高考物理創(chuàng)新（基礎(chǔ)課能力課實驗課）版課件第五章機械能基礎(chǔ)課3

基礎(chǔ)課3機械能守恒定律及其應(yīng)用重力做功與重力勢能1.重力做功的特點 (1)重力做功與_______無關(guān)，只與始、末位置的_________有關(guān)。 (2)重力做功不引起物體________的變化。知識排查路徑高度差機械能2.重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 (1)定性關(guān)系：重力對物體做正功，物體重力勢能就_______；重力對物體做負(fù)功，物體重力勢能就_______。 (2)定量關(guān)系：重力對物體做的功______物體重力勢能的______量。即WG＝－(Ep2－Ep1)＝Ep1－Ep2＝________。 (3)重力勢能的變化量是絕對的，與零參考面的選取______。減小增大等于減?。p無關(guān)3.彈性勢能 (1)概念：物體由于發(fā)生__________而具有的能。 (2)大小：彈簧的彈性勢能的大小與形變量及勁度系數(shù)有關(guān)，在彈性限度內(nèi)彈簧的形變量______，勁度系數(shù)______，彈簧的彈性勢能就越大。 (3)彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系：類似于重力做功與重力勢能變化的關(guān)系，用公式表示：W＝_________。彈性形變越大越大－ΔEp機械能守恒定律及應(yīng)用1.機械能：______和______統(tǒng)稱為機械能，其中勢能包括_________和_________。2.機械能守恒定律 (1)內(nèi)容：在只有____________做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機械能_________。3.守恒條件：只有重力或彈簧的彈力做功。動能勢能彈性勢能重力勢能重力或彈力保持不變小題速練1.思考判斷 (1)重力勢能的大小及變化與零勢能面的選取有關(guān)。(

) (2)重力做的功與路徑有關(guān)。(

) (3)發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能。(

) (4)彈簧彈力做正功時，彈性勢能增加。(

) (5)物體所受的合外力為零，物體的機械能一定守恒。(

) (6)做勻速直線運動的物體機械能一定守恒。(

) (7)做曲線運動的物體機械能可能守恒。(

)

答案

(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)×

(6)×

(7)√2.[人教版必修2P78第3題改編](多選)如圖1所示，在地面上以速度v0拋出質(zhì)量為m的物體，拋出后物體落到比地面低h的海平面上。若以地面為零勢能面，而且不計空氣阻力，則下列說法中正確的是(

)圖13.[人教版必修2P80第2題改編]如圖2所示是某公園設(shè)計的一種驚險刺激的娛樂設(shè)施。管道除D點右側(cè)水平部分粗糙外，其余部分均光滑。若挑戰(zhàn)者自斜管上足夠高的位置滑下，將無能量損失的連續(xù)滑入第一個、第二個圓管軌道A、B內(nèi)部(圓管A比圓管B高)。某次一挑戰(zhàn)者自斜管上某處滑下，經(jīng)過第一個圓管軌道A內(nèi)部最高位置時，對管壁恰好無壓力。則這名挑戰(zhàn)者(

)圖2A.經(jīng)過管道A最高點時的機械能大于經(jīng)過管道B最低點時的機械能B.經(jīng)過管道A最低點時的動能大于經(jīng)過管道B最低點時的動能C.經(jīng)過管道B最高點時對管外側(cè)壁有壓力D.不能經(jīng)過管道B的最高點答案

C對機械能守恒的理解與判斷1.利用機械能的定義判斷(直接判斷)

分析動能和勢能的和是否變化。2.用做功判斷

若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈簧的彈力)做功，或有其他力做功，但其他力做功的代數(shù)和為零，則機械能守恒。3.用能量轉(zhuǎn)化來判斷

若物體系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機械能守恒。【例1】

(多選)如圖3所示，下列關(guān)于機械能是否守恒的判斷正確的是(

)圖3A.甲圖中，物體A將彈簧壓縮的過程中，A機械能守恒B.乙圖中，物體B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑時，B機械能不變C.丙圖中，斜面光滑，物體在推力F作用下沿斜面向下運動的過程中，物體機械能守恒D.丁圖中，斜面光滑，物體在斜面上下滑的過程中，物體機械能守恒解析弄清楚機械能守恒的條件是分析此問題的關(guān)鍵。表解如下：選項結(jié)論分析A×物體壓縮彈簧的過程中，物體所受重力和彈簧的彈力都對其做功，所以A機械能不守恒B√物體沿斜面下滑過程中，除重力做功外，其他力做功的代數(shù)和始終為零，所以B機械能不變C×物體下滑過程中，除重力外還有推力F對其做功，所以物體機械能不守恒D√物體沿斜面下滑過程中，只有重力對其做功，所以物體機械能守恒答案BD判斷機械能守恒應(yīng)注意的“兩點”(1)機械能守恒的條件絕不是合外力的功等于零，更不是合外力為零；“只有重力或彈力做功”不等于“只受重力或彈力作用”。(2)對于一些繩子突然繃緊、物體間碰撞等情況，除非題目特別說明，否則機械能必定不守恒。單個機械能守恒定律的應(yīng)用機械能守恒定律的表達式答案

C【例3】

(2017·江蘇省南京市、鹽城市、連云港市高三第二次模擬)如圖4所示，在豎直平面內(nèi)固定兩個很靠近的同心圓軌道，外圓內(nèi)表面光滑，內(nèi)圓外表面粗糙。一質(zhì)量為m的小球從軌道的最低點以初速度v0向右運動，球的直徑略小于兩圓間距，球運動的軌道半徑為R，不計空氣阻力。下列說法中正確的是(

)圖4答案

AB1.首先分析多個物體組成的系統(tǒng)所受的外力是否只有重力或彈力做功，內(nèi)力是否造成了機械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，從而判斷系統(tǒng)機械能是否守恒。2.若系統(tǒng)機械能守恒，則機械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，ΔE1＝－ΔE2，一個物體機械能增加，則一定有另一個物體機械能減少。用機械能守恒定律解決連接體問題【例4】

(2017·江蘇省常州市高三第一次模擬考試)如圖5所示，半徑R＝0.8m的光滑半圓細(xì)管道，固定放置在豎直平面內(nèi)。質(zhì)量m1＝4kg和m2＝1kg的小球(可視為質(zhì)點)用不可伸長的輕質(zhì)細(xì)線相連，細(xì)線和管道長度相同。由靜止釋放兩小球，試求：(取g＝10m/s2，π＝3進行計算)(1)釋放瞬時兩小球加速度的大小；(2)m2小球運動到最高點時，細(xì)線張力大小；(3)m2小球運動到最高點時，對管道的壓力。圖5解析

(1)對m1、m2整體分析，根據(jù)牛頓第二定律m1g－m2g＝(m1＋m2)a答案

(1)6m/s2

(2)8N

(3)大小10N方向豎直向上連接體機械能守恒問題的分析技巧

(1)對連接體，一般用“轉(zhuǎn)化法”和“轉(zhuǎn)移法”來判斷其機械能是否守恒。(2)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)列機械能守恒方程時，可選用ΔEk＝－ΔEp的形式。含彈簧類機械能守恒問題——分析綜合能力的培養(yǎng)1.由于彈簧的形變會具有彈性勢能，系統(tǒng)的總動能將發(fā)生變化，若系統(tǒng)所受的外力和除彈簧彈力以外的內(nèi)力不做功，系統(tǒng)機械能守恒。2.在相互作用過程特征方面，彈簧兩端物體把彈簧拉伸至最長(或壓縮至最短)時，兩端的物體具有相同的速度，彈性勢能最大。3.如果系統(tǒng)每個物體除彈簧彈力外所受合力為零，當(dāng)彈簧為自然長度時，系統(tǒng)內(nèi)彈簧某一端的物體具有最大速度(如繃緊的彈簧由靜止釋放)。【典例】

(2015·江蘇單科，9)(多選)如圖6所示，輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端與一質(zhì)量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連，彈簧水平且處于原長。圓環(huán)從A處由靜止開始下滑，經(jīng)過B處的速度最大，到達C處的速度為零，AC＝h。圓環(huán)在C處獲得一豎直向上的速度v，恰好能回到A。彈簧始終在彈性限度內(nèi)，重力加速度為g。則圓環(huán)(

)圖6答案BD解答含彈簧類機械能守恒問題“四點”注意(1)含彈簧的物體系統(tǒng)在只有彈簧彈力和重力做功時，物體的動能、重力勢能和彈簧的彈性勢能之間相互轉(zhuǎn)化，物體和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，而單個物體和彈簧機械能都不守恒。(2)含彈簧的物體系統(tǒng)機械能守恒問題，符合一般的運動學(xué)解題規(guī)律，同時還要注意彈簧彈力和彈性勢能的特點。(3)彈簧彈力做的功等于彈簧彈性勢能的減少量，而彈簧彈力做功與路徑無關(guān)，只取決于初、末狀態(tài)彈簧形變量的大小?！咀兪接?xùn)練1】

(2017·江蘇省揚州市高三第一次模擬考試)如圖7所示，豎直平面內(nèi)有一固定的光滑橢圓大環(huán)，輕彈簧一端以大環(huán)的中心O為軸自由轉(zhuǎn)動，另一端連接一個可視為質(zhì)點的小球，小球套在大環(huán)上，將小球從A點由靜止釋放，已知小球在A、B兩點時彈簧的形變量大小相等。則(

)A.剛釋放時，小球的加速度為gB.小球的質(zhì)量越大，滑到B點時的速度越大C.小球從A運動到B，彈簧對小球先做正功后做負(fù)功D.小球一定能滑到C點圖7答案

ACD【變式訓(xùn)練2】

(2017·江蘇單科，9)(多選)如圖8所示，三個小球A、B、C的質(zhì)量均為m，A與B、C間通過鉸鏈用輕桿連接，桿長為L。B、C置于水平地面上，用一輕質(zhì)彈簧連接，彈簧處于原長。現(xiàn)A由靜止釋放下降到最低點，兩輕桿間夾角α由60°變?yōu)?20°。A、B、C在同一豎直平面內(nèi)運動，彈簧在彈性限度內(nèi)，忽略一切摩擦，重力加速度為g。則此下降過程中(

)圖8答案AB1.關(guān)于機械能守恒，下列說法中正確的是(

) A.物體做勻速運動，其機械能一定守恒 B.物體所受合力不為零，其機械能一定不守恒 C.物體所受合力做功不為零，其機械能一定不守恒 D.物體沿豎直方向向下做加速度為5m/s2的勻加速運動，其機械能減少解析物體做勻速運動其動能不變，但機械能可能變，如物體勻速上升或下降，機械能會相應(yīng)的增加或減少，選項A錯誤；物體僅受重力作用，只有重力做功，或受其他力但其他力不做功，物體的機械能守恒，選項B、C錯誤；物體沿豎直方向向下做加速度為5m/s2

的勻加速運動時，物體一定受到一個與運動方向相反的力的作用，此力對物體做負(fù)功，物體的機械能減少，故選項D正確。答案D2.(2017·鎮(zhèn)江高三一模)風(fēng)洞飛行體驗是運用先進的科技手段實現(xiàn)高速風(fēng)力將人吹起并懸浮于空中，如圖9所示。若在人處于懸浮狀態(tài)時增加風(fēng)力，則體驗者在加速上升過程中(

)A.處于失重狀態(tài)，機械能增加B.處于失重狀態(tài)，機械能減少C.處于超重狀態(tài)，機械能增加D.處于超重狀態(tài)，機械能減少圖9解析

體驗者加速上升時，加速度方向向上，處于超重狀態(tài)。重力勢能和動能都變大，機械能增加，選項C正確。答案

C3.(多選)將質(zhì)量分別為m和2m的兩個小球A和B，用長為2L的輕桿相連，如圖10所示，在桿的中點O處有一固定水平轉(zhuǎn)動軸，把桿置于水平位