高考物理总复习-第五章-第3讲-机械能守恒定律和能量转化与守恒定律课件

温故自查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)＝

.被举高mgh标量大小减少增加等于Ep1－Ep22．弹性势能(1)概念：物体由于发生

而具有的能．(2)大小：弹性势能的大小与弹簧的

有关，弹簧的

越大或

越大，弹簧的弹性势能越大．弹性形变形变量及劲度系数形变量劲度系数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Δh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温故自查1．内容：在只有

(或弹簧的

)做功的情况下，物体的

(或

)和动能发生相互转化，但机械能的总量保持

．重力弹力重力势能弹性势能不变3．机械能守恒的条件(1)只有

(或弹簧的

)做功．(2)受其他外力，但其他外力不做功或做功的代数和

．重力弹力为零考点精析1．机械能守恒定律的研究对象一定是系统，至少包括地球在内．通常我们说“小球的机械能守恒”其实一定包括地球在内，因为重力势能就是小球和地球所共有的．另外小球的动能中所用的v，也是相对于地面的速度．2．当研究对象(除地球以外)只有一个物体时，往往根据是否“只有重力做功”来判定机械能是否守恒；当研究对象(除地球以外)由多个物体组成时，往往根据是否“没有摩擦力和介质阻力”来判定机械能是否守恒．3．“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”.温故自查1．能的概念：一个物体能够

，这个物体就具有能量．2．规律：各种不同形式的能量可以

，而且在转化的过程中能量

．3．功能关系：做功的过程就是

的过程，物体

就有多少形式的能

为其他形式的能，功是能量转化的

．对外做功相互转化守恒能量转化做了多少功转化量度(1)重力做正功，重力势能

；重力做负功，重力势能

．(2)弹力做

，弹性势能减少；弹力做

，弹性势能

．减少增加正功负功增加考点精析应用功能关系需注意的问题1．搞清力对“谁”做功：对“谁”做功就对应“谁”的位移，引起“谁”的能量变化．如子弹物块模型中，摩擦力对子弹的功必须用子弹的位移去求解，这个功引起子弹动能变化．2．搞清不同的力做功对应不同形式的能的改变不同的力做功对应不同形式能的变化定量的关系合外力的功(所有外力的功)动能变化合外力对物体做功等于物体动能的增量W合＝Ek2－Ek1重力的功重力势能变化重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2弹簧弹力的功弹性势能变化弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加WF＝－ΔEp＝Ep1－Ep2只有重力、弹簧弹力的功不引起机械能变化机械能守恒ΔE＝0不同的力做功对应不同形式能的变化定量的关系除重力和弹簧弹力之外的力做的功机械能变化除重力和弹簧弹力之外的力做多少正功，物体的机械能就增加多少；除重力和弹力之外的力做多少负功，物体的机械能就减少多少W除G、F外＝ΔE电场力的功电势能变化电场力做正功，电势能减少；；电场力做负功，电势能增加W电＝－ΔEp分子力的功分子势能变化分子力做正功，分子势能减少；分子力做负功，分子势能增加W分子＝－ΔEp一对滑动摩擦力的总功内能变化作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加Q＝Ff·l相对温故自查能量既不会

，也不会凭空消失，它只能从一种形式

为另一种形式，或从一个物体

到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量

．凭空产生转化转移保持不变考点精析能的转化和守恒定律的理解和应用1．对定律的理解(1)某种形式的能量减少，一定存在另外形式的能量增加，且减少量和增加量相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，且减少量和增加量相等．2．应用定律解题的步骤：(1)分清共有多少种形式的能(如动能、势能、电能、内能等)在变化．(2)明确哪些能量增加，哪些能量减少．(3)减少的总能量一定等于增加的总能量，据此列出方程：ΔE减＝ΔE增．3．能量转化和转移具有方向性(1)能量耗散：宏观过程中，流散到周围环境中的内能无法收集重新利用的现象．(2)能量利用过程的实质：能量转化和传递的过程．(3)能量耗散表明，能量数量并未减少，但在可以利用的品质上降低了，从便于使用到不便于使用．命题规律根据机械能守恒条件，判断物体或系统的机械能是否守恒．[考例1]如图所示，斜面置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑，在物体下滑过程中，下列说法正确的是 ()A．物体的重力势能减少，动能增加B．斜面的机械能不变C．斜面对物体的作用力垂直于接触面，不对物体做功D．物体和斜面组成的系统机械能守恒[解析]物体下滑过程中，由于物体与斜面相互间有垂直于斜面的作用力，使斜面加速运动，斜面的动能增加；物体克服其相互作用力做功，物体的机械能减少，但动能增加，重力势能减少，选项A正确．选项B错误．物体沿斜面下滑时既沿斜面向下运动，又随斜面向右运动，其合速度方向与弹力方向不垂直，弹力方向垂直于接触面，但与速度方向之间的夹角大于90°，所以斜面对物体的作用力对物体做负功，选项C错误，对物体与斜面组成的系统，仅有重力做功，因此，系统机械能守恒，选项D正确．综上所述，该题的正确答案为A、D.[答案]AD[总结评述]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．如图所示，光滑细杆AB、AC在A点连接，AB竖直放置，AC水平放置，两相同的中心有小孔的小球M、N，分别套在AB和AC上，并用一细绳相连，细绳恰好被拉直，现由静止释放M、N，在运动过程中下列说法正确的是()A．M球的机械能守恒B．M球的机械能减小C．M和N组成的系统的机械能守恒D．绳的拉力对N做负功[答案]BC[解析]由于杆AB、AC光滑，所以M下降，N向左运动，N动能增加，M对N做功，所以M的机械能减小，N的机械能增加，对MN系统无外力做功，所以系统的机械能守恒.命题规律利用机械能守恒定律，计算物体的动能、势能的变化，及物体在某一位置的速度大小．[考例2]如图中的AOB是游乐场中的滑道模型，它位于竖直平面内由两个半径都是R的圆周连接而成，它们的圆心O1、O2与两圆弧的连接点O在同一竖直线上．O2B沿水池的水面．一质量为m小滑块可由弧AO的A点从静止开始下滑．(1)若小滑块下滑到O点时，求此时小滑块的速度及小滑块对滑道的压力？(2)若小滑块下滑到O点时恰好与滑道无压力，求小滑块从何处开始下滑并求出滑块落在水平面与O2之间的距离？(用此位置到O2的连线与O2竖直线的夹角表示)如图，斜面与半径R＝2.5m的竖直半圆组成光滑轨道，一个小球从A点斜向上抛，并在半圆最高点D水平进入轨道，然后沿斜面向上，最大高度达到h＝10m，求小球抛出的速度和位置．[答案]见解析命题规律多个物体组成的系统机械能守恒，由于系统的内力做功，单个物体机械能不守恒，利用系统机械能守恒，求系统或某物体在某一时刻的速度大小或位置．[考例3]如图所示，B是质量为2m、半径为R的光滑半球形碗，放在光滑的水平桌面上．A是质量为m的细长直杆，光滑套管D被固定在竖直方向，A可以自由上下运动，物块C的质量为m，紧靠半球形碗放置．初始时，A杆被握住，使其下端正好与碗的半球面的上边缘接触．然后从静止开始释放A，A、B、C便开始运动．求：(1)长直杆的下端运动到碗的最低点时，长直杆竖直方向的速度和B、C水平方向的速度；(2)运动过程中，长直杆的下端能上升到的最高点距离半球形碗底部的高度．[解析]杆只能沿竖直方向运动，杆下降过程，其重力势能转化为A、B和C的动能，杆下降到最低位置时速度为零，而B和C达到了最大速度．此后B、C分离、B减速，C匀速，B的动能又转化为杆的重力势能．[总结评述]

本题的切入点较高，是一道区分度较高的题，分析时要注意：长直杆在竖直方向向下运动时，先加速后减速，下端运动到碗的最低点时，长直杆竖直方向的速度为0；再往后，B、C两物体分离，长直杆在竖直方向向上运动．先加速后减速，下端运动到最高点时，长直杆竖直方向的速度为0.准确分析直杆在竖直方向的运动状态是解决本题的关键．如图所示，光滑半圆上有两个小球，质量分别为m和M，由细绳挂着，今由静止开始释放，求小球m至C点时的速度．(m未离开半圆轨道)命题规律分析物体或系统受力和做功，利用功能关系求物体或系统所消耗的能量或系统所做的功，该类型题难度较大，常是力学综合题．[考例4](2010·辽宁大连双基测试)如图所示，固定斜面的倾角θ＝30°，物体A与斜面之间的动摩擦因数为μ，轻弹簧下端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于C点．用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B，滑轮右侧绳子与斜面平行，A的质量为2m，B的质量为m，初始时物体A到C点的距离为L.现给A、B一初速度v0使A开始沿斜面向下运动，B向上运动，物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点．已知重力加速度为g，不计空气阻力，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态，求此过程中：(1)物体A向下运动刚到C点时的速度；(2)弹簧的最大压缩量；(3)弹簧中的最大弹性势能．(1)风力发电是绿色能源，某地强风的风速为v，设空气密度为ρ，如果把通过横截面为S的风的动能的50%转化为电能，则电功率为________．(2)质量为1kg的物体以某一初速度在水平面上滑行，由于摩擦阻力的作用，其动能随位移变化的图线如图所示，g取10m/s2，则物体与水平面的动摩擦因数μ＝________，物体滑行的总时间为________s.命题规律利用能量关系求解另一种状态时物体或系统的某一种形式的能，或求物体的位移、速度大小．(1)求推力撤去瞬间，滑块的加速度；(2)求滑块第一次到达圆弧轨道最低点B时对B点的压力F；(3)判断滑块能否越过C点，如果能，求出滑块到达C点的速度vC和滑块离开C点再次回到C点所用时间t，如果不能，求出滑块能达到的最大高度h.[答案](1)50m/s2(2)62N(3)能0.2s如图所示，一个质量m＝0.2kg的小球系于轻质弹簧的一端，且套在竖立的圆环上，弹簧的上端固定于环的最高点A，环的半径R＝0.5m.弹簧的原长l0＝0.5m，劲度系数k＝4.8N/m.若小球从图示位置B点由静止开始滑动到最低点C时，弹簧的弹性势能E弹＝0.6J，求：(1)小球