浙江省高中物理學(xué)業(yè)水平復(fù)習(xí)：第六章-課時(shí)3-機(jī)械能守恒定律和能量守恒-課件

1、課時(shí)3機(jī)械能守恒定律和能量守恒 課時(shí)3機(jī)械能守恒定律和能量守恒 內(nèi)容與要求內(nèi)容要求機(jī)械能守恒定律d內(nèi)容與要求內(nèi)容要求機(jī)械能守恒定律d考點(diǎn)一機(jī)械能及機(jī)械能守恒的理解考點(diǎn)與典例1.機(jī)械能:動(dòng)能和勢(shì)能(重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能)稱為機(jī)械能,可表示為E=Ek+Ep。2.機(jī)械能守恒定律:在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能保持不變。說(shuō)明(1)機(jī)械能是標(biāo)量,只有大小,沒(méi)有方向,但是有正、負(fù)(因?yàn)閯?shì)能有正負(fù))。(2)注意機(jī)械能守恒的條件是“只有重力做功”,與“只受重力作用”的意義不同,不能混淆。(3)對(duì)包括彈簧在內(nèi)的物體系統(tǒng)在只有重力、彈力做功的條件下,動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能之

2、間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,系統(tǒng)機(jī)械能守恒?？键c(diǎn)一機(jī)械能及機(jī)械能守恒的理解考點(diǎn)與典例1.機(jī)械能:動(dòng)能和典例1 如圖所示,根據(jù)機(jī)械能守恒條件,下列說(shuō)法正確的是()A.甲圖中,火箭升空的過(guò)程中,若勻速升空則機(jī)械能守恒,若加速升空則機(jī)械能不守恒B.乙圖中物體沿著斜面勻速向上運(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(chē)彈開(kāi),兩小車(chē)組成的系統(tǒng)(不包括彈簧)機(jī)械能守恒典例1 如圖所示,根據(jù)機(jī)械能守恒條件,下列說(shuō)法正確的是(解析:甲圖中,不論是勻速還是加速,由于推力對(duì)火箭做功,火箭的機(jī)械能不守恒,是增加的,故A錯(cuò)誤;物體勻速運(yùn)動(dòng)上升,動(dòng)能不變,重力勢(shì)能增加,則機(jī)械能必定增加,

3、故B錯(cuò)誤;小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,細(xì)線的拉力不做功,機(jī)械能守恒,故C正確;輕彈簧將A,B兩小車(chē)彈開(kāi),彈簧的彈力對(duì)兩小車(chē)做功,則兩車(chē)組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒,但對(duì)兩小車(chē)和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,故D錯(cuò)誤。答案:C解析:甲圖中,不論是勻速還是加速,由于推力對(duì)火箭做功,火箭的總結(jié)提升 機(jī)械能是否守恒的判定方法(1)做功分析法:若物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力和彈簧彈力做功,其他力均不做功,則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。(2)能量轉(zhuǎn)化分析法:若只有系統(tǒng)內(nèi)物體間動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化,系統(tǒng)跟外界沒(méi)有發(fā)生機(jī)械能的傳遞,也沒(méi)有其他形式的能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化(如沒(méi)有內(nèi)能增加),則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒?？偨Y(jié)提升 機(jī)

4、械能是否守恒的判定方法對(duì)點(diǎn)自測(cè)1:下列各種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,物體機(jī)械能守恒的是(忽略空氣阻力)( )A.將箭搭在弦上,拉弓的整個(gè)過(guò)程B.過(guò)山車(chē)在動(dòng)力作用下在軌道上運(yùn)行的過(guò)程C.在一根細(xì)線的中央懸掛著一物體,雙手拉著細(xì)線慢慢分開(kāi)的過(guò)程D.手握內(nèi)有彈簧的圓珠筆,筆帽抵在桌面放手后圓珠筆彈起的過(guò)程D對(duì)點(diǎn)自測(cè)1:下列各種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,物體機(jī)械能守恒的是(忽略空氣解析:箭搭在弦上,拉弓的過(guò)程中,人對(duì)箭、弦和弓組成的系統(tǒng)做了功,機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;過(guò)山車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,除重力外,動(dòng)力做功,機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;C中物體緩慢升高過(guò)程中,除重力外,拉力做了功,機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;D中圓珠筆彈起的過(guò)程只有

5、重力和彈力做功,故機(jī)械能守恒,選項(xiàng)D正確。解析:箭搭在弦上,拉弓的過(guò)程中,人對(duì)箭、弦和弓組成的系統(tǒng)做了考點(diǎn)二彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化中的機(jī)械能守恒當(dāng)有彈力做功時(shí),彈性勢(shì)能與動(dòng)能、重力勢(shì)能相互間發(fā)生轉(zhuǎn)化。需要注意,研究對(duì)象是否包括彈簧在內(nèi)?？键c(diǎn)二彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化中的機(jī)械能守恒典例1 (2019臺(tái)州質(zhì)量評(píng)估)如圖,彈性輕繩的一端套在手指上,另一端與彈力球連接,用手將彈力球以某一豎直向下的初速度拋出,拋出后手保持不動(dòng)。從球拋出瞬間至球第一次到達(dá)最低點(diǎn)的過(guò)程中(彈性輕繩始終在彈性限度內(nèi),不計(jì)空氣阻力),下列說(shuō)法正確的是()A.繩剛伸直時(shí),球的動(dòng)能最大B.該過(guò)程中,球的機(jī)械能守恒C.該過(guò)程中,重力對(duì)球做的功等于球克服繩

6、的拉力做的功D.該過(guò)程中,輕繩的彈性勢(shì)能和小球的動(dòng)能之和一直增大典例1 (2019臺(tái)州質(zhì)量評(píng)估)如圖,彈性輕繩的一端套解析:小球拋出后先做豎直下拋運(yùn)動(dòng),彈性繩子恢復(fù)原長(zhǎng)后,彈性繩子拉力比重力小的階段,小球依然加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)拉力等于重力時(shí),小球加速度為0,速度最大,動(dòng)能最大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;小球和彈性繩子構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,小球的機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;從拋出到最后下落到最低點(diǎn)時(shí),重力做功與拉力做功之和等于動(dòng)能變化量(不等于零),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)機(jī)械能守恒E=E重+E彈+Ek,因?yàn)橹亓?shì)能在減少,所以彈性勢(shì)能、動(dòng)能之和在增加,選項(xiàng)D正確。答案:D解析:小球拋出后先做豎直下拋運(yùn)動(dòng),彈性繩子恢復(fù)原長(zhǎng)后

7、,彈性繩對(duì)點(diǎn)自測(cè)2:(2019金華十校期末)“反向蹦極”是蹦極運(yùn)動(dòng)中的一種類型,如圖所示,將彈性繩拉長(zhǎng)后固定在運(yùn)動(dòng)員上,并通過(guò)其他力作用使運(yùn)動(dòng)員停留在地面上,當(dāng)撤去其他力后,運(yùn)動(dòng)員從A點(diǎn)被“發(fā)射”出去沖向高空,當(dāng)上升到B點(diǎn)時(shí)彈性繩恢復(fù)原長(zhǎng),運(yùn)動(dòng)員繼續(xù)上升到最高點(diǎn)C,若運(yùn)動(dòng)員始終沿豎直方向運(yùn)動(dòng)并視為質(zhì)點(diǎn),忽略彈性繩質(zhì)量與空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是( )A.運(yùn)動(dòng)員在A點(diǎn)時(shí)彈性繩的彈性勢(shì)能最小B.運(yùn)動(dòng)員在B點(diǎn)的動(dòng)能最大C.運(yùn)動(dòng)員在C點(diǎn)時(shí)的加速度大小為0D.運(yùn)動(dòng)員從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中,彈性繩的彈性勢(shì)能減少量大于運(yùn)動(dòng)員重力勢(shì)能的增加量D對(duì)點(diǎn)自測(cè)2:(2019金華十校期末)“反向蹦極”是蹦極運(yùn)動(dòng)解析:

8、在A點(diǎn)時(shí),彈性繩的形變量最大,因此在此處的彈性勢(shì)能最大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在向上彈出的過(guò)程中,當(dāng)彈力等于重力時(shí),運(yùn)動(dòng)員的速度最大,動(dòng)能最大,B處時(shí)彈性繩子恢復(fù)原長(zhǎng),所以速度最大的位置在AB之間,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在C處,彈性繩彈力為零,但C處還有重力,根據(jù)牛頓第二定律可知,C處的加速度不為零,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;從A到B過(guò)程中,彈性繩彈性勢(shì)能的減少量等于運(yùn)動(dòng)員動(dòng)能和重力勢(shì)能的增加量,故彈性繩彈性勢(shì)能的減少量大于運(yùn)動(dòng)員重力勢(shì)能的增加量,選項(xiàng)D正確。解析:在A點(diǎn)時(shí),彈性繩的形變量最大,因此在此處的彈性勢(shì)能最大考點(diǎn)三機(jī)械能守恒定律與平拋運(yùn)動(dòng)結(jié)合應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟 (2)分析受力情況和各力做功的情況,確定是

9、否符合機(jī)械能守恒條件。(3)確定初末狀態(tài)的機(jī)械能或運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物體機(jī)械能的轉(zhuǎn)化情況。(4)選擇合適的表達(dá)式列出方程,進(jìn)行求解。(5)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行必要的討論和說(shuō)明?？键c(diǎn)三機(jī)械能守恒定律與平拋運(yùn)動(dòng)結(jié)合典例3 如圖所示,豎直平面內(nèi)固定著由兩個(gè)半徑為R的四分之一圓弧構(gòu)成的細(xì)管道ABC,圓心連線O1O2水平。輕彈簧左端固定在豎直擋板上,右端靠著質(zhì)量為m的小球(小球的直徑略小于管道內(nèi)徑),長(zhǎng)為R的薄板DE置于水平面上,板的左端D到管道右端C的水平距離為R,開(kāi)始時(shí)彈簧處于鎖定狀態(tài),具有一定的彈性勢(shì)能,解除鎖定,小球離開(kāi)彈簧后進(jìn)入管道,最后從C點(diǎn)拋出(重力加速度為g,不計(jì)小球與水平面和細(xì)管道的摩擦)。典例3

10、如圖所示,豎直平面內(nèi)固定著由兩個(gè)半徑為R的四分之答案:(1)3mgR(1)若小球經(jīng)C點(diǎn)時(shí)對(duì)管道外側(cè)的彈力的大小為mg,求彈簧鎖定時(shí)具有的彈性勢(shì)能Ep;答案:(1)3mgR(1)若小球經(jīng)C點(diǎn)時(shí)對(duì)管道外側(cè)的彈力的大(2)試通過(guò)計(jì)算判斷小球能否落在薄板DE上。答案:(2)見(jiàn)解析(2)試通過(guò)計(jì)算判斷小球能否落在薄板DE上。答案:(2)見(jiàn)解對(duì)點(diǎn)自測(cè)3:如圖所示,半圓軌道豎直放置,半徑R=0.4 m,其底端與水平軌道相接,一個(gè)質(zhì)量為m=0.2 kg 的滑塊放在水平軌道C點(diǎn)上,軌道均為光滑,用一個(gè)水平的恒力F作用于滑塊,使滑塊向右運(yùn)動(dòng),當(dāng)滑塊到達(dá)半圓軌道的最低點(diǎn)A時(shí)撤去F,滑塊到達(dá)圓的最高點(diǎn)B沿水平方向飛出

11、,恰好落到滑塊起始運(yùn)動(dòng)的位置C點(diǎn)。對(duì)點(diǎn)自測(cè)3:如圖所示,半圓軌道豎直放置,半徑R=0.4 m,(1)A與C至少應(yīng)相距多少?答案:(1)0.8 m(1)A與C至少應(yīng)相距多少?答案:(1)0.8 m(2)在(1)這種情況下所需恒力F的大小是多大?(取g=10 m/s2)答案:(2)2.5 N(2)在(1)這種情況下所需恒力F的大小是多大?(取g=10考點(diǎn)四機(jī)械能守恒定律與圓周運(yùn)動(dòng)結(jié)合幾種典型的豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的模型繩桿圓管m的受力情況重力、繩的拉力重力、桿的拉力或支持力重力、外管壁的支持力或內(nèi)管壁的支持力考點(diǎn)四機(jī)械能守恒定律與圓周運(yùn)動(dòng)結(jié)合繩桿圓管m的受重力、繩的浙江省高中物理學(xué)業(yè)水平復(fù)習(xí)：第六章

12、-課時(shí)3-機(jī)械能守恒定律和能量守恒-(1)求小球在B,A兩點(diǎn)的動(dòng)能之比;答案:(1)5(1)求小球在B,A兩點(diǎn)的動(dòng)能之比;答案:(1)5(2)通過(guò)計(jì)算判斷小球能否沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)。答案:(2)見(jiàn)解析(2)通過(guò)計(jì)算判斷小球能否沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)。答案:(2)見(jiàn)解對(duì)點(diǎn)自測(cè)4:游樂(lè)場(chǎng)的過(guò)山車(chē)可以底朝上在圓軌道上運(yùn)行,游客卻不會(huì)掉下來(lái),這種情況可簡(jiǎn)化為如圖所示的模型:弧形軌道的下端與豎直圓軌道相接,使小球從弧形軌道上端無(wú)初速滾下,小球進(jìn)入圓軌道下端后沿圓軌道運(yùn)動(dòng),其中P,Q分別為圓軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),只要h大于一定值,小球就可以順利通過(guò)圓軌道的最高點(diǎn)。已知圓軌道的半徑為R=5.0 m,小球質(zhì)

13、量為m=1.0 kg(不考慮摩擦等阻力,g取 10 m/s2)對(duì)點(diǎn)自測(cè)4:游樂(lè)場(chǎng)的過(guò)山車(chē)可以底朝上在圓軌道上運(yùn)行,游客卻不(1)h至少為多大,才可使小球沿圓軌道運(yùn)動(dòng)而不掉下來(lái)?答案:(1)12.5 m(1)h至少為多大,才可使小球沿圓軌道運(yùn)動(dòng)而不掉下來(lái)?答案:(2)如果h=15 m,小球通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的速度為多大?此時(shí)軌道對(duì)小球的支持力為多大?(2)如果h=15 m,小球通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的速度為多大?此時(shí)軌道(3)高度h越大,小球滑至Q點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)小球的壓力F N也越大,試推出F N關(guān)于h的函數(shù)關(guān)系式。答案:(3)FN=4h-50(h12.5 m)(3)高度h越大,小球滑至Q點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)小球的壓力F N也越

14、大考點(diǎn)五機(jī)械能守恒定律的綜合應(yīng)用典例5 如圖所示為某種彈射小球的游戲裝置,水平面上固定一輕質(zhì)彈簧及長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)的豎直細(xì)管AB,下端接有一小段長(zhǎng)度不計(jì)的圓滑彎管,上端B與四分之一圓弧彎管BC相接。每次彈射前,總將小球及彈簧壓縮到同一位置后鎖定。解除鎖定,小球即被彈簧彈出,水平射進(jìn)A端,再沿ABC管從C端水平射出。已知彎管BC的半徑R=0.30 m,小球的質(zhì)量為m=50 g,當(dāng)調(diào)節(jié)豎直細(xì)管AB的長(zhǎng)度至L0=0.90 m時(shí),發(fā)現(xiàn)小球恰好能過(guò)管口C端。不計(jì)小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能損失,g取10 m/s2?？键c(diǎn)五機(jī)械能守恒定律的綜合應(yīng)用(1)求每次彈射時(shí)彈簧對(duì)小球所做的功W;答案:(1)0.60 J 解析:

15、(1)設(shè)小球通過(guò)管口C端時(shí)的速度為v,恰好能過(guò)管口C端,則v=0,根據(jù)功能關(guān)系,每次彈射時(shí)彈簧對(duì)小球所做的功為W=mg(L0+R)=0.60 J。(1)求每次彈射時(shí)彈簧對(duì)小球所做的功W;答案:(1)0.60(2)當(dāng)AB的長(zhǎng)度L取多少時(shí),小球過(guò)管口C端時(shí),對(duì)管壁的作用力恰好為0?答案:(2)0.75 m(2)當(dāng)AB的長(zhǎng)度L取多少時(shí),小球過(guò)管口C端時(shí),對(duì)管壁的作用(3)當(dāng)AB的長(zhǎng)度L取多少時(shí),小球落至水平面時(shí)的落點(diǎn)離直管AB最遠(yuǎn)?答案:(3)0.30 m(3)當(dāng)AB的長(zhǎng)度L取多少時(shí),小球落至水平面時(shí)的落點(diǎn)離直管A對(duì)點(diǎn)自測(cè)5:如圖所示,在同一豎直平面內(nèi)的兩正對(duì)著的相同半圓光滑軌道,相隔一定的距離,虛線沿豎直方向,一小球能在其間運(yùn)動(dòng),今在最高點(diǎn)A與最低點(diǎn)B各放一個(gè)