高中物理必修機(jī)械能守恒定律教學(xué)課件2

[要點(diǎn)歸納]習(xí)題課機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的判斷

機(jī)械能守恒的條件絕不是合力的功等于零，更不是合力為零；“只有重力做功”不等于“只受重力作用”。1.利用機(jī)械能的定義判斷：判斷物體動(dòng)能和勢(shì)能的和即機(jī)械能是否變化，如勻速上升、勻速下降、沿斜面勻速運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能必定不守恒。2.用做功判斷：看物體或系統(tǒng)是否只有重力(或彈簧的彈力)做功。3.用能量轉(zhuǎn)化來判斷：看是否存在其他形式的能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化，如有滑動(dòng)摩擦力做功時(shí)，因摩擦生熱，系統(tǒng)機(jī)械能將有損失。4.對(duì)一些繩子突然繃緊、物體間碰撞等情況，除非題目特別說明，否則機(jī)械能必定不守恒。[精典示例][例1]

(多選)如圖1所示，斜劈劈尖頂著豎直墻壁靜止于水平面上，現(xiàn)將一小球從圖示位置靜止釋放，不計(jì)一切摩擦，則在小球從釋放到落至地面的過程中，下列說法正確的是(

)圖1A.斜劈對(duì)小球的彈力不做功B.斜劈與小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒C.斜劈的機(jī)械能守恒D.小球機(jī)械能的減少量等于斜劈動(dòng)能的增加量解析

小球有豎直方向的位移，所以斜劈對(duì)小球的彈力對(duì)球做負(fù)功，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；小球?qū)π迸膹椓?duì)斜劈做正功，所以斜劈的機(jī)械能增加，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；不計(jì)一切摩擦，小球下滑過程中，小球和斜劈組成的系統(tǒng)中只有動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故B、D選項(xiàng)正確。答案

BD[針對(duì)訓(xùn)練1]

(多選)如圖2所示，下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是(

)圖2A.甲圖中，火箭升空的過程中，若勻速升空機(jī)械能守恒，若加速升空機(jī)械能不守恒B.乙圖中物體勻速運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒C.丙圖中小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒D.丁圖中，輕彈簧將A、B兩小車彈開，兩小車組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，兩小車和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒解析

題圖甲中無論火箭勻速上升還是加速上升，都有推力做功，機(jī)械能增加，因而機(jī)械能不守恒；題圖乙中拉力F做功，機(jī)械能不守恒；題圖丙中，小球受到的所有力都不做功，機(jī)械能守恒；題圖丁中，彈簧的彈力做功，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為兩小車的動(dòng)能，兩小車與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。答案

CD含彈簧類機(jī)械能守恒問題[精典示例][例2]如圖3所示，固定的豎直光滑長(zhǎng)桿上套有質(zhì)量為m的小圓環(huán)，圓環(huán)與水平狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧一端連接，彈簧的另一端連接在墻上，并且處于原長(zhǎng)狀態(tài)，現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止開始下滑，已知彈簧原長(zhǎng)為L(zhǎng)，圓環(huán)下滑到最大距離時(shí)彈簧的長(zhǎng)度變?yōu)?L(未超過彈性限度)，則在圓環(huán)下滑到最大距離的過程中(

)圖3A.圓環(huán)的機(jī)械能守恒B.彈簧彈性勢(shì)能變化了C.圓環(huán)下滑到最大距離時(shí)，所受合力為零D.圓環(huán)重力勢(shì)能與彈簧彈性勢(shì)能之和保持不變答案B[針對(duì)訓(xùn)練2]

如圖4所示，輕彈簧一端與墻相連處于自然狀態(tài)，質(zhì)量為4kg的木塊沿光滑的水平面以5m/s的速度運(yùn)動(dòng)并開始擠壓彈簧，求：圖4(1)彈簧的最大彈性勢(shì)能；(2)木塊被彈回速度增大到3m/s時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能。答案(1)50J

(2)32J[要點(diǎn)歸納]機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理的應(yīng)用比較機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理的比較規(guī)律內(nèi)容機(jī)械能守恒定律動(dòng)能定理表達(dá)式E1＝E2ΔEk＝－ΔEpΔEA＝－ΔEBW＝ΔEk應(yīng)用范圍只有重力或彈力做功時(shí)無條件限制研究對(duì)象系統(tǒng)單個(gè)物體關(guān)注角度守恒的條件和初、末狀態(tài)機(jī)械能的形式及大小動(dòng)能的變化及合力做功情況[精典示例][例3]如圖5所示，某人以v0＝4m/s的速度斜向上(與水平方向成45°角)拋出一個(gè)小球，小球落地時(shí)速度為v＝8m/s，不計(jì)空氣阻力，求小球拋出時(shí)的高度h。甲、乙兩位同學(xué)看了本題的參考解法“”后爭(zhēng)論了起來。甲說此解法依據(jù)的是動(dòng)能定理，乙說此解法依據(jù)的是機(jī)械能守恒定律，你對(duì)甲、乙兩位同學(xué)的爭(zhēng)論持什么觀點(diǎn)，請(qǐng)簡(jiǎn)單分析，并求出拋出時(shí)的高度h。(g取10m/s2)圖5答案見解析[針對(duì)訓(xùn)練3]

為了研究過山車的原理，某興趣小組提出了下列設(shè)想：取一個(gè)與水平方向夾角為37°、長(zhǎng)為L(zhǎng)＝2.0m的粗糙傾斜軌道AB，通過水平軌道BC與半徑為R＝0.2m的豎直圓軌道相連，出口為水平軌道DE，整個(gè)軌道除AB段以外都是光滑的。其中AB與BC軌道以微小圓弧相接，如圖6所示。一個(gè)質(zhì)量m＝1kg的小物塊以初速度v0＝5.0m/s從A點(diǎn)沿傾斜軌道滑下，小物塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)速度vC＝4.0m/s。取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。圖6(1)求小物塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)對(duì)圓軌道壓力的大?。?2)求小物塊從A到B運(yùn)動(dòng)過程中摩擦力所做的功；(3)為了使小物塊不離開軌道，并從軌道DE滑出，求豎直圓軌道的半徑應(yīng)滿足什么條件？解析(1)設(shè)小物塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)受到圓軌道的支持力大小為FN，根據(jù)牛頓第二定律有，解得FN＝90N根據(jù)牛頓第三定律，小物塊對(duì)圓軌道壓力的大小為90N。(2)由于水平軌道BC光滑，無摩擦力做功，所以可將研究小物塊從A到B的運(yùn)動(dòng)過程轉(zhuǎn)化為研究從A到C的過程。物塊從A到C的過程中，根據(jù)動(dòng)能定理有：解得Wf＝－16.5J。答案(1)90N

(2)－16.5J

(3)R≤0.32m1.(機(jī)械能守恒的判斷)下列運(yùn)動(dòng)的物體，機(jī)械能守恒的是(

) A.物體沿斜面勻速下滑 B.物體從高處以0.9g的加速度豎直下落 C.物體沿光滑曲面滑下 D.拉著一個(gè)物體沿光滑的斜面勻速上升解析物體沿斜面勻速下滑時(shí)，動(dòng)能不變，重力勢(shì)能減小，所以機(jī)械能減小。物體以0.9g的加速度豎直下落時(shí)，除重力外，其他力的合力向上，大小為0.1mg，合力在物體下落時(shí)對(duì)物體做負(fù)功，物體機(jī)械能不守恒。物體沿光滑曲面滑下時(shí)，只有重力做功，機(jī)械能守恒。拉著物體沿斜面上升時(shí)，拉力對(duì)物體做功，物體機(jī)械能不守恒。綜上，機(jī)械能守恒的是C項(xiàng)。答案C2.(含彈簧類機(jī)械能守恒問題)如圖7所示，在

高1.5m的光滑平臺(tái)上有一個(gè)質(zhì)量為2kg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10m/s2)(

)圖7A.10J B.15J C.20J D.25J答案

A3.(機(jī)械能守恒與動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用)滑板運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)驚險(xiǎn)刺激的運(yùn)動(dòng)，深受青少年的喜愛。如圖8所示是滑板運(yùn)動(dòng)的軌道，AB和CD是一段圓弧形軌道，BC是一段長(zhǎng)7m的水平軌道。一運(yùn)動(dòng)員從AB軌道上的P點(diǎn)以6m/s的速度下滑，經(jīng)BC軌道后沖上CD軌道，到Q點(diǎn)時(shí)速度