2022-2023年粵教版(2019)新教材高中物理必修2 第4章機(jī)械能及其守恒定律第7節(jié)生產(chǎn)和生活中的機(jī)械能守恒課件

第四章機(jī)械能及其守恒定律第七節(jié)生產(chǎn)和生活中的機(jī)械能守恒如圖所示為跳臺滑雪的簡化圖,運(yùn)動(dòng)員從O點(diǎn)由靜止開始,在不借助其他外力的情況下,自由滑過一段圓心角為60°的光滑圓弧軌道后從A點(diǎn)水平飛出,然后落到斜坡上的B點(diǎn)．已知A點(diǎn)是斜坡的起點(diǎn),光滑圓弧軌道半徑為40m,斜坡與水平面的夾角θ＝30°,運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量m＝50kg,重力加速度g＝10m/s2,忽略空氣阻力．探究以下問題．跳臺滑雪(1)如何求出運(yùn)動(dòng)員到達(dá)A點(diǎn)時(shí)的速度？(2)如何求出運(yùn)動(dòng)員到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為多少？2．應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的基本思路(1)選取研究對象——物體或系統(tǒng)．(2)根據(jù)研究對象所經(jīng)歷的物理過程,進(jìn)行受力分析及做功分析,判斷機(jī)械能是否守恒．(3)恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面,確定研究對象在初、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能．(4)選取方便解題的機(jī)械能守恒定律的表達(dá)式進(jìn)行求解．精練1如圖所示是跳臺滑雪的示意圖,雪道由傾斜的助滑雪道AB、水平平臺BC、著陸雪道CD及減速區(qū)DE組成,各雪道間均平滑連接．A處與水平平臺間BC的高度差h＝45m,CD的傾角為30°.運(yùn)動(dòng)員自A處由靜止滑下,不計(jì)其在雪道ABC滑行和空中飛行時(shí)所受的阻力,運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn)．(g取10m/s2)(1)求運(yùn)動(dòng)員滑離平臺BC時(shí)的速度．(2)為保證運(yùn)動(dòng)員落在著陸雪道CD上,雪道CD長度至少為多少？(3)若實(shí)際的著陸雪道CD長為150m,運(yùn)動(dòng)員著陸后滑到D點(diǎn)時(shí)具有的動(dòng)能是著陸瞬間動(dòng)能的80%.在減速區(qū)DE,滑行s＝100m后停下,運(yùn)動(dòng)員在減速區(qū)所受平均阻力是其重力的多少倍？【答案】(1)30m/s

(2)120m

(3)0.84變式1如圖所示,質(zhì)量m＝70kg的運(yùn)動(dòng)員以10m/s的速度從高h(yuǎn)＝10m的滑雪場A點(diǎn)沿斜坡自由滑下,以最低點(diǎn)B所在的水平面為零勢能面,一切阻力可忽略不計(jì)．求：(g取10m/s2)(1)運(yùn)動(dòng)員在A點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能．(2)運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí)的速度大?。?3)運(yùn)動(dòng)員相對于B點(diǎn)能到達(dá)的最大高度．精練2如圖所示,某大型露天游樂場中過山車的質(zhì)量為1t,從軌道一側(cè)的頂點(diǎn)A處由靜止釋放,到達(dá)底部B處后又沖上環(huán)形軌道,使乘客頭朝下通過C點(diǎn),再沿環(huán)形軌道到達(dá)底部B處,最后沖上軌道另一側(cè)的頂點(diǎn)D處．已知D與A在同一水平面上．A、B間的高度差為20m,圓環(huán)半徑為5m,如果不考慮車與軌道間的摩擦和空氣阻力,g取10m/s2.試求：過山車(1)過山車通過B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能．(2)過山車通過C點(diǎn)時(shí)的速度大?。?3)過山車通過D點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能．(取過B點(diǎn)的水平面為零勢能面)變式2如圖所示,AB是一個(gè)固定在豎直面內(nèi)的光滑弧形軌道,與半徑為R的豎直圓形軌道BCD在最低點(diǎn)B平滑連接,且B點(diǎn)的切線是水平的；BCD圓軌道的另一端D與水平直軌道DE平滑連接．B、D兩點(diǎn)在同一水平面上,且B、D兩點(diǎn)間沿垂直圓軌道平面方向錯(cuò)開了一段很小的距離,可使運(yùn)動(dòng)物體從圓軌道轉(zhuǎn)移到水平直軌道上．一個(gè)質(zhì)量為m的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))在A點(diǎn)由靜止釋放沿弧形軌道滑下,當(dāng)它經(jīng)過B點(diǎn)進(jìn)入圓軌道時(shí)對軌道的壓力大小為其重力大小的9倍,小球運(yùn)動(dòng)到圓軌道的最高點(diǎn)C時(shí),對軌道的壓力恰好與它所受的重力大小相等,小球沿圓軌道經(jīng)過D點(diǎn)后,再沿水平軌道DE向右運(yùn)動(dòng)．已知重力加速度為g.(1)求小球運(yùn)動(dòng)到圓軌道的最高點(diǎn)C時(shí)速度的大?。?2)求A點(diǎn)距水平面的高度h.(3)若小球在豎直左、右半圓軌道部分克服摩擦阻力做的功近似相等,求小球經(jīng)過豎直圓軌道的過程中,克服摩擦阻力所做的總功．求解過山車問題時(shí),首先把人抽象為質(zhì)點(diǎn)模型,若不計(jì)阻力,則對整個(gè)過程由機(jī)械能守恒定律列式,對圓周的瞬時(shí)狀態(tài)由牛頓第二定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律列式．科學(xué)思維——潮汐發(fā)電與能量轉(zhuǎn)化潮汐發(fā)電與普通水力發(fā)電原理類似,在漲潮時(shí)將海水儲存在水庫內(nèi),以勢能的形式保存,然后,在落潮時(shí)放出海水,利用高、低潮位之間的落差,推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電．專練某海灣面積1.0×107

m2,漲潮時(shí)平均水深h1＝20m,此時(shí)關(guān)上水壩閘門．退潮時(shí),壩內(nèi)水位降至h2＝18m．利用此水壩建立一座水力發(fā)電站,重力勢能轉(zhuǎn)化為電能的效率為10%,每天有兩次漲潮．求該電站每天能發(fā)出的電能及發(fā)電機(jī)的平均功率P.(g取10m/s2)【答案】463kW1．(多選)如圖所示,完整的撐竿跳高過程可以簡化成三個(gè)階段：持竿助跑、撐竿起跳上升、越竿下落(下落時(shí)人竿分離),最后落在軟墊上速度減為零．不計(jì)空氣阻力,則

(

)A．運(yùn)動(dòng)員在整個(gè)跳高過程中機(jī)械能守恒B．運(yùn)動(dòng)員在撐竿起跳上升過程中機(jī)械能守恒C．在撐竿起跳上升過程中,竿的彈性勢能轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)員的重力勢能且彈性勢能減少量小于運(yùn)動(dòng)員的重力勢能增加量D．運(yùn)動(dòng)員落在軟墊上時(shí)做減速運(yùn)動(dòng)時(shí),處于超重狀態(tài)【答案】CD【解析】運(yùn)動(dòng)員持竿助跑階段對竿做功,機(jī)械能不守恒,最后從落在軟墊上到速度減為零的過程中阻力做功,機(jī)械能也不守恒,故A錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員在撐竿起跳上升過程中,竿從開始形變到竿恢復(fù)原狀,先是運(yùn)動(dòng)員部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能和竿的彈性勢能,后是彈性勢能和運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能,使用竿的過程中,運(yùn)動(dòng)員與竿組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能不守恒,故B錯(cuò)誤；在撐竿起跳上升過程中,運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能和竿的彈性勢能轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)員的重力勢能,所以竿的彈性勢能減少量一定小于運(yùn)動(dòng)員的重力勢能增加量,故C正確；運(yùn)動(dòng)員落在軟墊上時(shí)做減速運(yùn)動(dòng),加速度的方向向上,因而運(yùn)動(dòng)員處于超重狀態(tài),故D正確．2．(多選)“嫦娥三號”衛(wèi)星到達(dá)月球附近并繞月球在橢圓軌道上運(yùn)行,月球在橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上,如圖所示．已知衛(wèi)星在運(yùn)行中是無動(dòng)力飛行,只受到月球?qū)λ娜f有引力作用．在衛(wèi)星從軌道的A點(diǎn)沿箭頭方向運(yùn)行到B點(diǎn)的過程中

(

)A．衛(wèi)星的速度逐漸減小B．衛(wèi)星的速度逐漸增大C．衛(wèi)星的機(jī)械能守恒D．衛(wèi)星的機(jī)械能逐漸增大【答案】AC【解析】“嫦娥三號”衛(wèi)星在橢圓軌道上繞月運(yùn)動(dòng)時(shí),只受月球的引力作用,機(jī)械能守恒,C正確,D錯(cuò)誤．由A點(diǎn)沿箭頭方向運(yùn)行到B點(diǎn)的過程中,衛(wèi)星距離月球的高度變大,重力勢能增大,動(dòng)能減小,A正確,B錯(cuò)誤．3．如圖所示,質(zhì)量為25kg的小孩坐在秋千上,小孩重心離拴繩子的橫梁2.5m．如果秋千擺到最高點(diǎn)時(shí),繩子與豎直方向的夾角是60°,秋千板擺到最低點(diǎn)時(shí),忽略手與繩間的作用力,求小孩對秋千板的壓力大小．(g取10m/s2)【答案】500N4．跳臺滑雪是冬奧會上最具觀賞性的項(xiàng)目之一．某滑道示意圖如下,長直助滑道AB與彎曲滑道BC平滑銜接,滑道BC高h(yuǎn)＝10m,C是半徑R＝20m圓弧的最低點(diǎn)．質(zhì)量m＝50kg的運(yùn)動(dòng)員從A處由靜