第七章-3機(jī)械能守恒定律及能量守恒

1、-1-課時(shí)課時(shí)1515機(jī)械能守恒定律與能量守恒機(jī)械能守恒定律與能量守恒學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)條目解析條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6考點(diǎn)1機(jī)械能與機(jī)械能的變化1.機(jī)械能:動(dòng)能和勢(shì)能的總和稱為機(jī)械能,其中勢(shì)能包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。2.機(jī)械能是標(biāo)量,只有大小,沒有方向,但是有正、負(fù)(因?yàn)閯?shì)能有正、負(fù))。3.機(jī)械能的變化:除重力、彈力外,其他力所做總功等于機(jī)械能的變化量,做正功,機(jī)械能增加;做負(fù)功,機(jī)械能減少。1.功是能量轉(zhuǎn)化的量度:做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程,做了多少功,就伴隨著有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化;反之,轉(zhuǎn)化了多少能量就說明做了多少功。2.機(jī)械能具有相對(duì)性;機(jī)械能是個(gè)狀態(tài)量。條目解析學(xué)考標(biāo)

2、準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6典例典例1從地面豎直上拋一個(gè)質(zhì)量為m的小球,小球上升的最大高度為h。設(shè)上升和下降過程中空氣阻力大小恒定為Ff。下列說法正確的是()A.小球上升的過程中動(dòng)能減少了mghB.小球上升和下降的整個(gè)過程中機(jī)械能減少了FfhC.小球上升的過程中重力勢(shì)能增加了mghD.小球上升和下降的整個(gè)過程中動(dòng)能減少了Ffh 答案解析解析關(guān)閉小球在上升過程中的動(dòng)能減少量等于克服合力做的功,即Ek=(mg+Ff)h,A錯(cuò)誤;整個(gè)過程中的機(jī)械能減少量(動(dòng)能減少量)等于克服除重力之外其他力做的功,即E=2Ffh,B、D錯(cuò)誤;上升過程中重力勢(shì)能增加量等于克服重力做的功,即Ep=mgh,C正

3、確。 答案解析關(guān)閉C 條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6考點(diǎn)2機(jī)械能守恒的判斷方法1.利用機(jī)械能的定義判斷(直接判斷):若物體動(dòng)能、勢(shì)能均不變,則機(jī)械能不變。若一個(gè)物體動(dòng)能不變、重力勢(shì)能變化,或重力勢(shì)能不變、動(dòng)能變化或動(dòng)能和重力勢(shì)能同時(shí)增加(減少),其機(jī)械能一定變化。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(jī)械能守恒。3.用能量轉(zhuǎn)化來判斷:若物體或系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化,則物體或系統(tǒng)機(jī)械能守恒。機(jī)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;“只有重力或彈力做功”不等于“只受重力或彈

4、力作用”。條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6典例典例2結(jié)合圖,關(guān)于機(jī)械能守恒說法正確的是(忽略空氣阻力)()A.將箭搭在弦上,拉弓的整個(gè)過程,弓和箭組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒B.在動(dòng)力作用下從軌道上緩慢上行的過山車,機(jī)械能守恒C.在一根細(xì)線的中央懸掛著一物體,雙手拉著細(xì)線緩慢分開的過程,物體機(jī)械能守恒D.將內(nèi)有彈簧的圓珠筆的筆帽抵在桌面,放手后圓珠筆離開桌面上升的過程中,筆的機(jī)械能守恒 答案解析解析關(guān)閉拉弓過程中,人對(duì)弓和箭組成的整體做正功,整體機(jī)械能增大,A錯(cuò);過山車緩慢上行過程中,車動(dòng)能不變,重力勢(shì)能增大,機(jī)械能增大,B錯(cuò);手分開細(xì)線,物體重力勢(shì)能增大,而緩慢移動(dòng)v不變,動(dòng)能不

5、變,機(jī)械能增大,C錯(cuò);圓珠筆離開桌面上升的過程中只受重力作用,動(dòng)能、重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能不變,D對(duì)。 答案解析關(guān)閉D條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6考點(diǎn)3運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解題的三種表達(dá)形式1.守恒觀點(diǎn)(1)表達(dá)式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或E1=E2。(2)意義:系統(tǒng)初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能。(3)注意問題:要先選取零勢(shì)能參考平面,并且在整個(gè)過程中必須選取同一個(gè)零勢(shì)能參考平面。2.轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)(1)表達(dá)式:Ek=-Ep。(2)意義:系統(tǒng)的機(jī)械能守恒時(shí),系統(tǒng)增加(或減少)的動(dòng)能等于系統(tǒng)減少(或增加)的勢(shì)能。條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)63

6、.轉(zhuǎn)移觀點(diǎn)(1)表達(dá)式:EA增=EB減。(2)意義:若系統(tǒng)由A、B兩部分組成,當(dāng)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒時(shí),則A部分機(jī)械能的增加量等于B部分機(jī)械能的減少量。條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6典例典例3如圖所示,在高1.5 m的光滑平臺(tái)上有一個(gè)質(zhì)量為2 kg的小球被一細(xì)線拴在墻上,小球與墻之間有一根被壓縮的輕質(zhì)彈簧。當(dāng)燒斷細(xì)線時(shí),小球被彈出,小球落地時(shí)的速度方向與水平方向成60角,則彈簧被壓縮時(shí)具有的彈性勢(shì)能為(g取10 m/s2)()A.10 JB.15 JC.20 J D.25 J 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6典例典例4如圖所示

7、,兩個(gè) 豎直圓弧軌道固定在同一水平地面上,半徑R相同,左側(cè)軌道由金屬凹槽制成,右側(cè)軌道由金屬圓管制成,均可視為光滑。在兩軌道右側(cè)的正上方分別將金屬小球A和B由靜止釋放,小球距離地面的高度分別為hA和hB,下列說法正確的是()A.若使小球A沿軌道運(yùn)動(dòng)并且從最高點(diǎn)飛出,釋放的最小高度為2RB.若使小球B沿軌道運(yùn)動(dòng)并且從最高點(diǎn)飛出,釋放的最小高度為C.適當(dāng)調(diào)整hA,可使A球從軌道最高點(diǎn)飛出后,恰好落在軌道右端口處D.適當(dāng)調(diào)整hB,可使B球從軌道最高點(diǎn)飛出后,恰好落在軌道右端口處 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6考點(diǎn)4摩擦力做功與機(jī)械能、內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化

8、 條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6典例典例5足夠長(zhǎng)的傳送帶以速度v勻速傳動(dòng),一質(zhì)量為m的小物體A由靜止輕放于傳送帶上,若小物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,如圖所示,當(dāng)物體與傳送帶相對(duì)靜止時(shí),轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的能量為()A.mv2B.2mv2 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6考點(diǎn)5機(jī)械能守恒定律與拋體運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)的綜合運(yùn)用典例典例6如圖所示,水平面上某點(diǎn)固定一輕質(zhì)彈簧,A點(diǎn)左側(cè)的水平面光滑,右側(cè)水平面粗糙,在A點(diǎn)右側(cè)5 m遠(yuǎn)處(B點(diǎn))豎直放置一半圓形光滑軌道,軌道半徑R=0.4 m,連接處平滑?，F(xiàn)將一質(zhì)量m=0.1 kg的小滑塊放

9、在彈簧的右端(不拴接),用力向左推滑塊而壓縮彈簧,使彈簧具有的彈性勢(shì)能為2 J,放手后,滑塊被向右彈出,它與A點(diǎn)右側(cè)水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2,g取10 m/s2,求:條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6(1)滑塊運(yùn)動(dòng)到半圓形軌道最低點(diǎn)B處時(shí)對(duì)軌道的壓力;(2)改變半圓形軌道的位置(左右平移),使得被彈出的滑塊到達(dá)半圓形軌道最高點(diǎn)C處時(shí)對(duì)軌道的壓力大小等于滑塊的重力,問AB之間的距離應(yīng)調(diào)整為多少?條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6解析: (1)從小滑塊被釋放到到達(dá)B點(diǎn)的過程中,據(jù)動(dòng)能定理有把W彈=Ep=2 J等數(shù)據(jù)代入,解得FN=6 N由牛頓第三定律可知,滑塊

10、對(duì)軌道的壓力大小為6 N,方向豎直向下。條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6(2)在半圓軌道最高點(diǎn)C處,滑塊對(duì)軌道的壓力等于其重力,包含了兩種情況:第一,當(dāng)壓力方向向上(滑塊受到的支持力向下)時(shí),把FN=mg代入得x1=4 m第二,當(dāng)壓力方向向下(滑塊受到的支持力向上)時(shí),同理可解得x2=6 m。答案: (1)6 N,方向豎直向下(2)4 m或6 m條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6典例典例7游客對(duì)過山車的興趣在于感受到力的變化,這既能讓游客感到刺激,但又不會(huì)受傷,設(shè)計(jì)者通過計(jì)算“受力因子”來衡量作用于游客身上的力,“受力因子”等于座椅施加給游客的力除以游客自

11、身的重力,可以利用傳感器直接顯示數(shù)值。如圖所示為過山車簡(jiǎn)化原理圖:左邊部分是裝有彈射系統(tǒng)的彈射區(qū),中間部分是作為娛樂主體的回旋區(qū),右邊部分是軌道的末端的制動(dòng)區(qū)。某位質(zhì)量m=60 kg游客坐過山車運(yùn)動(dòng)過程中,在軌道A處時(shí)“受力因子”顯示為7,在軌道B處時(shí)“受力因子”顯示為0.5,在軌道C處時(shí)的“受力因子”顯示為0.6。已知大回環(huán)軌道半徑R=10 m,重力加速度g取10 m/s2,則:條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6(1)該游客在C處時(shí)是超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)?(2)求該游客從A處運(yùn)動(dòng)到B處過程中損失的機(jī)械能;(3)試分析在設(shè)計(jì)時(shí)能否將彈射區(qū)和制動(dòng)區(qū)的位置互換?并說明理由。條目解

12、析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6解析: (1)因C處受力因子顯示0.6,即游客對(duì)座椅的壓力為0.6mg,故處于失重狀態(tài)。(2)該游客在軌道A處受到的座椅的作用力FA=7mg,由牛頓第二定律E=EkA-(EkB+2mgR),計(jì)算得:E=1 500 J。(3)不能,因?yàn)榇蠡丨h(huán)的最高點(diǎn)比C點(diǎn)高,若將彈射區(qū)和制動(dòng)區(qū)的位置互換,從左邊出發(fā)先經(jīng)過C點(diǎn),繼續(xù)運(yùn)動(dòng)速度不斷減小,進(jìn)入大回環(huán)軌道不一定能到達(dá)最高點(diǎn)B點(diǎn),會(huì)發(fā)生脫離軌道的情況,所以不能互換。答案: (1)失重狀態(tài)(2)1 500 J(3)不能。見解析條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6考點(diǎn)6能量守恒定律1.能量守恒定律確

13、立的兩類重要事實(shí):確認(rèn)了永動(dòng)機(jī)的不可能性和發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。2.內(nèi)容:能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。3.節(jié)約能源的意義:能量的耗散表明,在能源的利用過程中,即在能量的轉(zhuǎn)化過程中,能量在數(shù)值上雖未減少,但在可利用的品質(zhì)上降低了,從便于利用的變成了不便于利用的了。條目解析學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)5考點(diǎn)6典例典例8下列說法正確的是()A.隨著科技的發(fā)展,永動(dòng)機(jī)是可以制成的B.太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量,但照射到宇宙空間的能量都消失了C.“既要馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律,因而是不可能的D.有種“全自動(dòng)”手表,不用上發(fā)條,也不用任何形式的電源,卻能一直走動(dòng),說明能量可以憑空產(chǎn)生 答案解析解析關(guān)閉永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律,