高三物理總復習 4.3機械能守恒定律及其應用課件 魯科版.ppt

第三節(jié)機械能守恒定律及其應用 基礎知識梳理 一 重力勢能1 定義 物體的重力勢能等于它所受 與 的乘積 2 表達式 ep 3 矢標性 重力勢能是 但有正 負 其意義是表示物體的重力勢能比它在 上大還是小 這與功的正 負的物理意義不同 重力 所處高度 mgh 標量 參考平面 4 特點 1 系統(tǒng)性 重力勢能是 和 共有的 2 相對性 重力勢能的大小與 的選取有關 重力勢能的變化是 的 與參考平面的選取 物體 地球 參考平面 絕對 無關 5 重力做功與重力勢能變化的關系重力做正功時 重力勢能 重力做負功時 重力勢能 重力做多少正 負 功 重力勢能就 多少 即wg 減小 增加 減小 增加 ep 1 勢能是標量 但是勢能有正負 勢能的正負表示什么含義 和我們前面所學的功的正負的含義相同嗎 提示 1 由于勢能是標量 其正負表示大小 即勢能為正 說明物體在零勢能面的上方 重力勢能大于零 勢能為負 說明物體在零勢能面的下方 重力勢能小于零 不同的物理量的正負有著不同的物理意義 如前面功的正負表示做功的性質 速度 加速度等矢量的正負表示方向 思考感悟 二 彈性勢能1 定義 物體由于發(fā)生 而具有的能 2 大小 彈性勢能的大小與 及 有關 彈簧的形變量 勁度系數(shù) 彈簧的彈性勢能越大 彈性形變 形變量 勁度系數(shù) 越大 越大 3 彈力做功與彈性勢能變化的關系彈力做正功 彈性勢能 彈力做負功 彈性勢能 即彈簧恢復原長過程中彈力做 彈性勢能 形變量變大的過程中彈力做負功 彈性勢能 減小 增加 正功 減小 增加 思考感悟 2 重力勢能與彈性勢能都具有相對性 二者有何區(qū)別 提示 2 物體彈性形變?yōu)榱銜r 對應彈性勢能為零 而重力勢能的零位置與所選的參考平面有關 具有任意性 三 機械能守恒定律1 內容 在只有 或 做功的物體系統(tǒng)內 和 可以相互轉化 而機械能的總量 重力 彈力 動能 勢能 保持不變 2 守恒表達式 ek2 ep2 ep eb 課堂互動講練 一 機械能守恒的條件及其應用1 機械能守恒條件的理解機械能守恒的條件是 只有重力或彈力做功 可以從以下兩個方面理解 1 只受重力作用 物體的機械能守恒 如忽略空氣阻力的拋體運動 2 受其他力 但其他力不做功 只有重力或彈力做功 物體的機械能守恒 如物體在光滑曲面上運動 雖然受重力和曲面的支持力作用 但支持力不做功 2 判斷機械能守恒的方法 1 直接判斷 利用機械能的定義e機 ek ep 2 用做功判斷 若物體或系統(tǒng)只有重力 或彈簧的彈力 做功 雖受其他力 但其他力不做功 機械能守恒 3 用能量轉化來判斷 若物體或系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉化而無機械能與其他形式能的轉化 特別是沒有摩擦熱產生 則物體系統(tǒng)機械能守恒 4 對一些繩子突然繃緊 物體間碰撞等 除非題目特別說明 否則機械能必定不守恒 名師點睛 機械能守恒的條件是只有重力或彈力做功 這里的彈力不是任何彈力都行 如果是木板托著小球向上運動 木板的彈力對小球做功 機械能不守恒 在高中階段 這里的彈力往往指彈簧的彈力 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 2011年北京西城區(qū)模擬 圖4 3 1所示幾種情況 系統(tǒng)的機械能守恒的是 圖4 3 1 一顆彈丸在光滑的碗內做復雜的曲線運動 圖甲 運動員在蹦床上越跳越高 圖乙 圖丙中小車上放一木塊 小車的左側有彈簧與墻壁相連 小車在左右振動時 木塊相對于小車無滑動 車輪與地面間摩擦不計 圖丙中如果小車振動時 木塊相對小車滑動 木塊與小車有摩擦 a b c d 解析 選d 對 而言 僅重力對彈丸做功 機械能守恒 故 正確 對 而言 運動員不斷對自己做功 機械能增加 故 不正確 對 而言 能量僅在動能和彈性勢能之間轉化 機械能守恒 對 而言 有摩擦生熱 故 不正確 故選項d正確 二 機械能守恒的應用1 機械能守恒定律的三種表達形式和用法 1 e2 e1或ek1 ep1 ek2 ep2 表示系統(tǒng)在初狀態(tài)的機械能等于其末狀態(tài)的機械能 一般來說 當始 末狀態(tài)的機械能的總和相等 運用這種形式表達時 應選好零勢能面 且初 末狀態(tài)的高度已知 系統(tǒng)除地球外 只有一個物體時 用這種表達形式較方便 2 ep ek 表示系統(tǒng) 或物體 機械能守恒時 系統(tǒng)減少 或增加 的勢能等于增加 或減少 的總動能 應用時 關鍵在于分清重力勢能的增加量和減少量 可不選零勢能面而直接計算初 末狀態(tài)的勢能差 這種表達式一般用于始末狀態(tài)的高度未知 但高度變化已知的情況 3 ea增 eb減 表示若系統(tǒng)由a b兩部分組成 則a部分物體機械能的增加量與b部分物體機械能的減少量相等 2 應用機械能守恒定律解題的基本步驟 1 分析題意 明確研究對象 2 分析研究對象在運動過程中受力情況 弄清楚物體所受各力做功的情況 判斷機械能是否守恒 3 選取零勢能面 確定研究對象在始末狀態(tài)時的機械能 4 根據(jù)機械能守恒定律列出方程進行求解 并對結果進行必要的討論和說明 名師點睛 1 機械能守恒定律的研究對象可以分為三種類型 單物體與地球構成的系統(tǒng) 單物體與彈簧 地球構成的系統(tǒng) 多物體與彈簧 地球構成的系統(tǒng) 2 在應用機械能守恒處理問題時 一般先選取一個零勢能參考平面 通常情況下 選擇在整個過程中物體所達到的最低點所在的水平面為零勢能面 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 2010年高考福建卷 如圖4 3 2甲所示 質量不計的彈簧豎直固定在水平面上 t 0時刻 將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放 小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點 然后又被彈起離開彈簧 上升到一定高度后再下落 如此反復 通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器 測出這一過程彈簧彈力f隨時間t變化的圖象如圖乙所示 則 圖4 3 2 a t1時刻小球動能最大b t2時刻小球動能最大c t2 t3這段時間內 小球的動能先增加后減少d t2 t3這段時間內 小球增加的動能等于彈簧減少的彈性勢能 解析 選c 0 t1時間內 小球做自由落體運動 故彈簧彈力為零 t1 t2時間內 小球壓縮彈簧 當彈力等于重力時 小球速度最大 在此時刻之前 小球做加速度減小的加速運動 之后做加速度增加的減速運動 t2時刻減速到零 t2 t3時間內 小球向上先加速運動后減速運動 故a b c三選項中 只有c項正確 t2 t3時間內彈簧減少的彈性勢能轉化為小球增加的動能和重力勢能之和 故d項錯誤 經(jīng)典題型探究 2011年莆田模擬 如圖4 3 3所示 木塊均在固定斜面上運動 其中圖a b c中的斜面是光滑的 圖d中的斜面是粗糙的 圖a b中的f為木塊所受的力 方向如圖中箭頭所示 圖a b d的木塊向下運動 圖c中的木塊向上運動 在這四個圖所示的運動過程中的機械能守恒的是 圖4 3 3 思路點撥 分析物體的運動過程看是否滿足機械能守恒的條件 解析 機械能守恒的條件是 物體只受重力和彈力 能產生彈性勢能 的作用 或者還受其他力的作用 但其他力不做功 那么在動能與勢能的相互轉化過程中 機械能守恒 依照此條件分析 a b d均錯 c選項正確 答案 c 規(guī)律總結 判斷機械能是否守恒時要注意兩點 1 機械能守恒的條件絕不是合外力的功等于零 更不是合外力為零 判斷機械能是否守恒時 要根據(jù)不同情景恰當?shù)剡x取判斷方法 2 如果除物體的重力和系統(tǒng)內的彈力做功之外 還有其他力做功 且其他力所做的總功為零 此種情況下不能說物體的機械能守恒 只能說其機械能不變 圖4 3 4 1 求h的大小 2 試討論此球是否到達bdo軌道的o點 并說明理由 3 小球沿軌道運動后再次落到軌道上的速度大小 思路點撥 解答本題時可按以下思路分析 解題樣板 1 小球從h高處落下 進入軌道 沿bdo軌道做圓周運動 小球受重力和軌道的支持力 設小球通過d點的速度為v 通過d點時軌道對小球的支持力f 大小等于小球對軌道的壓力 是它做圓周運動的向心力 即 答案 1 10m 2 能通過o點 理由見解題樣板 3 17 3m s 規(guī)律總結 對于多過程問題在應用機械能守恒定律前要注意過程分析 看是否都符合機械能守恒條件 若不全符合 則可分過程應用機械能守恒定律 若全符合機械能守恒定律 既可以分階段也可以全過程應用守恒定律 圖4 3 5 如圖4 3 5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球質量為m 靜置于地面 b球質量為3m 用手托住 高度為h 此時輕繩剛好