《奪冠之路》福建專用高三物理一輪復(fù)習(xí) 第5章第3課時 機(jī)械能 機(jī)械能守恒定律課件 魯科

2012高三物理復(fù)習(xí)課件（導(dǎo)與練福建）第5章第三課時機(jī)械能機(jī)械能守恒定律1．掌握重力勢能的概念，理解重力做功與重力勢能變化的關(guān)系．2．了解彈性勢能以及彈簧彈力做功和彈性勢能變化的關(guān)系．3．知道機(jī)械能的概念，理解機(jī)械能守恒的條件及機(jī)械能守恒的幾種表達(dá)式的含義．會用機(jī)械能守恒定律解決守恒問題．1．重力勢能(1)重力做功的特點：重力做功與路徑無關(guān)，與初、末位置在豎直方向上的高度差有關(guān)，大小WG＝mgh.(2)重力勢能①概念：物體處于一定的高度而具有的能．②表達(dá)式：Ep＝mgh.③重力勢能的正、負(fù)：由于重力勢能是標(biāo)量，故其正、負(fù)表示勢能的大?。芟鄬π裕褐亓菽芫哂邢鄬π?，h是物體的重心到參考平面(零勢能面)的高度．(3)重力做功與重力勢能變化的關(guān)系：WG＝－ΔEp.2．彈性勢能(1)概念：物體因為發(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢能．(2)彈簧彈性勢能大小：與彈簧的勁度系數(shù)和形變量有關(guān)．(3)彈力做功與彈性勢能的變化：彈力做正功，物體的彈性勢能減小，彈力做負(fù)功，物體的彈性勢能增加．表達(dá)式為W＝－ΔEp.3．機(jī)械能及其守恒定律(1)機(jī)械能：動能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能．物體的機(jī)械能為其動能和勢能(重力勢能和彈性勢能)之和．(2)內(nèi)容：在只有重力做功的情況下，物體的動能與重力勢能可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變．如果還有彈力做功，則發(fā)生動能、重力勢能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量仍保持不變．(3)表達(dá)式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1.1．下列幾種情況，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒的是(

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)①一顆彈丸在光滑的碗內(nèi)做復(fù)雜的曲線運(yùn)動[圖(a)]②運(yùn)動員在蹦床上越跳越高[圖(b)]③圖(c)中小車上放一木塊，小車的左側(cè)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(車輪與地面摩擦不計)④圖(c)中如果小車振動時，木塊相對小車有滑動A．①②B．①③C．①④D．②④解析：情況逐項分析如下情況診斷結(jié)論①彈丸在光滑的碗內(nèi)運(yùn)動，受重力和彈力作用，只有重力做功，符合機(jī)械能守恒√②運(yùn)動員在蹦床過程中體內(nèi)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能×③木塊相對小車沒滑動，只有彈性勢能和動能的轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒√④木塊與小車有滑動，機(jī)械能和內(nèi)能有轉(zhuǎn)化，不守恒×3．如圖，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(

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)A．HB．1.5hC．2hD．2.5h機(jī)械能守守恒條件件的理解解及其判判斷方法法1．對機(jī)械能能守恒條條件的理理解機(jī)械能守守恒的條條件是：：只有重重力或彈彈力做功功．可以以從以下下三個方方面理解解：(1)只受重力力作用，，例如在在不考慮慮空氣阻阻力的情情況下的的各種拋拋體運(yùn)動動，物體體的機(jī)械械能守恒恒．(2)受其他力力，但其其他力不不做功，，只有重重力或彈彈力做功功．例如如物體沿沿光滑的的曲面下下滑，受受重力、、曲面的的支持力力的作用用，但曲曲面的支支持力不不做功，，物體的的機(jī)械能能守恒．．(3)除重力或或彈力之之外，還還有其他他力做功功，但其其他力做做功的總總和為零零，物體體的機(jī)械械能不變變．2．判斷機(jī)械能能是否守恒恒的幾種方方法(1)利用機(jī)械能能的定義判判斷：(直接判斷)若物體在水水平面上勻勻速運(yùn)動，，其動能、、勢能均不不變，機(jī)械械能不變．．若一個物物體沿斜面面勻速下滑滑，其動能能不變，重重力勢能減減少，其機(jī)機(jī)械能減少少．(2)用做功判斷斷：若物體體或系統(tǒng)只只有重力(或彈簧的彈彈力)做功，雖受受其他力，，但其他力力不做功，，機(jī)械能守守恒．(3)用能量轉(zhuǎn)化化來判斷：：若物體系系統(tǒng)中只有有動能和勢勢能的相互互轉(zhuǎn)化而無無機(jī)械能與與其他形式式的能的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化，則物物體系統(tǒng)機(jī)機(jī)械能守恒恒．(4)對一些繩子子突然繃緊緊、物體間間非彈性碰碰撞等，除除非題目特特別說明，，否則機(jī)械械能必定不不守恒．【例1】如圖所示，，在兩個質(zhì)質(zhì)量分別為為m和2m的小球a和b之間，用一一根長為L的輕桿連接接(桿的質(zhì)量可可不計)，而小球可可繞穿過輕輕桿中心O的水平軸無無摩擦轉(zhuǎn)動動，現(xiàn)讓輕輕桿處于水水平位置，，然后無初初速度釋放放，重球b向下，輕球球a向上，產(chǎn)生生轉(zhuǎn)動，在在桿轉(zhuǎn)至豎豎直的過程程中()A．b球的重力勢勢能減小，，動能增加加，b球機(jī)械能守守恒B．a(chǎn)球的重力勢勢能增加，，動能減小小，a球機(jī)械能守守恒C．a(chǎn)球和b球的總機(jī)械械能守恒D．a(chǎn)球和b球的總機(jī)械械能不守恒恒思路點撥：：可根據(jù)能量量轉(zhuǎn)化的角角度來判斷斷．解析：因a、b兩小球用輕輕桿相連，，當(dāng)b球下降時，，a球在桿的帶帶動下上升升，故b球減少的重重力勢能除除增加b球動能外，，還增加a球的動能和和勢能，故故b球機(jī)械能不不守恒，而而a球勢能增加加，動能也也增加，故故a球機(jī)械能也也不守恒．．由a、b兩球組成的的系統(tǒng)在運(yùn)運(yùn)動中除動動能和勢能能外沒有其其他形式的的能轉(zhuǎn)化，，所以系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)械能守守恒．選項項C正確．答案：C.判斷單個物物體或多個個物體組成成的系統(tǒng)機(jī)機(jī)械能是否否守恒的方方法：(1)判斷單個物物體機(jī)械能能是否守恒恒，要看除除重力以外外的力是否否做功；判判斷系統(tǒng)機(jī)機(jī)械能是否否守恒，要要看除重力力和彈力以以外的力是是否做功．．(2)根據(jù)研究對對象在運(yùn)動動的過程中中，是否僅僅限于動能能和勢能的的相互轉(zhuǎn)化化來判斷．．變式訓(xùn)練11：上例題中，，a、b球由水平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)至豎直的的過程中，，桿分別對對a、b兩球做正功功還是負(fù)功功？兩球的的機(jī)械能分分別改變了了多少？機(jī)械能守恒恒定律的應(yīng)應(yīng)用1．機(jī)械能守恒恒定律的三三種表達(dá)形形式的理解解(1)E2＝E1或Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1，表示系統(tǒng)統(tǒng)在末狀態(tài)態(tài)的機(jī)械能能等于其初初狀態(tài)的機(jī)機(jī)械能．運(yùn)運(yùn)用這種形形式表達(dá)時時，應(yīng)選好好零勢能面面，且初、、末狀態(tài)的的高度已知知，系統(tǒng)除除地球外，，只有一個個物體時，，用這種表表達(dá)形式較較方便．(2)ΔEp＝－ΔEk，表示系統(tǒng)統(tǒng)(或物體)機(jī)械能守恒恒時，系統(tǒng)統(tǒng)減少(或增加)的勢能等于于增加(或減少)的動能．應(yīng)應(yīng)用時，關(guān)關(guān)鍵在于分分清重力勢勢能的增加加量和減少少量，可不不選零勢能能面而直接接計算初、、末狀態(tài)的的勢能差．．這種表達(dá)達(dá)方式一般般用于始末末狀態(tài)的高高度未知，，但高度變變化已知的的情況．(3)ΔEA增＝ΔEB減，表示若系系統(tǒng)由A、B兩部分組成成，則A部分物體機(jī)機(jī)械能的增增加量與B部分物體機(jī)機(jī)械能的減減少量相等等．以上三種表表達(dá)方式中中，(1)是最基本的的表達(dá)方式式，易于理理解和掌握握，但始末末狀態(tài)的動動能和勢能能要分析全全，防止遺遺漏某種形形式的機(jī)械械能．應(yīng)用用(2)、(3)方式列出的的方程簡捷捷，是同學(xué)學(xué)們應(yīng)該重重點掌握的的，但在分分析勢能的的變化時易易出錯，要要引起注意意．2．應(yīng)用機(jī)械能能守恒定律律解題的基基本步驟(1)分析題意，，明確研究究對象；(2)分析研究對對象在運(yùn)動動過程中的的受力情況況，弄清楚楚物體所受受各力做功功的情況，，判斷機(jī)械械能是否守守恒；(3)選取零勢能能面，確定定研究對象象在始末狀狀態(tài)時的機(jī)機(jī)械能；(4)根據(jù)機(jī)械能能守恒定律律列出方程程進(jìn)行求解解，并對結(jié)結(jié)果進(jìn)行必必要的討論論和說明．．(1)物體或系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)械能守守恒是有條條件的，因因此，在應(yīng)應(yīng)用機(jī)械能能守恒定律律解決問題題時，首先先要判斷物物體或系統(tǒng)統(tǒng)的機(jī)械能能是否守恒恒，然后注注意選取恰恰當(dāng)?shù)氖睾愫阈问搅惺绞角蠼猓?2)在應(yīng)用機(jī)械械能守恒定定律處理問問題時，一一般先選取取一個零勢勢能參考平平面，通常常情況下，，選擇在整整個過程中中物體所達(dá)達(dá)到的最低低點所在的的水平面為為零勢能面面．(3)運(yùn)用機(jī)械能能守恒定律律解題的關(guān)關(guān)鍵是確定定“一個過程”和“兩個狀態(tài)”，“一個過程”是指研究對對象在此過過程中的受受力情況以以及力做功功情況，所所謂“兩個狀態(tài)”是指研究對對象在過程程開始和過過程結(jié)束時時的動能、、勢能．思路點撥：：鋼珠運(yùn)動過過程中只有有彈簧彈力力和重力做做功，機(jī)械械能守恒，，可根據(jù)圓圓周運(yùn)動、、平拋運(yùn)動動的基本知知識求解．．答案：(1)0.15J(2)0.24s(1)本題中機(jī)械械能守恒的的原因是什什么？(2)如何確定鋼鋼珠在M圓弧軌道最最高點的速速度？(3)如何確定鋼鋼珠從M圓弧軌道最最高點到圓圓弧N的時間？答案：B.考點一：考考查單個物物體機(jī)械能能守恒問題題【例1】(基礎(chǔ)題)如圖所示，，一固定在在豎直平面面內(nèi)的光滑滑的半圓形形軌道ABC，其半徑R＝0.5m，軌道在C處與水平地地面相切．．在C處放一小物物塊，給它它一水平向向左的初速速度v0＝5m/s，結(jié)果它沿沿CBA運(yùn)動，通過過A點，最后落落在水平地地面上的D點，求C、D間的距離s.取重力加速速度g＝10m/s2.思路點撥：：物塊運(yùn)動過過程中只有有重力做功功，機(jī)械能能守恒．答案：1m應(yīng)用機(jī)械能能守恒定律律一定要思思路清晰，，即先判(是否守恒)→后選(零勢能面)→再找狀態(tài)(初、末狀態(tài)態(tài)機(jī)械能)→再列式(機(jī)械能守恒恒表達(dá)式)→最后求解．．考點二：考考查多個物物體機(jī)械能能守恒【例2】(能力題)內(nèi)壁及邊緣緣光滑的半半球形容器器，半徑為為R，質(zhì)量為M和m的兩個小球球用不可伸伸長的細(xì)線線相連，現(xiàn)現(xiàn)將M由靜止從容容器邊緣內(nèi)內(nèi)側(cè)釋放，，如圖所示示，試計算算M滑到容器底底時，兩者者的速率各各為多大？？答案：見解析(2010年福建理綜綜，17)如圖(甲)所示，質(zhì)量量不計的彈彈簧豎直固固定在水平平面上，t＝0時刻，將一一金屬小球球從彈簧正正上方某一一高度處由由靜止釋放放，小球落落到彈簧上上壓縮彈簧簧到最低點點，然后又又被彈起離離開彈簧，，上升到一一定高度后后再下落，，如此反復(fù)復(fù)．通過安安裝在彈簧簧下端的壓壓力傳感器器，測出這這一過程彈彈簧彈力F隨時間t變化的圖象象如圖(乙)所示，則(C)A．t1時刻小球動動能最大B．t2時刻小球動動能最大C．t2～t3這段時間內(nèi)內(nèi)，小球的的動能先增增加后減少少D．t2～t3這段時間內(nèi)內(nèi)，小球增增加的動能能等于彈簧簧減少的彈彈性勢能解析：由題圖(乙)知t1時刻，彈力力F＝0，即小球剛剛接觸彈簧簧，合力等等于重力，，此時速度度不是最大大，當(dāng)彈力力與重力相相等時，a＝0，速度最大大，故A錯誤；由題題圖(乙)知t2時刻，F(xiàn)最大，小球球位于最低低點，速度度為零，故故B錯誤；t2～t3這段時間內(nèi)內(nèi)，當(dāng)彈力力與重力相相等時，速速度最大，，故C正確；t2～t3內(nèi)，小球增增加的動能能與增加的的重力勢能能之和等于于彈簧減少少的彈性勢勢能，故D錯誤．此題考查重重力、彈力力作用下小小球的受力力和運(yùn)動，，以及動能能、重力勢勢能和彈性性勢能的變變化，解題題的關(guān)鍵是是抓住三種種能量相互互轉(zhuǎn)化總量量不變的特特征．【測控導(dǎo)航】考點題號1.機(jī)械能守恒條件理解及判斷1、52.機(jī)械能守恒中的能量轉(zhuǎn)化2、3、4、63.單個物體機(jī)械能守恒的計算8、94.多個物體機(jī)械能守恒的計算7、101.如圖所示四四個選項的的圖中，木木塊均在固固定的斜面面上運(yùn)動，，其中圖A、B、C中的斜面是是光滑的，，圖D中的斜面是是粗糙的．．圖A、B中的F為木塊所受受的外力，，方向如圖圖中箭頭所所示．圖A、B、D中的木塊向向下運(yùn)動，，圖C中的木塊向向上運(yùn)動．．在這四個個圖所示的的運(yùn)動過程程中機(jī)械能能守恒的是是(C)解析：可根據(jù)機(jī)械械能守恒條條件去判斷斷，在A、B圖中，有重重力之外的的力F做功，故不不守恒，D項中有滑動動摩擦力做做功，也不不守恒，只只有C圖符合．2．如圖所示示，一根輕輕質(zhì)彈簧固固定于O點，另一端端系一個重重物，將重重物從與懸懸掛點等高高的地方無無初速度釋釋放，讓其其自由擺下下，不計空空氣阻力，，重物在擺擺向最低點點的位置的的過程中(A)A．重物重力力勢能減小小B．重物重力力勢能與動動能之和增增大C．重物的機(jī)機(jī)械能不變變D．重物的機(jī)機(jī)械能增加加解析：重物從水平平位置釋放放后，在向向最低點運(yùn)運(yùn)動時，重重物的重力力勢能不斷斷減小，動動能不斷增增大．彈簧簧不斷被拉拉長，彈性性勢能變大大．所以重重物減少的的重力勢能能一部分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為自身身的動能，，另一部分分轉(zhuǎn)化為彈彈簧的彈性性勢能．對對整個系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)械能守守恒，而對對重物來說說，機(jī)械能能減少．3．(2010年上海理綜綜)高臺滑雪運(yùn)運(yùn)動員騰空空躍下，如如果不考慮慮空氣阻力力，則下落落過程中該該運(yùn)動員機(jī)機(jī)械能的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系是是(C)A．動能減少少，重力勢勢能減少B．動能減少少，重力勢勢能增加C．動能增加加，重力勢勢能減少D．動能增加加，重力勢勢能增加解析：運(yùn)動員騰空空躍下，不不考慮空氣氣阻力，機(jī)機(jī)械能守恒恒，重力勢勢能的減少少轉(zhuǎn)化為動動能，故C正確．4．(2010年安徽卷)伽利略曾設(shè)設(shè)計如圖所所示的一個個實驗，將將擺球拉至至M點放開，擺擺球會達(dá)到到同一水平平高度上的的N點．如果在E或F處釘上釘子，，擺球?qū)⒀夭徊煌膱A弧達(dá)達(dá)到同一高度度的對應(yīng)點；；反過來，如如果讓擺球從從這些點下落落，它同樣會會達(dá)到原水平平高度上的M點．這個實驗驗可以說明，，物體由靜止止開始沿不同同傾角的光滑滑斜面(或弧線)下滑時，其末末速度的大小小(C)A．只與斜面的的傾角有關(guān)B．只與斜面的的長度有關(guān)C．只與下滑的的高度有關(guān)D．只與物體的的質(zhì)量有關(guān)解析：伽利略理想斜斜面和擺球?qū)崒嶒灒泵嫔仙系男∏蚝蛿[擺線上的小球球好像“記得”自己的起始高高度，其實質(zhì)質(zhì)是動能和勢勢能的轉(zhuǎn)化過過程中，總能能量不變．物物體由靜止開開始沿不同傾傾角的光滑斜斜面(或弧線)下滑時，高度度越大，初始始的勢能越大大，轉(zhuǎn)化后的的末動能也就就越大，速度度越大．選項項C正確．5．(2011年東北地區(qū)模模擬)如圖所示，一一物體以速度度v0沖向光滑斜面面AB，并能沿斜面面升高h(yuǎn)，下列說法正正確的是(D)A．若把斜面從從C點鋸斷，由機(jī)機(jī)械能守恒定定律知，物體體沖出C點后仍能升高高h(yuǎn)B．若把斜面彎彎成如圖所示示的半圓弧形形，物體仍能能沿AB′升高h(yuǎn)C．若把斜面從從C點鋸斷或彎成成如圖所示的的半圓弧形，，物體都不能能升高h(yuǎn)，因為物體的的機(jī)械能不守守恒D．若把斜面從從C點鋸斷或彎成成如圖所示的的半圓弧形，，物體都不能能升高h(yuǎn)，但物體的機(jī)機(jī)械能仍守恒恒解析：若把斜面從C點鋸斷，物體體到達(dá)最高點點時水平速度度不為零，由由機(jī)械能守恒恒定律知，物物體沖出C點后不能升高高h(yuǎn)；若把斜面彎彎成如題圖所所示的半圓弧弧形，物體在在升高h(yuǎn)之前已經(jīng)脫離離軌道．物體體在這兩種情情況下機(jī)械能能均守恒．6．磕頭蟲是一種種不用足跳但但又善于跳高高的小甲蟲．．當(dāng)它腹朝天天、背朝地躺躺在地面上時時，將頭用力力向后仰，拱拱起體背，在在身下形成一一個三角形空空區(qū)，然后猛猛然收縮體內(nèi)內(nèi)背縱肌，使使重心迅速向向下加速，背背部猛烈撞擊擊地面，地面面反作用力便便將其彈向空空中．彈射錄錄像顯示，磕磕頭蟲拱背后后重心向下加加速(視為勻加速)的距離大約為為0.8mm，彈射最大高高度為24cm.而人原地起跳跳方式是，先先屈腿下蹲，，然后突然蹬蹬地向上加速速，假想加速速度與磕頭蟲蟲加速過程的的加速度大小小相等，如果果加速過程(視為勻加速)重心上升高度度為0.5m，那么人離地地后重心上升升的最大高