2019版一轮创新思维物理（教科版）课件：第五章 第三讲　机械能守恒定律及其应用 .ppt

学习目标学习目标 1掌握重力做功的特点和重力势能、弹性势能的概念，并能掌握重力做功的特点和重力势能、弹性势能的概念，并能进行有关计算进行有关计算 2掌握机械能守恒的条件，会判断物体的机械能是否守恒掌握机械能守恒的条件，会判断物体的机械能是否守恒 3掌握机械能守恒定律的三种表达形式，并能熟练应用掌握机械能守恒定律的三种表达形式，并能熟练应用 考点一考点一 机械能守恒的判断机械能守恒的判断 1做功判做功判断法断法 若物体系统内只有重力和弹簧弹力做功，其他力均不做功或其若物体系统内只有重力和弹簧弹力做功，其他力均不做功或其他力做功的代数和为零，则系统的机械能守恒他力做功的代数和为零，则系统的机械能守恒 2能量转化判断法能量转化判断法 若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化，若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变成其他系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变成其他形式的能形式的能(如没有内能增加如没有内能增加)，则系统的机械能守恒，则系统的机械能守恒 3利用机械能的定义判断利用机械能的定义判断 若物体在水平面上匀速运动，则其动能、势能均不变，机械能若物体在水平面上匀速运动，则其动能、势能均不变，机械能守恒若一个物体沿斜面匀速下滑，则其动能不变，重力势能守恒若一个物体沿斜面匀速下滑，则其动能不变，重力势能减少，机械能减少减少，机械能减少 11.机械能守机械能守恒的判断恒的判断 在如图所示的物理过程示意图中，在如图所示的物理过程示意图中，甲图一端固定有小球的轻杆，从右偏上甲图一端固定有小球的轻杆，从右偏上 30 角释放后绕光滑支角释放后绕光滑支点摆动；乙图为末端固定有小球的轻质直角架，释放后绕通过点摆动；乙图为末端固定有小球的轻质直角架，释放后绕通过直角顶点的固定轴直角顶点的固定轴O无摩擦转动；丙图为轻绳一端连着一小球，无摩擦转动；丙图为轻绳一端连着一小球，从右偏上从右偏上 30 角处自由释放；丁图为置于光滑水平面上的带有角处自由释放；丁图为置于光滑水平面上的带有竖直支架的小车，把用细绳悬挂的小球从图示位置释放，小球竖直支架的小车，把用细绳悬挂的小球从图示位置释放，小球开始摆动，则关于这几个物理过程开始摆动，则关于这几个物理过程(空气阻力忽略不计空气阻力忽略不计)，下列，下列判断中正确的是判断中正确的是()A甲图中小球机械能守恒甲图中小球机械能守恒 B乙图中小球乙图中小球 A 机械能守恒机械能守恒 C丙图中小球机械能守恒丙图中小球机械能守恒 D丁图中小球机械能守恒丁图中小球机械能守恒 解析：解析：甲图过程中轻杆对小球不做功，小球的机械能守恒，甲图过程中轻杆对小球不做功，小球的机械能守恒，A正确；乙图过程中轻杆对正确；乙图过程中轻杆对 A 的弹力不沿杆的方向，会对小球做的弹力不沿杆的方向，会对小球做功，所以小球功，所以小球 A 的机械能不守恒，但两个小球组成的系统机械的机械能不守恒，但两个小球组成的系统机械能守恒，能守恒，B 错误；丙图中小球在绳子绷紧的瞬间有动能损失，错误；丙图中小球在绳子绷紧的瞬间有动能损失，机械能不守恒，机械能不守恒，C 错误；丁图中小球和小车组成的系统机械能错误；丁图中小球和小车组成的系统机械能守恒，但小球的机械能不守恒，这是因为摆动过程中小球的轨守恒，但小球的机械能不守恒，这是因为摆动过程中小球的轨迹不是圆弧，细绳会对小球做功，迹不是圆弧，细绳会对小球做功，D 错误错误 答案：答案：A 12.含弹簧的机械能守恒的判断含弹簧的机械能守恒的判断(多选多选)如图，轻如图，轻弹簧竖立在地面上，正上方有一钢球弹簧竖立在地面上，正上方有一钢球，从，从 A 处自处自由下落，落到由下落，落到 B 处时开始与弹簧接触，此时向下处时开始与弹簧接触，此时向下压缩弹簧小球运动到压缩弹簧小球运动到 C 处时，弹簧对小球的弹处时，弹簧对小球的弹力与小球的重力平衡小球运动到力与小球的重力平衡小球运动到 D 处时，到达处时，到达最低点不计空气阻力，以下描述正确的有最低点不计空气阻力，以下描述正确的有()A小球由小球由 A 向向 B 运动的过程中，处于完全失重状态，小球的运动的过程中，处于完全失重状态，小球的机械能减少机械能减少 B小球由小球由 B 向向 C 运动的过程中，处于失重状态，小球的机械运动的过程中，处于失重状态，小球的机械能减少能减少 C小球由小球由 B 向向 C 运动的过程中，处于超重状态，小球的动能运动的过程中，处于超重状态，小球的动能增加增加 D小球由小球由 C 向向 D 运动的过程中，处于超重状态，小球的机械运动的过程中，处于超重状态，小球的机械能减少能减少 解析：解析：小球由小球由 A 向向 B 运动的过程中，做自由落体运动，加速度运动的过程中，做自由落体运动，加速度等于竖直向下的重力加速度等于竖直向下的重力加速度 g，处于完全失重状态，此过程中，处于完全失重状态，此过程中只有重力做功，小球的机械能守恒，只有重力做功，小球的机械能守恒，A 错误；小球由错误；小球由 B 向向 C 运运动的过程中，重力大于弹簧的弹力，加速度向下，小球处于失动的过程中，重力大于弹簧的弹力，加速度向下，小球处于失重状态，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，弹簧的弹性势能重状态，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，弹簧的弹性势能增加，小球的重力势能减少，由于小球向下加速运动，小球的增加，小球的重力势能减少，由于小球向下加速运动，小球的动能还是增大的，动能还是增大的，B 正确，正确，C 错误；小球由错误；小球由 C 向向 D 运动的过程运动的过程中，弹簧的弹力大于小球的重力，加速度方向向上，处于超重中，弹簧的弹力大于小球的重力，加速度方向向上，处于超重状态，弹簧继续被压缩，弹性势能继续增大，小球的机械能继状态，弹簧继续被压缩，弹性势能继续增大，小球的机械能继续减小，续减小，D 正确正确 答案：答案：BD 答答案案 解析解析 13.机械能变化的判断机械能变化的判断 (2016 高考上海卷高考上海卷)在今年上海的某在今年上海的某活动中活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下漂浮在半空若减小风力，体验者在加速下落过程中作用下漂浮在半空若减小风力，体验者在加速下落过程中()A失重且机械能增加失重且机械能增加 B失重且机械能减少失重且机械能减少 C超重且机械能增加超重且机械能增加 D超重且机械能减少超重且机械能减少 答答案案 解析解析 解析：解析：据题意，体验者漂浮时受到的重力和风力平衡；在加速据题意，体验者漂浮时受到的重力和风力平衡；在加速下降过程中，风力小于重力，即重力对体验者做正功，风力做下降过程中，风力小于重力，即重力对体验者做正功，风力做负功，体验者的机械能减小；加速下降过程中，加速度方向向负功，体验者的机械能减小；加速下降过程中，加速度方向向下，体验者处于失重状态，故选项下，体验者处于失重状态，故选项 B 正确正确 答案：答案：B 方法技巧方法技巧 判断机械能守恒应注意的判断机械能守恒应注意的“两点两点”(1)机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力为零；为零；“只有重力或弹力做功只有重力或弹力做功”不等于不等于“只受重力或弹力作只受重力或弹力作用用”(2)对于一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等情况，除非题目特别对于一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等情况，除非题目特别说明，否则机械能必定不守恒说明，否则机械能必定不守恒 考点二考点二 单个物体的机械能守恒单个物体的机械能守恒 机械能守恒定律的三种表达式机械能守恒定律的三种表达式 答答案案 解析解析 21.与圆周运动结合与圆周运动结合 (2016 高考全国高考全国卷卷)小球小球 P 和和 Q 用不可伸长的轻绳悬挂用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上，在天花板上，P 球的质量大于球的质量大于 Q 球的质量，悬挂球的质量，悬挂 P 球的绳比悬球的绳比悬挂挂Q球球的绳短 将两球拉起，使两绳均被水平拉直，如图所示 将的绳短 将两球拉起，使两绳均被水平拉直，如图所示 将两球由静止释放在各自轨迹的最低点两球由静止释放在各自轨迹的最低点()AP 球的速度一定大于球的速度一定大于 Q 球的速度球的速度 BP 球的动能一定小于球的动能一定小于 Q 球的动能球的动能 CP 球所受绳的拉力一定大于球所受绳的拉力一定大于 Q 球所受绳的拉力球所受绳的拉力 DP 球的向心加速度一定小于球的向心加速度一定小于 Q 球的向心加速度球的向心加速度 答答案案 解析解析 解析：解析：两球由静止释放到运动到轨迹最低点的过程中只有重力做两球由静止释放到运动到轨迹最低点的过程中只有重力做功，机械能守恒，取轨迹的最低点为零势能点，则由机械能守恒功，机械能守恒，取轨迹的最低点为零势能点，则由机械能守恒定律得定律得 mgL12mv2，v 2gL，因，因 LPLQ，则，则 vPmQ，则两球的动能无法比较，选项则两球的动能无法比较，选项 A、B 错误；在最低点绳的拉力为错误；在最低点绳的拉力为F，则，则 Fmgmv2L，则，则 F3mg，因，因 mPmQ，则，则 FPFQ，选项，选项 C正确；向心加速度正确；向心加速度 aFmgm2g，选项，选项 D 错误错误 答案：答案：C 22.处理多过程问题处理多过程问题 (2018 安徽名校安徽名校联考联考)如图所示，在竖直平面内有一固定如图所示，在竖直平面内有一固定光滑轨道，其中光滑轨道，其中 AB 是长为是长为 R 的水平直轨的水平直轨道，道，BCD 是圆心为是圆心为 O、半径为、半径为 R 的的34圆弧圆弧轨道，两轨道相切于轨道，两轨道相切于 B 点在外力作用下，一小球从点在外力作用下，一小球从 A 点由静点由静止开始做匀加速直线运动，到达止开始做匀加速直线运动，到达 B 点时撤除外力已知小球刚点时撤除外力已知小球刚好能沿圆轨道经过好能沿圆轨道经过最高点最高点 C，重力加速度大小为，重力加速度大小为 g.求：求：(1)小球在小球在 AB 段运动的加速度的大小；段运动的加速度的大小；(2)小球从小球从 D 点运动到点运动到 A 点所用的时间点所用的时间 解析：解析：(1)设小球在设小球在 C 点的速度大小为点的速度大小为 vC，根据牛顿第二定律，根据牛顿第二定律有有 mgmv2CR 小球从小球从 B 点到点到 C 点机械能守恒，设点机械能守恒，设 B 点处小球的速度为点处小球的速度为 vB，有有12mv2B12mv2C2mgR 小球在小球在 AB 段由静止开始做匀加速运动，设加速度大小为段由静止开始做匀加速运动，设加速度大小为 a，由运动学公式有由运动学公式有 v2B2aR 由由式得式得 a52g.(2)设小球在设小球在 D 处的速度为处的速度为 vD，下落到，下落到 A 点时的速度为点时的速度为 v，根，根据机械能守恒有据机械能守恒有12mv2B12mv2DmgR 12mv2B12mv2 设从设从 D 点到点到 A 点所用的时间为点所用的时间为 t，由运动学公式得，由运动学公式得 gtvvD 由由式得式得 t(5 3)Rg.答案：答案：(1)52g (2)(5 3)Rg 方法技巧方法技巧 用机械能守恒定律解题的基本思路用机械能守恒定律解题的基本思路 考点三考点三 多个物体的机械能守恒多个物体的机械能守恒 1多个物体机械能守恒问题的分析方法多个物体机械能守恒问题的分析方法(1)对多个物体组成的系统要注意判断物体运动过程中，系统的对多个物体组成的系统要注意判断物体运动过程中，系统的机械能是否守恒机械能是否守恒(2)注意寻找用绳或杆连接的物体间的速度关系和位移关系注意寻找用绳或杆连接的物体间的速度关系和位移关系(3)列机械能守恒方程列机械能守恒方程时，一般选用时，一般选用 EkEp的形式的形式 2多物体机械能守恒问题的三点注意多物体机械能守恒问题的三点注意(1)正确选取研究对象正确选取研究对象(2)合理选