湖南省高考?xì)v史一輪復(fù)習(xí) 第5章 第3節(jié) 機械能守恒定律課件 粵教版.ppt

第3節(jié)機械能守恒定律 例1 均勻鐵鏈全長為l 其中5 8平放在光滑水平桌面上 其余3 8懸垂于桌邊 如圖5 3 1所示 如果由圖示位置無初速釋放鐵鏈 則鐵鏈釋放前吊在桌邊和平放在桌面上重力勢能分別是多少 剛掛直時重力勢能又是多少 重力做功與重力勢能的變化 圖5 3 1 點評 重力做功只與初 末位置的高度差有關(guān) 與路徑及參考面的選擇無關(guān) 重力做功是過程量 重力勢能與參考面的選取有關(guān) 同一位置的物體 選擇不同的參考平面會有不同的重力勢能值 重力勢能是狀態(tài)量 重力做功過程是重力勢能的改變過程 重力做正功 重力勢能減少 重力做負(fù)功 重力勢能增加 且重力做了多少功 重力勢能就減少多少 即wg ep1 ep2 重力勢能減少量 ep ep1 ep2是絕對的 與參考平面的選擇無關(guān) 例2 雙選 如圖5 3 2所示 斜面置于光滑水平地面上 其光滑斜面上有一物體由靜止開始沿斜面下滑 物體在下滑過程中下列說法正確的是 a 物體的重力勢能減少 動能增加b 斜面的機械能不變c 斜面對物體的作用力垂直于接觸面 不對物體做功d 物體和斜面組成的系統(tǒng)機械能守恒 機械能守恒定律的理解 圖5 3 2 解析 物體下滑過程中 由于物體與斜面相互間有垂直于斜面的作用力 使斜面加速運動 斜面的動能增加 物體克服其相互作用力做功 物體的機械能減少 但動能增加 重力勢能減少 斜面的機械能增加 故a對 b錯 物體沿斜面下滑時既沿斜面向下運動 又隨斜面向右運動 其合速度方向與斜面方向不垂直 彈力方向垂直于斜面但與速度方向之間的夾角大于90 所以斜面對物體的作用力做負(fù)功 則c錯 對斜面和物體組成的系統(tǒng)只有重力在做功 故系統(tǒng)機械能守恒 則d正確 答案 ad 點評 判斷機械能守恒時 對單個物體就看是否有重力做功 并非只受重力 而是雖受其他力 但其他力不做功或做功代數(shù)和為零 機械能也守恒 對由兩個或兩個以上的物體組成的系統(tǒng) 在判斷其機械能是否守恒時 就看是否只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功 若有其他外力或內(nèi)力做功 如內(nèi)部有摩擦等 則系統(tǒng)機械能不守恒 1 不能把重力勢能和重力做功聯(lián)系起來 甚至認(rèn)為是一樣的 不知一個是狀態(tài)量 一個是過程量 2 對重力勢能的計算不選擇零勢面導(dǎo)致錯誤 3 重力勢能的正負(fù)理解不清楚 計算重力勢能時高度算錯 4 沒有理解機械能守恒定律的條件 例3 如圖5 3 3所示 物體a b通過光滑的輕滑輪相連 b物體放在光滑的水平桌面上 b物體質(zhì)量是a物體質(zhì)量的一半 先按住b使整個裝置靜止 放手時 a離地面的高度為h 問 當(dāng)a離地面的高度h為多少時 它的動能和勢能相等 設(shè)b尚未離開桌面 以地面為參考平面 圖5 3 3 錯解原因 以a b和繩整體為研究對象 系統(tǒng)只有重力做功 因而機械能守恒 部分學(xué)生在列式時 漏掉a或b的動能 導(dǎo)致失誤 糾錯心得 機械能守恒定律有三種表達(dá)式 1 e1 e2 系統(tǒng)原來的機械能等于系統(tǒng)后來的機械能 2 ek ep 系統(tǒng)變化的動能大小等于系統(tǒng)變化的勢能大小 3 ea eb 系統(tǒng)內(nèi)a物體增加的機械能等于b物體減少的機械能 第一種表達(dá)式是從 守恒 的角度反映機械能守恒 解題時必須選取零勢面 而后兩種表達(dá)式都是從 轉(zhuǎn)化 的角度來反映機械能守恒 不必選取零勢面 因此 當(dāng)零勢面難以選取時 應(yīng)選后兩種表達(dá)式列方程 例4 如圖5 3 4所示 光滑軌道ab部分平直 bc部分是處于豎直平面內(nèi)半徑為r的半圓 圓管截面半徑r r 有一質(zhì)量為m 半徑比r略小的光滑小球以水平初速度v0射入圓管 問 1 要小球能從c端出來 初速度v0需多大 2 在小球從c端出來的瞬間 對管壁壓力有哪幾種典型情況 初速度v0各應(yīng)滿足什么條件 3 要讓小球在c處時能對下管壁有壓力 初速度v0應(yīng)滿足什么條件 題型一機械能守恒定律的應(yīng)用 圖5 3 4 思維拓展 只有弄清物體的運動過程 分析其受力特點及運動情況 發(fā)現(xiàn)運動所遵循的物理規(guī)律 才能確定實施求解的物理公式或規(guī)律 進而列式求解 一般來說 涉及豎直平面內(nèi)做圓周運動物體的機械能守恒問題時 常需同時列出機械能守恒方程和牛頓第三定律方程 才能解決問題 跟蹤訓(xùn)練1如圖5 3 5所示 b的質(zhì)量為2m 半徑為r的光滑木塊 放在光滑水平桌面上 a是質(zhì)量為m的細(xì)長桿 光滑套管d被固定在豎直方向 a可以自由上下運動 物塊c的質(zhì)量為m 緊靠木塊b放置 初始時 a桿被握住 使其下端正好與木塊的半球面上邊緣接觸 然后從靜止開始釋放a a b c便開始運動 求 1 長直桿的下端運動到木塊的最低點時 長直桿豎直方向的速度和b c水平方向的速度 2 運動過程中 長直桿的下端能上升到的最大高度距離木塊底部的高度 圖5 3 5 解析 桿只能沿豎直方向運動 桿下降過程 其重力勢能轉(zhuǎn)化為a b和c的動能 桿下降到最低位置時速度為零 而b和c達(dá)到了最大速度 此后b c分離 b減速 c勻速 b的動能又轉(zhuǎn)化為桿的重力勢能 例5 如圖5 3 6所示 一很長的 不可伸長的柔軟輕繩跨過光滑定滑輪 繩兩端各系一小球a和b a球質(zhì)量為m 靜置于地面 b球質(zhì)量為3m 用手托住 高度為h 此時輕繩剛好拉緊 從靜止開始釋放b后 a可能達(dá)到的最大高度為 a hb 1 5hc 2hd 2 5h 題型二機械能守恒定律與連接體的關(guān)系 圖5 3 6 切入點 此題分兩個過程 第一個過程為b落地前 此過程中對a b單個物體機械能并不守恒 但對a b組成的系統(tǒng)機械能守恒 第二個過程為b落地后a豎直上升的過程 a 包括地球 的機械能守恒 答案 b 思維拓展 1 當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有兩個或兩個以上的物體時 由于確定兩物體在兩個狀態(tài)下的重力勢能大小比較麻煩 而利用表達(dá)式 ek ep列式可以不用確定重力勢能參考面 故用此表達(dá)式列式更簡便 2 對于由繩或桿相連接的物體系 要注意兩物體的速度是否相等 跟蹤訓(xùn)練2如圖5 3 7所示 一根長為1m 可繞o軸在豎直平面內(nèi)無摩擦轉(zhuǎn)動的細(xì)桿ab 已知oa 0 6m ob 0 4m 質(zhì)量相等的兩個球分別固定在桿的a b端 由水平位置自由釋放 求輕桿轉(zhuǎn)到豎直位置時兩球的速度 g取10m s2 圖5 3 7 1 單選 游樂場中的一種滑梯如圖5 3 8所示 小朋友從軌道頂端由靜止開始下滑 沿水平軌道滑動了一段距離后停下來 則 a 下滑過程中支持力對小朋友做功b 下滑過程中小朋友的重力勢能增加c 整個運動過程中小朋友的機械能守恒d 在水平面滑動過程中摩擦力對小朋友做負(fù)功 d 圖5 3 8 解析 在滑動的過程中 人受三個力 重力做正功 重力勢能減少 b錯 支持力不做功 摩擦力做負(fù)功 所以機械能不守恒 a c皆錯 d正確 a m mb m 2mc 木箱不與彈簧接觸時 上滑的加速度大于下滑的加速度d 在木箱與貨物從頂端滑到最低點的過程中 減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能答案 bc 圖5 3 9 3 2010 江蘇卷 在游樂節(jié)目中 選手需要借助懸掛在高處的繩飛越到水面的浮臺上 小明和小陽觀看后對此進行了討論 如圖5 3 10所示 他們將選手簡化為質(zhì)量m 60kg的質(zhì)點 選手抓住繩由靜止開始擺動 此時繩與豎直方向夾角 53 繩的懸掛點o距水面的高度為h 3m 不考慮空氣阻力和繩的質(zhì)量 浮臺露出水面的高度不計 水足夠深 取重力加速度g 10m s2 sin53 0 8 cos53 0 6 1 求選手?jǐn)[到最低點時對繩拉力的大小f 2 若繩長l 2m 選手?jǐn)[到最高點時松手落入水中 設(shè)水對選手的平均浮力f1 800n 平均阻力f2 700n 求選手落入水中的深度d 3 若選手?jǐn)[到最低點時松手 小明認(rèn)為繩越長 在浮臺上的落點距岸邊越遠(yuǎn) 小陽認(rèn)為繩越短 落點距岸邊越遠(yuǎn) 請通過推算說明你的觀點 圖5 3 10 4 單選 2010 惠州調(diào)研 物體只在重力和一個不為零的向上的拉力作用下 分別做了勻速上升 加速上升和減速上升三種運動 在這三種情況下物體機械能的變化情況是 a 勻速上升機械能不變 加速上升機械能增加 減速上升機械能減小b 勻速上升和加速上升機械能增加 減速上升機械能減小c 由于該拉力與重力大小的關(guān)系不明確 所以不能確定物體機械能的變化情況d 三種情況中 物體的機械能均增加答案 d 解析 三種情況中除了重力外 還有拉力做了正功 所以三種情況機械能都不守恒 都增加了 5 2010 江蘇模擬 如圖5 3 11所示 一玩滾軸溜冰的小孩 可視作質(zhì)點 質(zhì)量為m 30kg 他在左側(cè)平臺上滑行一段距離后平拋 恰能無碰撞地沿圓弧切線從a點進入光滑豎直圓弧軌道 并沿軌道下滑 a b為圓弧兩端點 其連線水平