(f(2HR,g)2eq r(RHR) ,根据数学知识可知：当RHR即Req f(H,2)时 ,x有最大值H.【答案】A【点拨】机械能守恒定律结合平抛运动、数学函数知识求解问题【变式1】(2019扬州模拟)在一项体育游戏娱乐节目中 ,选手需借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上 ,如下图 ,将选手简化为悬挂在绳末端质量m60kg的质点 ,选手抓住绳由静止开始摆动 ,此时绳与竖直方向的夹角53 ,绳的悬

15、挂点O距水面的高度为H3m ,绳长为L2m.不考虑空气阻力和绳的质量 ,浮台露出水面的高度不计 ,重力加速度g10m/s2 ,sin530.8 ,cos530.6.求：(1)选手摆到最低点时速度v的大小；(2)假设选手摆到最高点时松手落入水中 ,选手从松手到落至水面的时间t；(3)假设选手摆到最低点时松手 ,要使选手在浮台上的落点距岸边最远 ,那么绳长应为多少？【典例2】(2019连云港模拟)如下图 ,在同一竖直平面内有两个上下正对着的相同半圆形光滑轨道 ,半径为R ,它们之间的距离为x且可调 ,在最低点B处与最高点A处各放一个压力传感器 ,一质量为m的小球在两轨道间运动 ,小球经过最低点B时

16、压力传感器示数为20mg(在后面的实验中总保持该示数不变) ,g为重力加速度 ,不计空气阻力求：(1)小球经过最低点B时的速度大小；(2)当调节xR时 ,小球经过最高点A处压力传感器示数；(3)在保证小球能经过最高点A的情况下改变x ,两压力传感器示数差的绝对值F也随之改变试通过计算在坐标系中画出eq f(F,mg)随eq f(x,R)变化的图象【解析】(1)由牛顿第二定律可知FBmgmeq f(veq oal(2,B),R) ,得vBeq r(19gR)；(2)选取B点所在水平面为零势能参考平面 ,由机械能守恒定律可知eq f(1,2)mveq oal(2,A)mg(2Rx)eq f(1,2

17、)mveq oal(2,B) ,得veq oal(2,A)13gR ,由牛顿第二定律可知FAmgmeq f(veq oal(2,A),R) ,得FA12mg.(3)由第(2)问可知：veq oal(2,A)veq oal(2,B)2g(2Rx) ,FA14mg2mgeq f(x,R) ,所以FFBFA6mg2mgeq f(x,R) ,即eq f(F,mg)2eq f(x,R)6.假设小球能通过最高点A ,A点的力传感器的示数FA0 ,由FA14mg2mgeq f(x,R) ,可得x7R ,即eq f(x,R)7.图象如下图【答案】(1)eq r(19 gR)(2)12mg(3)如下图【点拨】考

18、查机械能守恒定律与圆周运动问题的综合计算；用图象来表示物理过程的变化近几年经常考查 ,要特别关注【变式2】如下图 ,位于竖直平面内的光滑轨道 ,由一段倾斜的直轨道和与之相切的圆形轨道连接而成 ,圆形轨道的半径为R ,一质量为m的小物块从斜轨道上某处由静止开始下滑 ,然后沿圆形轨道运动 ,要求小物块能通过圆形轨道最高点 ,且在该最高点与轨道间的压力不能超过5mg(g为重力加速度) ,求物块初始位置相对于圆形轨道底部的高度h的取值范围随堂练习1.(2019南京金陵模拟)如下图 ,质量m50kg的跳水运发动从距水面高h10m的跳台上以v05m/s的速度斜向上起跳 ,最终落入水中假设忽略运发动的身高

19、,取g10m/s2 ,求：(1)运发动在跳台上时具有的重力势能(以水面为参考平面)；(2)运发动起跳时的动能；(3)运发动入水时的速度大小第1题图2(2019徐州模拟)如下图 ,倾角45的斜面固定放置在水平地面上 ,质量为m的小球从斜面上方无初速度释放 ,与斜面碰撞后速度大小不变 ,方向变为水平抛出 ,小球从距碰撞点高为h1处自由下落 ,碰撞点距斜面底端高为h2 ,重力加速度为g ,不计空气阻力 ,求：(1)刚开始下落时小球的重力势能(以地面为零势能参考面)；(2)小球与斜面碰撞时的速度大小v1；(2)假设小球平抛后又落到斜面 ,试求小球第二次撞击斜面时的速度v2大小第2题图3(2019镇江模

20、拟)如下图 ,一质量为M、半径为R的光滑大圆环 ,用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大环上质量为m的小环(可视为质点) ,从大环的最高点处由静止滑下 ,重力加速度为g.(1)求小环滑到大环最低点处时的动能Ek；(2)求小环滑到大环最低点处时的角速度；(3)有同学认为 ,当小环滑到大环的最低点处时 ,大环对轻杆的作用力与大环的半径R无关 ,你同意吗？请通过计算说明你的理由第3题图第3课时机械能守恒定律的应用(3)知识梳理考点4能量守恒定律A1能源是人类社会活动的物质根底 ,人类利用能源大约经历了三个时期 ,即_时期、_时期、_时期自工业革命以来 ,_和_成为人类的主要能源2能量的消耗说明能量在_上

21、并未减少 ,但在_上降低了能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的_性这是“自然界的能量虽然守恒 ,但还是要节约能源的根本原因3能量既不会_ ,也不会_ ,它只会从一种形式_为另一种形式 ,或从一个物体_到另一个物体 ,而在_的过程中 ,能量的_保持不变 ,这个规律叫做能量守恒定律【典例1】PM2.5主要来自化石燃料、生物物质、垃圾的燃烧 ,为了控制污染 ,要求我们节约及高效利用能源关于能源和能量 ,以下说法中正确的选项是() A自然界中的石油、煤炭等能源可供人类永久使用B人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源 C能量被使用后就消灭了 ,所以要节约能源 D能量耗散说明自然界的能量在不

22、断减少【解析】石油、煤炭等能源属于不可再生能源 ,不能供人类长久使用 ,故A错误；人类应多开发与利用风能、太阳能等新能源 ,故B正确；能量在使用过程中 ,只能转移和转化 ,不会消灭 ,所以C错误；能量的消耗说明能量在数量上虽未减少 ,但在可利用的品质上降低了 ,从便于利用的变成不便于利用的 ,故D错误【答案】B【点拨】考查对能量守恒、能量耗散等有关概念的理解；培养增强节能的意识【变式1】(2019南京模拟)以下说法中正确的选项是() A某种形式的能量减少 ,一定有其他形式的能量增加 B能量耗散说明 ,能量的总量并不守恒 C随着科技的开展 ,能量是可以凭空产生的 D随着科技的开展 ,永动机是可以

23、制成的考点5探究、实验：用电火花计时器(或电磁打点计时器)验证机械能守恒定律a1机械能守恒条件是指系统中只有重力或弹簧弹力做功 ,如果系统所受外力与重力相比_时 ,也可以认为机械能近似守恒2电火花打点计时器工作电压为交流_V ,电磁打点计时器工作电压为交流_V以下 ,它们的打点周期均为_s.一、实验目的：通过实验验证机械能守恒定律二、实验原理如下图 ,质量为m的物体从O点自由下落 ,以地面作为零重力势能面 ,如果忽略空气阻力 ,下落过程中任意两点A和B的机械能守恒 ,即eq f(1,2)mveq oal(2,A)mghAeq f(1,2)mveq oal(2,B)mghB ,上式亦可写成eq

24、f(1,2)mveq oal(2,B)eq f(1,2)mveq oal(2,A)mghAmghB.等式说明 ,物体重力势能的减少量等于动能的增加量为了方便 ,可以直接从开始下落的O点至任意一点(如图中A点)来进行研究 ,这时应有：eq f(1,2)mv2mgh ,即为本实验要验证的表达式 ,式中h是物体从O点下落至A点的高度 ,v是物体在A点的瞬时速度大小三、实验器材：打点计时器 ,交流电源 ,带有铁夹的铁架台 ,纸带 ,复写纸 ,带夹子的重物 ,刻度尺四、实验步骤1安装装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上 ,接好电路2打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上 ,另一端穿过打

25、点计时器的限位孔 ,用手提着纸带 ,使重物静止在靠近打点计时器的地方先接通电源 ,后松开纸带 ,让重物带着纸带自由下落 ,更换纸带重复做35次实验3选纸带：用eq f(1,2)mveq oal(2,n)mghn验证时 ,应选点迹清晰 ,且第1个点与第2个点间距离略小于或接近2mm的纸带五、数据处理利用起始点和第n点计算 ,代入mghn和eq f(1,2)mveq oal(2,n) ,如果在实验误差允许的条件下 ,mghn和eq f(1,2)mveq oal(2,n)相等 ,那么验证了机械能守恒定律六、误差分析1本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(如空气阻力、打点计时器阻力)做功 ,故动能的增加量Ek稍小于重力势能的减少量Ep ,即Ek、“或“ ,在验证机械能守恒定律的实验中 ,物体受到空气阻力及纸带和打点计时