【红对勾】高考物理 机械能守恒定律 能的转化和守恒定律课件

课时3机械能守恒定律能的转化和守恒定律知识点一重力势能和弹性势能——知识回顾——1．重力势能(1)重力做功的特点①重力做功与

无关，只与始末位置的

有关．②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①概念：物体由于

而具有的能．②表达式：Ep＝

.③矢标性：重力势能是

，正、负表示其

．(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

；重力对物体做负功，重力势能就

．②定量关系：重力对物体做的功

物体重力势能的减少量．即WG＝－(EP2－EP1)＝EP1－EP2.被举高mgh标量大小减少增加等于2．弹性势能(1)概念：物体由于发生

而具有的能．(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——要点深化——1．重力势能公式中h的含义要特别注意重力势能公式EP＝mgh中的h表示高度，用来表示物体所在的位置，是个状态量，是由规定的高度零点(如地面)开始量度的，向上为正．2．势能属于系统所共有重力势能是物体和地球组成的系统所共有的，而不是物体单独具有的，“物体的重力势能”只是一种简化的说法，弹性势能属于系统所有，即由弹簧各部分组成的系统所共有，而与外界物体无关．3．势能的相对性重力势能具有相对性，同一物体位于同一位置时，由于选择不同的水平面作为零势能面，其重力势能的数值(包括正、负)也不同．因而，要确定重力势能，须首先确定零势能面．但是，同一物体在两个不同位置时重力势能之差是确定的，只与两位置的高度差△h有关，与零势能面的选取无关．弹性势能一般取形变量x＝0处为零势能点．4．势能是标量，正负具有大小的含义——基础自测——如图1所示，质量为m的小球，从离桌面H高处由静止下落，桌面离地高度为h.若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化分别是()A．mgh减少mg(H－h)B．mgh增加mg(H＋h)C．－mgh增加mg(H－h)D．－mgh减少mg(H＋h)图1解析：以桌面为参考平面，落地时物体的重力势能为－mgh.末状态的重力势能为－mgh，初状态的重力势能为mgH，重力势能的变化即为－mgh－mgH＝－mg(H＋h)，重力势能减少了mg(H＋h)．答案：D知识点二机械能守恒定律——知识回顾——1．机械能

和

统称为机械能，即E＝

，其中势能包括

和

．动能势能Ek＋EP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：①Ek1＋EP1＝Ek2＋EP2.(要选零势能参考平面)②△Ek＝

.(不用选零势能参考平面)③△EA增＝

．(不用选零势能参考平面)重力或弹力保持不变－△EP△EB减思考：：物体体所受受合外外力为为零，，物体体的机机械能能一定定守恒恒吗？？举例例说明明．不一定定，例例如重重物在在竖直直向上上的外外力作作用——要要点深深化———1．对对机械械能守守恒条“只有重力做功”不等于“只受重力作用”．在该过程中，物体可以受其他力的作用，只要这些力不做功，或所做的功的代数和为零，就可以认为是“只有重力做功”．2．机机械能能守恒恒定律律的三三种表表达形形式和和用法法(1)E2＝E1或Ek1＋EP1＝Ek2＋EP2，表示示系统统在初初状态态的机机械能能等于于其末末状态态的机机械能能．一一般来来说，，当始始、末末状态态的机机械能能的总总和相相等，，运用用这种种形式式表达达时，，应选选好零零势能能面，，且初初、末末状态态的高高度已已知，，系统统除地地球外外，只只有一一个物物体时时，用用这种种表达达形式式较方方便．．(2)△Ep＝－△△Ek，表示示系统统(或或物体体)机机械能能守恒恒时，，系统统减少少(或或增加加)的的势能能等于于增加加(或或减少少)的的总动动能．．应用用时，，关键键在于于分清清重力力势能能的增增加量量和减减少量量，可可不选选零势势能面面而直直接计计算初初、末末状态态的势势能差差．这这种表表达方方式一一般用用于始始末状状态的的高度度未知知，但但高度度变化化已知知的情情况．．(3)△EA增＝△EB减，表示若系系统由A、B两部分组成成，则A部分物体机机械能的增增加量与B部分物体机机械能的减减少量相等等．以上三种表表达方式中中，(1)是最基本本的表达方方式，易于于理解和掌掌握，但始始末状态的的动能和势势能要分析析全，防止止遗漏某种种形式的机机械能．应应用(2)(3)方方式列出的的方程简捷捷，是同学学们应该重重点掌握的的，但在分分析势能的的变化时易易出错，要要引起注意意．——基础自自测——如图2所所示，细细绳跨过过定滑轮轮悬挂两两物体M和m，且M>m，不计摩摩擦，系系统由静静止开始始运动过过程中()A．M、m各自的机机械能分分别守恒恒B．M减少的机机械能等等于m增加的机机械能C．M减少的重重力势能能等于m增加的重重力势能能D．M和m组成的系系统机械械能守恒恒图2解析：M下落过程程，绳的的拉力对对M做负功，，M的机械能能不守恒恒，减少少；m上升过程，答案：BD知识点三功能关系——知识回顾顾——一、能量转化化和守恒定律律能量既不会消消失，也不会会创生．它只只能从一种形形式为另一种形式式，或者从一一个物体到另一个物体体，而在转化化和转移的过过程中，能量量的总量保持持．转化转移不变二、常见的几几种功与能的的关系1．合外力对对物体做功物体动能的改改变．W合＝，即动能定理理．2．重力做功功对应重力势势能的改变．．WG＝－△EP＝EP1－EP2重力做多少正正功，重力势势能多少；重力做做多少负功，，重力势能多少．等于Ek2－Ek1减少增加3．弹簧弹力力做功与弹性性势能的相对应．WF＝－△Ep＝Ep1－EP2弹力做多少正正功，弹性势势能多少；弹力做做多少负功，，弹性势能多少．改变减少增加4．除重力或或弹簧的弹力力以外的其他他力的功与物物体的增量相对应应，即W其他＝△E.(1)除重力力或弹簧的弹弹力以外的其其他力做多少少正功，物体体的机械能就就多少．(2)除重力力或弹簧的弹弹力以外的其其他力做多少少，物体的机械械能就减少多多少．(3)除重力力或弹簧的弹弹力以外的其其他力不做功功或做功的代代数和为零，，物体的机械械能．机械能增加负功守恒特别提提醒一对相相互作作用的的滑动动摩擦擦力对对物体——基从地面竖直上抛一个质量为m的小球，小球上升的最大高度为H.设上升过程中空气阻力F阻恒定．则对于小球的整个上升过程，下列说法中错误的是()A．小球动能减少了mgHB．小球机械能减少了F阻HC．小球重力势能增加了mgHD．小球的加速度大于重力加速度g答案：：A题型一一对机械械能守守恒条条件的的理解解[例1]如图3所示示，斜斜面体体置于于光滑滑水平平地面面上，，其光图3A．物物体的的重力力势能能减少少，动动能增增加B．．斜斜面面的的机机械械能能不不变变C．．斜斜面面对对物物体体的的作作用用力力垂垂直直于于接接触触面面，，不不对对物物体体做做功功D．．物物体体和和斜斜面面组组成成的的系系统统机机械械能能守守恒恒[解解析析]物体体下下滑滑过过程程中中，，由由于于物物体体与与斜斜面面相相互互间间有有垂垂直直于于斜斜面面的的作作用用力力，，使使斜斜面面加加速速运运动动，，斜斜面面的的动动能能增增加加；；物物体体克克服服其其相相互互作作用用力力做做功功，，物物体体的的机机械械能能减减少少，，但但动动能能增增加加，，重重力力势势能能减减少少，，选选项项A正正确确．．选选项项B错错误误．．物体体沿沿斜斜面面下下滑滑时时既既沿沿斜斜面面向向下下运运动动，，又又随随斜斜面面向向右右运运动动，，其其合合速速度度方方向向与与弹弹力力方方向向不不垂垂直直，，弹弹力力方方向向垂垂直直于于接接触触面面，，但但与与速速度度方方向向之之间间的的夹夹角角大大于于90°°，，所所以以斜斜面面对对物物体体的的作作用用力力对对物物体体做做负负功功，，选选项项C错错误误，，对对物物体体与与斜斜面面组组成成的的系系统统，，仅仅有有重重力力做做功功，，因因此此，，系系统统机机械械能能守守恒恒，，选选项项D正正确确．．综上所所述，，该题题的正正确答答案为为A、、D.[答案案]AD判断机械能守恒时，对单个物体就看是否只有重力做功，并非只受重力，虽受其他力，但其他力不做功或做功代数和为零．对由两个或几个物体组成的系统，在判断其机械能守恒时，就看是否只有重力或系统内弹力做功，若有其他外力或内力做功(如内部有摩擦等)，则系统机械能不守恒．变式1—1如图4所示示，一一根轻轻质弹弹簧固固定于于O点，另另一端端系一一个重重物，，将重重物从从与悬悬挂点点等高高的地地方无无初速速度释释放，，让其其自由由摆下下，不不计空空气阻阻力，，重物物在摆摆向最最低点点的位位置的的过程程中()A．重B．重物重力势能与动能之和增大C．重物的机械能不变D．重物的机械能减少图4解析：：物体从从水平平位置置释放放后，，在向向最低低点运运动时时，物物体的的重力力势能能不断断减小小，动动能不不断增增大．．弹簧簧不断断被拉拉长，，弹性性势能能变大大．所所以物物体减减少的的重力力势能能一部部分转转化为为自身身的动动能，，另一一部分分转化化为弹弹簧的的弹性性势能能．对对整个个系统统机械械能守守恒，，而对对重物物来说说，机机械能能减少少．答案：：AD图5[解析析]以铁链链和地地球组组成的的系统统为研研究对对象，，铁链链仅受受两个个力：：重力力G和光滑滑水平平桌面面的支支持力力N，在铁铁链运运动过过程中中，N与运动动速度度v垂直，，N不做功功，只只有重重力G做功，，因此此系统统机械械能守守恒．．铁链链释放放前只只有重重力势势能，，但由由于平平放在在桌面面上与与悬吊吊着两两部分分位置置不同同，计计算重重力势势能时时要分分段计计算．．选铁铁链挂挂直时时的下下端点点为重重力势势能的的零势势面，，应用用机械械能守守恒定定律即即可求求解．．题后反思应用机械能守守恒定律解题题的基本步骤骤由本题可见见一斑，①根根据题意，选选取研究对象象．②明确研研究对象在运运动过程中的的受力情况，，并弄清各力力做功情况，，分析是否满满足机械能守守恒条件．③③恰当地选取取重力势能转转化情况．④④应用机械能能守恒定律列列方程、求解解．变式2—1如图6所示，，均匀铁链长长L，平放在距地地面为h＝2L的光滑水平桌桌面上，其长长度的悬垂于于桌面下，从从静止开始释释放铁链，求求铁链的下端端刚要着地时时的速度．图6题型三系统的机械能能守恒问题[例3]如图7所示，，长为L的轻杆，一端端装有固定光光滑的转动轴轴O，另一端及中中点固定着质质量相同的B球和A球，将轻杆从从水平位置由由静止释放，，当轻杆摆至至竖直位置时时，A、B两球的速度大大小各是多少少？图7题后反思两个或多个物物体系统机械械能守恒时，，其中的单个个物体的机械械能一般是不不守恒的，如如在本题中，，可以计算出出A的机械能减减小，B的机械能增增加．双物物体机械能能守恒的实实例还有：：①轻杆两两端固定两两物体，绕绕与垂直轻轻杆的某一一光滑轴转转动过程中中，两物体体及轻杆组组成系统机机械能守恒恒；②两质质量不等的的物体，通通过轻绳跨跨过挂在天天花板上的的定滑轮，，两物体及及轻绳组成成系统在运运动过程中中机械能守守恒等等．．变式3—1如图8所示示，跨过同同一高度处处的定滑轮轮的细线连连接着质量量相同的物物体A和B，A套在光滑水水平杆上，，定滑轮离离水平杆的的高度h＝0.2m，开始始时让连着着A的细线与水水平杆的夹夹角θ1＝37°，，由静止释释放B，当细线与与水平杆的的夹角θ2＝53°时时，A的速度为多多大？在以以后的运动动过程中，，A所获得的最最大速度为为多大？(设B不会碰到水水平杆，sin37°＝0.6，sin53°°＝0.8，取g＝10m/s2)图8答案：1.1m/s1.63m/s题型四功能关系的的应用[例4]一质量为M＝2.0kg的小小物块随足足够长的水水平传送带带一起运动动，被一水水平向左飞飞来的子弹弹击中并从从物块中穿穿过，如下下图所示．．图9地面观察者者纪录了小小物块被击击中后的速速度随时间间变化的关关系如图9所示(图图中取向右右运动的方方向为正方方向)．已已知传送带带的速度保保持不变，，g取10m/s2.(1)指出出传送带速速度v的方向及大大小，说明明理由．(2)计算算物块与传传送带间的的动摩擦因因数μ.(3)计算算传送带对对外做了多多少功？子子弹射穿物物块后系统统有多少能能量转化为为内能？[解析](1)从速速度图象中中可以看出出，物块被被击穿后，，先向左做做减速运动动，速度为为零后，又又向右做加加速运动，，当速度等等于2m/s，以以后随传送送带一起做做匀速运动动，所以，，传送带的的速度方向向向右，传传送带的速速度v的大小为2.0m/s.[答案](1)2m/s方方向向右右(2)0.2(3)24J36J题后反思(1)在应应用功能关关系时，应应首先弄清清研究对象象，明确力力对“谁”做功，就要要对应“谁”的位移，从从而引起“谁”的能量变化化，在应用用能量的转转化和守恒恒时，一定定要明确存存在哪些能能量形式，，哪种是增增加的？哪哪种是减少少的？然后后再列式求求解．(2)高考考考查这类问问题，常结结合平抛运运动、圆周周运动、电电学等知识识考查学生生的综合分分析能力．．变式4—1飞机场上运运送行李的的装置为一一水平放置置的环形传传送带，传传送带的总总质量为M，其俯视图图如图10所示．现现开启电动动机，传送送带达到稳稳定运行的的速度v后，将行李李依次轻轻轻放到传送送带上．若若有n件质量均为为m的行李需通通过传送带带运送给旅旅客．假设设在转弯处处行李与传传送带无相相对滑动，，忽略皮带带轮、电动动机损失的的能量．求求从电动机机开启，到到运送完行行李需要消消耗的电能能为多少？？1．．下下列列几几种种情情况况，，系系统统的的机机械械能能守守恒恒的的是是图11A．．图图(a)中中一一颗颗弹弹丸丸在在光光滑滑的的碗碗内内做做复复杂杂的的曲曲线线运运动动B．．图图(b)中中运运动动员员在在蹦蹦床床上上越越跳跳越越高高C．．图图(c)中中小