人教版高中物理必修二 (機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 功能關(guān)系的理解和應(yīng)用)機(jī)械能守恒定律教師教學(xué)課件_第1頁
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專題強(qiáng)化機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用

功能關(guān)系的理解和應(yīng)用第八章機(jī)械能守恒定律

1.能靈活應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的三種表達(dá)形式.2.會分析多個物體組成系統(tǒng)的機(jī)械能守恒問題.3.知道常見的幾種功能關(guān)系,知道功是能量轉(zhuǎn)化的量度.學(xué)習(xí)目標(biāo)探究重點提升素養(yǎng)隨堂演練逐點落實內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN探究重點提升素養(yǎng)011.多個物體組成的系統(tǒng),就單個物體而言,機(jī)械能一般不守恒,但就系統(tǒng)而言機(jī)械能往往是守恒的.2.關(guān)聯(lián)物體注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關(guān)系和位移關(guān)系.3.機(jī)械能守恒定律表達(dá)式的選取技巧(1)當(dāng)研究對象為單個物體時,可優(yōu)先考慮應(yīng)用表達(dá)式Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或ΔEk=-ΔEp來求解.(2)當(dāng)研究對象為兩個物體組成的系統(tǒng)時:①若兩個物體的重力勢能都在減小(或增加),動能都在增加(或減小),可優(yōu)先考慮應(yīng)用表達(dá)式ΔEk=-ΔEp來求解.②若A物體的機(jī)械能增加,B物體的機(jī)械能減少,可優(yōu)先考慮用表達(dá)式ΔEA=-ΔEB來求解.多物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒問題一圖1答案

1∶2解析設(shè)B剛下落到地面時速度為v,由系統(tǒng)機(jī)械能守恒得:A以速度v上滑到頂點過程中機(jī)械能守恒,則:規(guī)律總結(jié)機(jī)械能守恒定律的研究對象是幾個相互作用的物體組成的系統(tǒng),經(jīng)常出現(xiàn)下面三種情況:(1)系統(tǒng)內(nèi)兩個物體直接接觸或通過彈簧連接.這類連接體問題應(yīng)注意各物體間不同能量形式的轉(zhuǎn)化關(guān)系.(2)系統(tǒng)內(nèi)兩個物體通過輕繩連接.如果和外界不存在摩擦力做功等問題時,只有機(jī)械能在兩物體之間相互轉(zhuǎn)移,兩物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.解決此類問題的關(guān)鍵是在繩的方向上兩物體速度大小相等.(3)系統(tǒng)內(nèi)兩個物體通過輕桿連接.輕桿連接的兩物體繞固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時,兩物體轉(zhuǎn)動的角速度相等.鏈條類物體的機(jī)械能守恒問題二鏈條類物體機(jī)械能守恒問題的解題關(guān)鍵是分析重心位置,進(jìn)而確定物體重力勢能的變化,解題要注意兩個問題:一是零勢能面的選?。欢擎湕l的每一段重心的位置變化和重力勢能變化.例2如圖2所示,總長為L的光滑勻質(zhì)鐵鏈跨過一個光滑的輕質(zhì)小滑輪,開始時下端A、B相平齊,當(dāng)略有擾動時其一端下落,則當(dāng)鐵鏈剛脫離滑輪的瞬間,鐵鏈的速度為多大?圖2解析方法一(取整個鐵鏈為研究對象):方法二(將鐵鏈看做兩段):鐵鏈由初始狀態(tài)到剛離開滑輪時,等效于左側(cè)鐵鏈BB′部分移到AA′位置.由機(jī)械能守恒得:利用機(jī)械能守恒定律分析多過程問題三例3

(2019·啟東中學(xué)高一下學(xué)期期中)如圖3,光滑管狀軌道ABC由直軌道AB和圓弧形軌道BC組成,二者在B處相切并平滑連接,O為圓心,O、A在同一條水平線上,OC豎直,一直徑略小于圓管直徑的質(zhì)量為m的小球,用細(xì)線穿過管道與質(zhì)量為M的物塊連接,物塊距離地面足夠高,將小球由A點靜止釋放,當(dāng)小球運(yùn)動到B處時細(xì)線斷裂,小球繼續(xù)運(yùn)動.已知弧形軌道的半徑為R=

m,所對應(yīng)的圓心角為53°,sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10m/s2.(1)若M=5m,求小球運(yùn)動到B處時的速度大?。粓D3解析小球從A到B:M、m系統(tǒng)機(jī)械能守恒(2)若M=5m,求小球從C點拋出后下落高度h=

m時到C點的水平位移;小球離開C后做平拋運(yùn)動,x=vCt(3)M、m滿足什么關(guān)系時,小球能夠運(yùn)動到C點?線斷后,小球從B到C,vC≥0解析小球從A到B:M、m組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒規(guī)律總結(jié)機(jī)械能守恒定律多與其他知識相結(jié)合進(jìn)行綜合命題,一般為多過程問題,難度較大.解答此類題目時一定要注意機(jī)械能守恒的條件,分析在哪個過程中機(jī)械能守恒,然后列式求解,不能盲目應(yīng)用機(jī)械能守恒定律.功能關(guān)系的理解與應(yīng)用四功與能的關(guān)系:功是能量轉(zhuǎn)化的量度,某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系,做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化.具體功能關(guān)系如下表:功能量轉(zhuǎn)化關(guān)系式重力做功重力勢能的改變WG=-ΔEp彈力做功彈性勢能的改變WF=-ΔEp合外力做功動能的改變W合=ΔEk除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以外的其他力做功機(jī)械能的改變W=ΔE機(jī)兩物體間滑動摩擦力對物體系統(tǒng)做功機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能Ff·x相對=Q例4如圖4所示,在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道,半徑OA水平、OB豎直,一個質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點由靜止開始自由下落,小球沿軌道到達(dá)最高點B時恰好對軌道沒有壓力.已知AP=2R,重力加速度為g,則小球從P到B的運(yùn)動過程中A.重力做功2mgRB.機(jī)械能減少mgRC.合外力做功mgRD.克服摩擦力做功

mgR圖4√解析從P到B的過程中,小球下降的高度為R,則WG=mgR,選項A錯誤;例5

(多選)如圖5所示,木塊靜止在光滑水平桌面上,一子彈(可視為質(zhì)點)水平射入木塊的深度為d時,子彈與木塊相對靜止,在子彈入射的過程中,木塊沿桌面移動的距離為x,木塊對子彈的平均阻力為Ff,那么在這一過程中,下列說法正確的是A.木塊的機(jī)械能增量為FfxB.子彈的機(jī)械能減少量為Ff(x+d)C.系統(tǒng)的機(jī)械能減少量為FfdD.系統(tǒng)的機(jī)械能減少量為Ff(x+d)√圖5√√解析木塊機(jī)械能的增量等于子彈對木塊的作用力Ff

做的功Ffx,A對;子彈機(jī)械能的減少量等于動能的減少量,即子彈克服阻力做的功Ff(x+d),B對;系統(tǒng)減少的機(jī)械能等于產(chǎn)生的內(nèi)能,也等于摩擦力乘以相對位移,ΔE=Ffd,C對,D錯.隨堂演練逐點落實021.(功能關(guān)系)(多選)(2018·白水中學(xué)高一下學(xué)期期末)如圖6所示,質(zhì)量為m的物體(可視為質(zhì)點)以某一速度從A點沖上傾角為30°的固定斜面,其運(yùn)動的加速度大小為

g,此物體在斜面上上升的最大高度為h,則在這個過程中物體1234圖6√√解析這個過程中物體上升的高度為h,則重力勢能增加了mgh,故A錯誤;12342.(鏈條類機(jī)械能守恒問題)(2018·樹德中學(xué)期末)如圖7所示,一條長為L的柔軟勻質(zhì)鏈條,開始時靜止在光滑梯形平臺上,斜面上的鏈條長為x0,已知重力加速度為g,L<BC,∠BCE=α,斜面上鏈條長為x(x>x0)時,鏈條的速度大小為__________________.(用x0、x、L、g、α表示)1234圖7解析鏈條各部分和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,設(shè)鏈條的總質(zhì)量為m,以AB面為零勢能面,則12343.(系統(tǒng)機(jī)械能守恒的計算)(2018·正定中學(xué)期末考試)如圖8所示,質(zhì)量不計的硬直桿的兩端分別固定質(zhì)量均為m的小球A和B,它們可以繞光滑軸O在豎直面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動.已知OA=2OB=2l,將桿從水平位置由靜止釋放.(重力加速度為g)(1)在桿轉(zhuǎn)動到豎直位置時,小球A、B的速度大小分別為多少?1234圖8解析小球A和B及桿組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.vA=2lω,vB=lω(2)在桿轉(zhuǎn)動到豎直位置的過程中,桿對A球做了多少功?1234(3)在桿剛轉(zhuǎn)到豎直位置的瞬間,桿對B球的作用力為多大?是推力還是拉力?1234解析在桿剛轉(zhuǎn)到豎直位置的瞬間,設(shè)桿對B球有向下的拉力F,根據(jù)向心力公式有負(fù)號表示桿對B球的作用力方向與假設(shè)方向相反,即向上,所以對B球的作用力為推力.4.(系統(tǒng)機(jī)械能守恒的計算)(2018·許昌市高一下學(xué)期期末)如圖9所示,一輕質(zhì)豎直彈簧,下端與地面相連,上端與質(zhì)量為m的物體A相連.彈簧的勁度系數(shù)為k,A處于靜止?fàn)顟B(tài),此時彈簧的彈性勢能為Ep.一條不可伸長的輕繩繞過定滑輪,一端連接物體A,另一端連一輕質(zhì)掛鉤.開始時各段繩子都處于伸直狀態(tài),A上方的一段繩子沿豎直方向.現(xiàn)在掛鉤上掛一質(zhì)量為M的物體B并從靜止?fàn)顟B(tài)釋放.則當(dāng)彈簧向上變?yōu)樵L時,物體A和B的速度大小分別為多少?(已知重力加速度為g)1234圖91234解析沒有掛物體B時,設(shè)彈簧的壓縮量為x,對A,有:mg=kx掛上物體B后,彈簧向上變?yōu)樵L時,物體A和B的速度大小一樣,設(shè)為v,從開始運(yùn)動到彈簧變?yōu)樵L的過程中,把A、B和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,有:拋體運(yùn)動的規(guī)律

核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念認(rèn)識平拋運(yùn)動,理解平拋運(yùn)動的規(guī)律,會用運(yùn)動合成和分解的方法分析平拋運(yùn)動。科學(xué)思維能用平拋運(yùn)動的規(guī)律分析生產(chǎn)、生活中的平拋運(yùn)動??茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任能體會物理學(xué)規(guī)律的運(yùn)用對生產(chǎn)生活的影響。知識點一平拋運(yùn)動的速度[觀圖助學(xué)]觀察下列物體的(排球、子彈、摩托車)拋出時的速度方向。以速度v0沿水平方向拋出一物體,物體做平拋運(yùn)動。以拋出點為原點,以初速度v0的方向為x軸方向,豎直向下的方向為y軸方向,建立平面直角坐標(biāo)系。1.水平方向:不受力,為____________運(yùn)動,vx=v0。2.豎直方向:只受重力作用,_____=ma

即a=____

所以vy=_______勻速直線mgggt3.平拋運(yùn)動的速度[思考判斷] (1)水平拋出的物體所做的運(yùn)動就是平拋運(yùn)動。() (2)平拋運(yùn)動中要考慮空氣阻力的作用。(

) (3)平拋運(yùn)動的初速度與重力方向垂直。() (4)做平拋運(yùn)動的物體初速度越大,落地時豎直方向的速度越大。(

)××√×平拋運(yùn)動的特點(1)初速度沿水平方向。(2)只受重力作用。采用“化曲為直”的方法平拋運(yùn)動的物體,下落過程中速度的方向越來越接近豎直方向,但因為水平初速度不變,所以合速度的方向永遠(yuǎn)不可能達(dá)到豎直。知識點二平拋運(yùn)動的位移與軌跡1.平拋運(yùn)動的位移v0t2.平拋運(yùn)動的軌跡無關(guān)拋物線[思考判斷] (1)平拋運(yùn)動的軌跡是拋物線,速度方向時刻變化,加速度方向也時刻變化。() (2)做平拋運(yùn)動的物體質(zhì)量越大,水平位移越大。() (3)從同一高度水平拋出的物體,不計空氣阻力,初速度大的落地速度大。()數(shù)學(xué)中把二次函數(shù)的圖線叫作拋物線?!痢痢讨R點三一般的拋體運(yùn)動[觀圖助學(xué)]左圖中投出去的標(biāo)槍做什么運(yùn)動?右圖中投出去的籃球做什么運(yùn)動?1.定義:初速度沿__________或_________方向的拋體運(yùn)動。2.初速度:vx=v0____________,vy=v0___________。3.性質(zhì):斜拋運(yùn)動可以看成是水平方向的____________運(yùn)動和豎直方向的__________或____________運(yùn)動的合運(yùn)動。斜向上斜向下cosθsinθ勻速直線豎直上拋豎直下拋[思考判斷] (1)斜拋運(yùn)動和平拋運(yùn)動在豎直方向上做的都是自由落體運(yùn)動。() (2)斜拋運(yùn)動和平拋運(yùn)動在水平方向上做的都是勻速直線運(yùn)動。() (3)斜拋運(yùn)動和平拋運(yùn)動的加速度相同。(

)×√√斜上拋運(yùn)動的對稱性①時間對稱:相對于軌跡最高點,上升時間等于下降時間。②速度對稱:相對于軌跡最高點,對稱的兩點速度大小相等。③軌跡對稱:相對于過最高點的豎直線運(yùn)動軌跡左右對稱。核心要點一平拋運(yùn)動特點的理解1.平拋運(yùn)動的性質(zhì):加速度為g的勻變速曲線運(yùn)動。2.平拋運(yùn)動的特點 (1)受力特點:只受重力作用,不受其他力或其他力忽略不計。 (2)運(yùn)動特點 ①加速度:為自由落體加速度g,大小、方向均不變,故平拋運(yùn)動是勻變速運(yùn)動。

②速度:大小、方向時刻在變化,平拋運(yùn)動是變速運(yùn)動。 (3)軌跡特點:運(yùn)動軌跡是拋物線。(4)速度變化特點:任意兩個相等的時間間隔內(nèi)速度的變化相同,Δv=gΔt,方向豎直向下,如圖所示。[試題案例][例1]

關(guān)于平拋運(yùn)動,下面的幾種說法中正確的是(

) A.平拋運(yùn)動是一種不受任何外力作用的運(yùn)動 B.平拋運(yùn)動是曲線運(yùn)動,它的速度方向不斷改變,不可能是勻變速運(yùn)動 C.平拋運(yùn)動可以分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動 D.平拋運(yùn)動的物體質(zhì)量越小,落點就越遠(yuǎn),質(zhì)量越大,落點就越近解析做平拋運(yùn)動的物體除了受自身重力外,不受其他外力,A錯誤;平拋運(yùn)動軌跡是拋物線,它的速度方向不斷改變,物體的加速度是重力加速度,故平拋運(yùn)動是勻變速曲線運(yùn)動,B錯誤;平拋運(yùn)動可以分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動,C正確;平拋運(yùn)動的運(yùn)動情況與物體的質(zhì)量無關(guān),在相同高度的情況下,初速度越大,落點就越遠(yuǎn),D錯誤。答案C[針對訓(xùn)練1]

(多選)物體在做平拋運(yùn)動時,在相等時間內(nèi),相等的量是(

) A.速度的增量

B.加速度 C.位移的增量

D.位移答案AB核心要點二平拋運(yùn)動規(guī)律的應(yīng)用答案在空中運(yùn)動的時間相同,但落地速度不同。[觀察探究]

球場上,運(yùn)動員多次從同一高度以不同的水平速度擊出網(wǎng)球。若網(wǎng)球均落在同一水平面上,每次網(wǎng)球在空中運(yùn)動的時間相同嗎?落地速度相同嗎?[探究歸納]

平拋運(yùn)動中幾個重要的物理量[試題案例][例2]

如圖所示,滑板運(yùn)動員以初速度v0從離地高h(yuǎn)處的平臺末端水平飛出,落在水平地面上。忽略空氣阻力,運(yùn)動員和滑板可視為質(zhì)點,下列表述正確的是(

)A.v0越大,運(yùn)動員在空中運(yùn)動時間越長B.v0越大,運(yùn)動員落地瞬間速度越大C.運(yùn)動員落地瞬間速度與高度h無關(guān)D.運(yùn)動員落地位置與v0大小無關(guān)答案B方法總結(jié)求解平拋運(yùn)動問題的方法一般情況下,將平拋運(yùn)動進(jìn)行分解,若已知的是速度則分解速度,若已知的是位移則分解位移。[針對訓(xùn)練2]

如圖所示,在水平路面上一運(yùn)動員駕駛摩托車跨越壕溝,壕溝兩側(cè)的高度差為0.8m,水平距離為8m,則運(yùn)動員跨過壕溝的初速度至少為(取g=10m/s2)(

)A.0.5m/s B.2m/sC.10m/s D.20m/s答案D[例3](2017·全國卷Ⅰ,15)發(fā)球機(jī)從

向正前方依次水平射出兩個速度不同的乒乓球(忽略空氣的影響)。速度較大的球越過球網(wǎng),速度較小的球沒有越過球網(wǎng);其原因是(

)兩物體下落的時間相同核心要點三兩個(或多個)平拋物體運(yùn)動的比較同一高度A.速度較小的球下降相同距離所用的時間較多B.速度較小的球在下降相同距離時在豎直方向上的速度較大C.速度較大的球通過同一水平距離所用的時間較少D.速度較大的球在相同時間間隔內(nèi)下降的距離較大答案C[針對訓(xùn)練3]

(2019·漳州高一檢測)(多選)如圖所示,x軸在水平地面內(nèi),y軸沿豎直方向,圖中畫出了從y軸上沿x軸正向拋出的三個小球a、b和c的運(yùn)動軌跡,其中b和c是從同一點拋出的,不計空氣阻力,則(

)A.a的飛行時間比b的長B.b和c的飛行時間相同C.a的水平初速度比b的大D.b的水平初速度比c的小答案BC核心要點四斜拋運(yùn)動的理解[問題探究]

體育運(yùn)動中投擲的鏈球、鉛球、鐵餅、標(biāo)槍等(如圖所示),都可以看做是斜上拋運(yùn)動。以拋出的鉛球為例:(1)鉛球離開手后,如不考慮空氣阻力,其受力情況、速度有何特點?(2)鉛球在最高點的速度是零嗎?答案

(1)不考慮空氣阻力,鉛球在水平方向不受力,在豎直方向只受重力,加速度為g,其初速度不為零,初速度方向斜向上方。(2)不是。由于鉛球在水平方向做勻速運(yùn)動,所以鉛球在最高點的速度等于水平方向的分速度。[探究歸納]

1.受力特點:斜拋運(yùn)動是忽略了空氣阻力的理想化運(yùn)動,因此物體僅受重力,其加速度為重力加速度g。2.運(yùn)動特點:物體具有與水平方向存在夾角的初速度,僅受重力,因此斜拋運(yùn)動是勻變速曲線運(yùn)動,其軌跡為拋物線。3.速度變化特點 (1)水平方向:速度不變。 (2)豎直方向:加速度為g,速度均勻變化,故相等的時間內(nèi)速度的變化相同,即Δv=gΔt,方向均豎直向下。 (3)最高點的速度:不為零且等于水平方向的分速度。[試題案例][例4]

(多選)如圖所示,從地面上同一位置拋出兩小球A、B,分別落在地面上的M、N點,兩球運(yùn)動的最大高度相同??諝庾枇Σ挥?,則(

)A.B的加速度比A的大B.B的飛行時間比A的長C.B在最高點的速度比A在最高點的大D.B在落地時的速度比A在落地時的大解析A、B兩球都做斜上拋運(yùn)動,只受重力作用,加速度即為重力加速度,A項錯誤;在豎直方向上做豎直上拋運(yùn)動,由于上升的豎直高度相同,豎直分速度相等,所以兩小球在空中飛行的時間相等,B項錯誤;由于B球的水平射程比A球的大,故B球的水平速度及落地時的速度均比A球的大,C、D項正確。答案CD方法總結(jié)斜上拋運(yùn)動問題的分析技巧(1)斜上拋運(yùn)動問題可用運(yùn)動的合成與分解進(jìn)行分

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