《高考物理 機(jī)械能守恒定律 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理 機(jī)械能守恒定律 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律課件（71頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 課時3機(jī)械能守恒定律能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 知識點(diǎn)一重力勢能和彈性勢能 知識回顧 1重力勢能 (1)重力做功的特點(diǎn) 重力做功與 無關(guān)，只與始末位置的 有關(guān) 重力做功不引起物體 的變化路徑路徑高度差高度差機(jī)械能機(jī)械能 (2)重力勢能 概念：物體由于 而具有的能 表達(dá)式：Ep . 矢標(biāo)性：重力勢能是 ，正、負(fù)表示其 (3)重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 定性關(guān)系：重力對物體做正功，重力勢能就 ；重力對物體做負(fù)功，重力勢能就 定量關(guān)系：重力對物體做的功 物體重力勢能的減少量即WG(EP2EP1)EP1EP2.被舉高被舉高mgh標(biāo)量標(biāo)量大小大小減少減少增加增加等于等于 2彈性勢能 (1)概念：物體由于發(fā)生

2、 而具有的能 (2)大?。簭椈傻膹椥詣菽艿拇笮∨c形變量及勁度系數(shù)有關(guān)，彈簧的形變量 ，勁度系數(shù) ，彈簧的彈性勢能越大 (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 .彈性形變彈性形變越大越大越大越大EP 要點(diǎn)深化 1重力勢能公式中h的含義要特別注意 重力勢能公式EPmgh中的h表示高度，用來表示物體所在的位置，是個狀態(tài)量，是由規(guī)定的高度零點(diǎn)(如地面)開始量度的，向上為正 2勢能屬于系統(tǒng)所共有 重力勢能是物體和地球組成的系統(tǒng)所共有的，而不是物體單獨(dú)具有的，“物體的重力勢能”只是一種簡化的說法，彈性勢能屬于系統(tǒng)所有，即由彈簧各部分組成的系統(tǒng)所共有，而與外界物

3、體無關(guān) 3勢能的相對性 重力勢能具有相對性，同一物體位于同一位置時，由于選擇不同的水平面作為零勢能面，其重力勢能的數(shù)值(包括正、負(fù))也不同因而，要確定重力勢能，須首先確定零勢能面但是，同一物體在兩個不同位置時重力勢能之差是確定的，只與兩位置的高度差h有關(guān)，與零勢能面的選取無關(guān)彈性勢能一般取形變量x0處為零勢能點(diǎn) 4勢能是標(biāo)量，正負(fù)具有大小的含義 基礎(chǔ)自測 如圖1所示，質(zhì)量為m的小球，從離桌面H高處由靜止下落，桌面離地高度為h.若以桌面為參考平面，那么小球落地時的重力勢能及整個過程中重力勢能的變化分別是() Amgh減少mg(Hh) Bmgh增加mg(Hh) Cmgh增加mg(Hh) Dmgh減

4、少mg(Hh)圖圖1 解析：以桌面為參考平面，落地時物體的重力勢能為mgh.末狀態(tài)的重力勢能為mgh，初狀態(tài)的重力勢能為mgH，重力勢能的變化即為mghmgHmg(Hh)，重力勢能減少了mg(Hh) 答案：D 知識點(diǎn)二機(jī)械能守恒定律 知識回顧 1機(jī)械能 和 統(tǒng)稱為機(jī)械能，即E ，其中勢能包括 和 動能動能勢能勢能EkEP重力勢能重力勢能彈性勢能彈性勢能 2機(jī)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(jī)械能 (2)表達(dá)式： Ek1EP1Ek2EP2.(要選零勢能參考平面) Ek .(不用選零勢能參考平面) EA增 (不用選零勢能參考平面)重力或彈力重力或彈

5、力保持不變保持不變EPEB減減 思考：物體所受合外力為零，物體的機(jī)械能一定守恒嗎？舉例說明 不一定，例如重物在豎直向上的外力作用下，沿豎直方向勻速上升的過程，其機(jī)械能逐漸增加 要點(diǎn)深化 1對機(jī)械能守恒條件的理解 “只有重力做功”不等于“只受重力作用”在該過程中，物體可以受其他力的作用，只要這些力不做功，或所做的功的代數(shù)和為零，就可以認(rèn)為是“只有重力做功” 2機(jī)械能守恒定律的三種表達(dá)形式和用法 (1)E2E1或Ek1EP1Ek2EP2，表示系統(tǒng)在初狀態(tài)的機(jī)械能等于其末狀態(tài)的機(jī)械能一般來說，當(dāng)始、末狀態(tài)的機(jī)械能的總和相等，運(yùn)用這種形式表達(dá)時，應(yīng)選好零勢能面，且初、末狀態(tài)的高度已知，系統(tǒng)除地球外，只

6、有一個物體時，用這種表達(dá)形式較方便 (2)EpEk，表示系統(tǒng)(或物體)機(jī)械能守恒時，系統(tǒng)減少(或增加)的勢能等于增加(或減少)的總動能應(yīng)用時，關(guān)鍵在于分清重力勢能的增加量和減少量，可不選零勢能面而直接計算初、末狀態(tài)的勢能差這種表達(dá)方式一般用于始末狀態(tài)的高度未知，但高度變化已知的情況 (3)EA增EB減，表示若系統(tǒng)由A、B兩部分組成，則A部分物體機(jī)械能的增加量與B部分物體機(jī)械能的減少量相等 以上三種表達(dá)方式中，(1)是最基本的表達(dá)方式，易于理解和掌握，但始末狀態(tài)的動能和勢能要分析全，防止遺漏某種形式的機(jī)械能應(yīng)用(2)(3)方式列出的方程簡捷，是同學(xué)們應(yīng)該重點(diǎn)掌握的，但在分析勢能的變化時易出錯，要

7、引起注意 基礎(chǔ)自測 如圖2所示，細(xì)繩跨過定滑輪懸掛兩物體M和m，且Mm，不計摩擦，系統(tǒng)由靜止開始運(yùn)動過程中() AM、m各自的機(jī)械能分別守恒 BM減少的機(jī)械能等于m增加的機(jī)械能 CM減少的重力勢能等于m增加的重力勢能 DM和m組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒圖圖2 解析：M下落過程，繩的拉力對M做負(fù)功，M的機(jī)械能不守恒，減少；m上升過程，繩的拉力對m做正功，m的機(jī)械能增加，A錯誤對M、m組成的系統(tǒng)，機(jī)械能守恒，易得B、D正確；M減少的重力勢能并沒有全部用于m重力勢能的增加，還有一部分轉(zhuǎn)變成M、m的動能，所以C錯誤 答案：BD 知識點(diǎn)三功能關(guān)系 知識回顧 一、能量轉(zhuǎn)化和守恒定律 能量既不會消失，也不會創(chuàng)生它

8、只能從一種形式 為另一種形式，或者從一個物體 到另一個物體，而 在 轉(zhuǎn) 化 和 轉(zhuǎn) 移 的 過 程 中 ， 能 量 的 總 量 保持 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移不變不變 二、常見的幾種功與能的關(guān)系 1合外力對物體做功 物體動能的改變 W合 ，即動能定理 2重力做功對應(yīng)重力勢能的改變 WGEPEP1EP2 重力做多少正功，重力勢能 多少；重力做多少負(fù)功，重力勢能 多少等于等于Ek2Ek1減少減少增加增加 3彈簧彈力做功與彈性勢能的 相對應(yīng) WFEpEp1EP2 彈力做多少正功，彈性勢能 多少；彈力做多少負(fù)功，彈性勢能 多少改變改變減少減少增加增加 4除重力或彈簧的彈力以外的其他力的功與物體 的增量相對應(yīng)，

9、即W其他E. (1)除重力或彈簧的彈力以外的其他力做多少正功，物體的機(jī)械能就 多少 (2)除重力或彈簧的彈力以外的其他力做多少 ，物體的機(jī)械能就減少多少 (3)除重力或彈簧的彈力以外的其他力不做功或做功的代數(shù)和為零，物體的機(jī)械能 機(jī)械能機(jī)械能增加增加負(fù)功負(fù)功守恒守恒 特別提醒 一對相互作用的滑動摩擦力對物體系統(tǒng)所做總功，等于摩擦力與相對路程的乘積，即WfFfx相對，即系統(tǒng)損失機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，QFfx相對 基礎(chǔ)自測 從地面豎直上拋一個質(zhì)量為m的小球，小球上升的最大高度為H.設(shè)上升過程中空氣阻力F阻恒定則對于小球的整個上升過程，下列說法中錯誤的是() A小球動能減少了mgH B小球機(jī)械能減少了F

10、阻H C小球重力勢能增加了mgH D小球的加速度大于重力加速度g 答案：A 題型一對機(jī)械能守恒條件的理解 例1如圖3所示，斜面體置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物體由靜止沿斜面下滑，在物體下滑過程中，下列說法正確的是()圖圖3 A物體的重力勢能減少，動能增加 B斜面的機(jī)械能不變 C斜面對物體的作用力垂直于接觸面，不對物體做功 D物體和斜面組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 解析物體下滑過程中，由于物體與斜面相互間有垂直于斜面的作用力，使斜面加速運(yùn)動，斜面的動能增加；物體克服其相互作用力做功，物體的機(jī)械能減少，但動能增加，重力勢能減少，選項A正確選項B錯誤 物體沿斜面下滑時既沿斜面向下運(yùn)動，又隨斜面向右運(yùn)

11、動，其合速度方向與彈力方向不垂直，彈力方向垂直于接觸面，但與速度方向之間的夾角大于90，所以斜面對物體的作用力對物體做負(fù)功，選項C錯誤，對物體與斜面組成的系統(tǒng)，僅有重力做功，因此，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，選項D正確 綜上所述，該題的正確答案為A、D. 答案AD 題后反思 判斷機(jī)械能守恒時，對單個物體就看是否只有重力做功，并非只受重力，雖受其他力，但其他力不做功或做功代數(shù)和為零對由兩個或幾個物體組成的系統(tǒng)，在判斷其機(jī)械能守恒時，就看是否只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，若有其他外力或內(nèi)力做功(如內(nèi)部有摩擦等)，則系統(tǒng)機(jī)械能不守恒 變式11如圖4所示，一根輕質(zhì)彈簧固定于O點(diǎn)，另一端系一個重物，將重物從與懸掛點(diǎn)等高

12、的地方無初速度釋放，讓其自由擺下，不計空氣阻力，重物在擺向最低點(diǎn)的位置的過程中() A重物重力勢能減小 B重物重力勢能與動能之和增大 C重物的機(jī)械能不變 D重物的機(jī)械能減少圖圖4 解析：物體從水平位置釋放后，在向最低點(diǎn)運(yùn)動時，物體的重力勢能不斷減小，動能不斷增大彈簧不斷被拉長，彈性勢能變大所以物體減少的重力勢能一部分轉(zhuǎn)化為自身的動能，另一部分轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能對整個系統(tǒng)機(jī)械能守恒，而對重物來說，機(jī)械能減少 答案：AD圖圖5 解析以鐵鏈和地球組成的系統(tǒng)為研究對象，鐵鏈僅受兩個力：重力G和光滑水平桌面的支持力N，在鐵鏈運(yùn)動過程中，N與運(yùn)動速度v垂直，N不做功，只有重力G做功，因此系統(tǒng)機(jī)械能守恒鐵

13、鏈釋放前只有重力勢能，但由于平放在桌面上與懸吊著兩部分位置不同，計算重力勢能時要分段計算選鐵鏈掛直時的下端點(diǎn)為重力勢能的零勢面，應(yīng)用機(jī)械能守恒定律即可求解 題后反思 應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的基本步驟由本題可見一斑，根據(jù)題意，選取研究對象明確研究對象在運(yùn)動過程中的受力情況，并弄清各力做功情況，分析是否滿足機(jī)械能守恒條件恰當(dāng)?shù)剡x取重力勢能轉(zhuǎn)化情況應(yīng)用機(jī)械能守恒定律列方程、求解 變式21如圖6所示，均勻鐵鏈長L，平放在距地面為h2L的光滑水平桌面上，其長度的懸垂于桌面下，從靜止開始釋放鐵鏈，求鐵鏈的下端剛要著地時的速度圖圖6 題型三系統(tǒng)的機(jī)械能守恒問題 例3如圖7所示，長為L的輕桿，一端裝有固定光滑

14、的轉(zhuǎn)動軸O，另一端及中點(diǎn)固定著質(zhì)量相同的B球和A球，將輕桿從水平位置由靜止釋放，當(dāng)輕桿擺至豎直位置時，A、B兩球的速度大小各是多少？圖圖7 題后反思 兩個或多個物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒時，其中的單個物體的機(jī)械能一般是不守恒的，如在本題中，可以計算出A的機(jī)械能減小，B的機(jī)械能增加雙物體機(jī)械能守恒的實例還有：輕桿兩端固定兩物體，繞與垂直輕桿的某一光滑軸轉(zhuǎn)動過程中，兩物體及輕桿組成系統(tǒng)機(jī)械能守恒；兩質(zhì)量不等的物體，通過輕繩跨過掛在天花板上的定滑輪，兩物體及輕繩組成系統(tǒng)在運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒等等 變式31如圖8所示，跨過同一高度處的定滑輪的細(xì)線連接著質(zhì)量相同的物體A和B，A套在光滑水平桿上，定滑輪離水平桿的

15、高度h0.2 m，開始時讓連著A的細(xì)線與水平桿的夾角137，由靜止釋放B，當(dāng)細(xì)線與水平桿的夾角253時，A的速度為多大？在以后的運(yùn)動過程中，A所獲得的最大速度為多大？(設(shè)B不會碰到水平桿，sin370.6，sin530.8，取g10 m/s2)圖圖8 答案：1.1 m/s1.63 m/s 題型四功能關(guān)系的應(yīng)用 例4一質(zhì)量為M2.0 kg的小物塊隨足夠長的水平傳送帶一起運(yùn)動，被一水平向左飛來的子彈擊中并從物塊中穿過，如下圖所示圖圖9 地面觀察者紀(jì)錄了小物塊被擊中后的速度隨時間變化的關(guān)系如圖9所示(圖中取向右運(yùn)動的方向為正方向)已知傳送帶的速度保持不變，g取10 m/s2. (1)指出傳送帶速度v

16、的方向及大小，說明理由 (2)計算物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù). (3)計算傳送帶對外做了多少功？子彈射穿物塊后系統(tǒng)有多少能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能？ 解析(1)從速度圖象中可以看出，物塊被擊穿后，先向左做減速運(yùn)動，速度為零后，又向右做加速運(yùn)動，當(dāng)速度等于2 m/s，以后隨傳送帶一起做勻速運(yùn)動，所以，傳送帶的速度方向向右，傳送帶的速度v的大小為2.0 m/s. 答案(1)2 m/s方向向右(2)0.2(3)24J36J 題后反思 (1)在應(yīng)用功能關(guān)系時，應(yīng)首先弄清研究對象，明確力對“誰”做功，就要對應(yīng)“誰”的位移，從而引起“誰”的能量變化，在應(yīng)用能量的轉(zhuǎn)化和守恒時，一定要明確存在哪些能量形式，哪種是增加的？

17、哪種是減少的？然后再列式求解(2)高考考查這類問題，常結(jié)合平拋運(yùn)動、圓周運(yùn)動、電學(xué)等知識考查學(xué)生的綜合分析能力 變式41飛機(jī)場上運(yùn)送行李的裝置為一水平放置的環(huán)形傳送帶，傳送帶的總質(zhì)量為M，其俯視圖如圖10所示現(xiàn)開啟電動機(jī)，傳送帶達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的速度v后，將行李依次輕輕放到傳送帶上若有n件質(zhì)量均為m的行李需通過傳送帶運(yùn)送給旅客假設(shè)在轉(zhuǎn)彎處行李與傳送帶無相對滑動，忽略皮帶輪、電動機(jī)損失的能量求從電動機(jī)開啟，到運(yùn)送完行李需要消耗的電能為多少？圖圖10 1下列幾種情況，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒的是()圖圖11 A圖(a)中一顆彈丸在光滑的碗內(nèi)做復(fù)雜的曲線運(yùn)動 B圖(b)中運(yùn)動員在蹦床上越跳越高 C圖(c)中小車

18、上放一木塊，小車的左側(cè)有彈簧與墻壁相連小車在左右振動時，木塊相對于小車無滑動(車輪與地面摩擦不計) D圖(c)中如果小車振動時，木塊相對小車有滑動 解析：A選項彈丸只受重力與支持力，支持力不做功，只有重力做功，所以機(jī)械能守恒B選項中運(yùn)動員做功，其機(jī)械能越來越大C選項中只有彈簧彈力做功，機(jī)械能守恒D選項中有滑動摩擦力做功，所以機(jī)械能不守恒 答案：AC 2如圖12所示，A、B兩球質(zhì)量相等，A球用不能伸長的輕繩系于O點(diǎn)，B球用輕彈簧系于O點(diǎn)，O與O點(diǎn)在同一水平面上分別將A、B球拉到與懸點(diǎn)等高處，使繩和輕彈簧均處于水平，彈簧處于自然狀態(tài)，將兩球分別由靜止開始釋放，當(dāng)兩球達(dá)到各自懸點(diǎn)的正下方時兩球恰好仍

19、處在同一水平面上，則()圖圖12 A兩球到達(dá)各自懸點(diǎn)的正下方時，兩球動能相等 B兩球到達(dá)各自懸點(diǎn)的正下方時，A球動能較大 C兩球到達(dá)各自懸點(diǎn)的正下方時，B球動能較大 D兩球到達(dá)各自懸點(diǎn)的正下方時，A球損失的重力勢能較多 答案：B 3兩個底面積都是S的圓筒，放在同一水平面上，桶內(nèi)裝水，水面高度分別為h1和h2，如圖所示已知水的密度為.現(xiàn)把連接兩桶的閥門打開，最后兩桶水面高度相等，則這過程中重力所做的功等于()圖圖13 答案：C 4如圖14，一輕繩的一端系在固定粗糙斜面上的O點(diǎn)，另一端系一小球給小球一足夠大的初速度，使小球在斜面上做圓周運(yùn)動，在此過程中() A小球的機(jī)械能守恒 B重力對小球不做功 C繩的張力對小球不做功 D在任何一段時間內(nèi)，小球克服摩擦力所做的功總是等于小球動能的減少圖圖14 解析：小球做圓周運(yùn)動的過程中，因有摩擦力做功，故小球 機(jī)械能不守恒，選項A錯誤；在斜面內(nèi)上升過程，重力做負(fù)功，下降過程，重力做正功，選項B錯誤；因繩張力總與速度垂直(指向圓心)，故繩的張力不做功，選項C正確；由功能關(guān)系可知，小球克服摩擦力做功等于機(jī)械能的減少，故選項D錯誤 答案：C圖圖15 求： (1)若金屬環(huán)光滑，小球運(yùn)動到環(huán)的最高點(diǎn)時，環(huán)對小球作用力的大小和方向 (2)若金屬環(huán)粗糙，小球運(yùn)動到環(huán)的最高點(diǎn)與環(huán)恰無作用力，小球從最低點(diǎn)運(yùn)動到最高點(diǎn)的過程中克服摩擦力所做的功