高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題八 機(jī)械能守恒定律 功能關(guān)系課件.ppt

《高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題八 機(jī)械能守恒定律 功能關(guān)系課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題八 機(jī)械能守恒定律 功能關(guān)系課件.ppt（56頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

專題八機(jī)械能守恒定律功能關(guān)系 考點(diǎn)基礎(chǔ)自清 考點(diǎn)互動探究 內(nèi)容索引 考點(diǎn)基礎(chǔ)自清 一 重力做功與重力勢能1 重力做功的特點(diǎn) 1 重力做功與路徑無關(guān) 只與始末位置的有關(guān) 2 重力做功不引起物體的變化 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 重力勢能 重力對物體做負(fù)功 重力勢能 2 定量關(guān)系 重力對物體做的功等于物體重力勢能的 即WG Ep2 Ep1 Ep 高度差 答案 機(jī)械能 減小 增大 減少量 答案 3 重力勢能的變化量是絕對的 與參考平面的選取 二 彈性勢能1 定義發(fā)生的物體之間 由于有彈力的相互作用而具有的勢能 2 彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系 1 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 2 對于彈性勢能 一般地 物體的彈性形變量越大 彈性勢能 無關(guān) 彈性形變 Ep 越大 答案 3 重力勢能與彈性勢能的比較 被舉高 彈性形變 mgh 勁度系數(shù) 有關(guān) 彈性勢能 答案 三 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用1 機(jī)械能和統(tǒng)稱為機(jī)械能 其中勢能包括彈性勢能和 2 機(jī)械能守恒定律 1 內(nèi)容 在只有或做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化 而總的機(jī)械能 2 常用的三種表達(dá)式 守恒式 E1 E2或 E1 E2分別表示系統(tǒng)初末狀態(tài)時的總機(jī)械能 重力勢能 重力 彈力 保持不變 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 動能 勢能 答案 轉(zhuǎn)化式 Ek Ep或 Ek增 表示系統(tǒng)動能的增加量等于勢能的減少量 轉(zhuǎn)移式 EA EB或 EA增 表示系統(tǒng)只有A B兩物體時 A增加的機(jī)械能等于B減少的機(jī)械能 四 能量守恒定律1 內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生 也不會憑空消失 它只能從一種形式為另一種形式 或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中 能量的總量 Ep減 EB減 轉(zhuǎn)化 保持不變 答案 2 適用范圍能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律 是各種自然現(xiàn)象中的一種規(guī)律 3 表達(dá)式 1 E初 E末 初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的 2 E增 E減 增加的那些能量的增加量等于減少的那些能量的減少量 普遍適用 總和 1 2016 河南名校月考 下列關(guān)于機(jī)械能守恒的說法中 正確的是 A 若只有重力做功 則物體機(jī)械能一定守恒B 若物體的機(jī)械能守恒 一定只受重力C 做勻變速運(yùn)動的物體機(jī)械能一定不守恒D 物體所受合外力不為零 機(jī)械能一定守恒 解析 1 2 3 4 5 學(xué)考通關(guān)練 解析若只有重力做功 則物體的動能和重力勢能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化 物體的機(jī)械能一定守恒 A正確 若物體的機(jī)械能守恒 物體不一定只受重力 也許還受其他力 但其他力做功的代數(shù)和為零 B錯誤 做勻變速運(yùn)動的物體 如果除重力外的其他力做功為零 則機(jī)械能守恒 如做自由落體運(yùn)動的物體 C錯誤 物體所受合外力不為零 如果除重力外的其他力做功不為零 則機(jī)械能不守恒 D錯誤 1 2 3 4 5 2 2016 浙江10月學(xué)考 4 如圖1所示 無人機(jī)在空中勻速上升時 不斷增加的能量是 A 動能B 動能 重力勢能C 重力勢能 機(jī)械能D 動能 重力勢能 機(jī)械能 1 2 3 4 5 圖1 解析 解析無人機(jī)勻速上升 所以動能保持不變 所以選項A B D均錯 高度不斷增加 所以重力勢能不斷增加 在上升過程中升力對無人機(jī)做正功 所以無人機(jī)機(jī)械能不斷增加 所以選項C正確 3 2016 杭州一模 如圖2所示 質(zhì)量為m的足球在水平地面的位置1被踢出后落到水平地面的位置3 在空中達(dá)到的最高點(diǎn) 位置2 的高度為h 已知重力加速度為g 下列說法正確的是 A 足球由位置1運(yùn)動到位置2的過程中 重力做的功為mghB 足球由位置1運(yùn)動到位置3的過程中 重力做的功為2mghC 足球由位置2運(yùn)動到位置3的過程中 重力勢能減少了mghD 如果沒有選定參考平面 就無法確定重力勢能變化了多少 解析 1 2 3 4 5 圖2 解析足球由位置1運(yùn)動到位置2的過程中 高度增加h 重力做負(fù)功 應(yīng)為 mgh 選項A錯誤 足球由位置1運(yùn)動到位置3的過程中 由于位置1和位置3在同一水平地面上 故足球的高度沒有變化 重力做的功為零 選項B錯誤 足球由位置2運(yùn)動到位置3的過程中 足球的高度降低 重力做正功 重力勢能減少 由于2 3兩位置的高度差是h 故重力勢能減少了mgh 選項C正確 分析重力勢能的變化 只要找出高度的變化量即可 與參考平面的選取沒有關(guān)系 選項D錯誤 1 2 3 4 5 4 2015 浙江1月學(xué)考 11 質(zhì)量為m的小陶同學(xué)助跑跳起后 手指剛好能摸到籃球架的球筐 該同學(xué)站立舉臂時 手指觸摸到的最大高度為h1 已知籃球筐距地面的高度約為h2 則在助跑 起跳和摸筐的整個過程中 該同學(xué)重力勢能的增加量最接近 A mgh1B mgh2C mg h2 h1 D mg h1 h2 1 2 3 4 5 解析 解析重力勢能的增加量等于克服重力所做的功W mg h mg h2 h1 故C正確 5 2013 浙江6月學(xué)考 18 如圖3所示 將質(zhì)量為m的石塊從離地面h高處以初速度v0斜向上拋出 以地面為參考平面 不計空氣阻力 當(dāng)石塊落地時 1 2 3 4 5 圖3 解析 解析拋出時機(jī)械能為 mgh 根據(jù)機(jī)械能守恒得D項正確 落地時重力勢能為零 故落地時動能為 mgh A B C項錯誤 返回 考點(diǎn)互動探究 1 機(jī)械能守恒的條件只有重力或彈力做功 可以從以下四個方面進(jìn)行理解 1 物體只受重力或彈力作用 2 存在其他力作用 但其他力不做功 只有重力或彈力做功 3 其他力做功 但做功的代數(shù)和為零 4 存在相互作用的物體組成的系統(tǒng)只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化 無其他形式能量的轉(zhuǎn)化 2 機(jī)械能守恒的判斷方法 1 利用機(jī)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(jī)械能守恒 3 用能量轉(zhuǎn)化來判斷 若物體或系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化 則物體或系統(tǒng)機(jī)械能守恒 3 動能定理與機(jī)械能守恒定律的選擇 1 一般來講 能用機(jī)械能守恒定律求解的問題用動能定理也能解決 但能用動能定理解決的問題用機(jī)械能守恒定律不一定就能解決 2 兩種方法都能解題時 一般應(yīng)用動能定理解題較為方便 因?yàn)檫@樣可以省去判斷機(jī)械能是否守恒和選定零勢能面的麻煩 3 只有重力做功時 動能定理的表達(dá)式WG Ek2 Ek1 Ep1 Ep2 顯然該式也是機(jī)械能守恒定律的方程式 例1 2016 杭州市聯(lián)考 如圖4所示 在同一豎直平面內(nèi) 一輕質(zhì)彈簧一端固定 另一自由端恰好與水平線AB平齊 靜止放于傾角為53 的光滑斜面上 一長為L 9cm的輕質(zhì)細(xì)繩一端固定在O點(diǎn) 另一端系一質(zhì)量為m 1kg的小球 將細(xì)繩拉至水平 使小球從位置C由靜止釋放 小球到達(dá)最低點(diǎn)D時 細(xì)繩剛好被拉斷 之后小球在運(yùn)動過程中恰好沿斜面方向?qū)椈蓧嚎s 最大壓縮量為x 5cm 取g 10m s2 sin53 0 8 cos53 0 6 求 1 細(xì)繩受到的拉力的最大值 圖4 解析答案 由 解得F 30N由牛頓第三定律知細(xì)繩受到的拉力的最大值為30N 答案30N 2 D點(diǎn)到水平線AB的高度h 解析答案 解析由D到A 小球做平拋運(yùn)動vy2 2gh 聯(lián)立 解得h 16cm 答案16cm 3 彈簧所獲得的最大彈性勢能Ep 解析答案 解析小球從C點(diǎn)到將彈簧壓縮到最短的過程中 小球與彈簧組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 即Ep mg L h xsin53 代入數(shù)據(jù)解得 Ep 2 9J 答案2 9J 規(guī)律總結(jié) 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 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 確定研究對象在過程的初 末狀態(tài)時的機(jī)械能 4 選取適當(dāng)?shù)臋C(jī)械能守恒定律的方程形式 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 Ek Ep 進(jìn)行求解 解析 1 如圖5所示 固定的傾斜光滑桿上套有一個質(zhì)量為m的圓環(huán) 圓環(huán)與一橡皮繩相連 橡皮繩的另一端固定在地面上的A點(diǎn) 橡皮繩豎直時處于原長h 讓圓環(huán)沿桿滑下 滑到桿的底端時速度為零 則在圓環(huán)下滑過程中 A 圓環(huán)機(jī)械能守恒B 橡皮繩的彈性勢能一直增大C 橡皮繩的彈性勢能增加了mghD 橡皮繩再次達(dá)到原長時圓環(huán)動能最大 1 2 3 變式題組 圖5 解析圓環(huán)沿桿滑下 滑到桿的底端的過程中有兩個力對圓環(huán)做功 即環(huán)的重力和橡皮繩的拉力 所以圓環(huán)的機(jī)械能不守恒 如果把圓環(huán)和橡皮繩組成的系統(tǒng)作為研究對象 則系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 故A錯誤 橡皮繩的彈性勢能隨橡皮繩的形變量的變化而變化 由圖知橡皮繩先縮短后再伸長 故橡皮繩的彈性勢能先不變再增大 故B錯誤 根據(jù)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 圓環(huán)的機(jī)械能減少了mgh 那么圓環(huán)的機(jī)械能的減少量等于橡皮繩的彈性勢能增加量 為mgh 故C正確 在圓環(huán)下滑過程中 橡皮繩再次達(dá)到原長時 該過程中動能一直增大 但不是最大 沿桿方向合力為零的時刻 圓環(huán)的動能最大 故D錯誤 1 2 3 解析 2 如圖6所示 用長為L的輕繩把一個小鐵球懸掛在高為2L的O點(diǎn)處 小鐵球以O(shè)為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動且恰能到達(dá)最高點(diǎn)B處 不計空氣阻力 若運(yùn)動中輕繩斷開 則小鐵球落到地面時的速度大小為 圖6 1 2 3 1 2 3 3 如圖7所示 豎直平面內(nèi)有一半徑為R 0 50m的光滑圓弧槽BCD B點(diǎn)與圓心O等高 一水平面與圓弧槽相接于D點(diǎn) 質(zhì)量m 0 10kg的小球從B點(diǎn)正上方H 0 95m高處的A點(diǎn)自由下落 由B點(diǎn)進(jìn)入圓弧軌道 從D點(diǎn)飛出后落在水平面上的Q點(diǎn) DQ間的距離x 2 40m 球從D點(diǎn)飛出后的運(yùn)動過程中相對水平面上升的最大高度h 0 80m g取10m s2 不計空氣阻力 求 1 小球經(jīng)過最低點(diǎn)C點(diǎn)時軌道對它的支持力大小FN 1 2 3 圖9 解析答案 1 2 3 答案6 8N 2 小球經(jīng)過最高點(diǎn)P的速度大小vP 解析答案 代入數(shù)據(jù)解得vP 3 0m s 答案3 0m s 1 2 3 答案0 30m 3 D點(diǎn)與圓心O的高度差hOD 幾種常見的功能關(guān)系及其表達(dá)式 例2如圖8所示 在升降機(jī)內(nèi)固定一光滑的斜面體 一輕彈簧的一端連在位于斜面體上方的固定木板B上 另一端與質(zhì)量為m的物塊A相連 彈簧與斜面平行 整個系統(tǒng)由靜止開始加速上升高度h的過程中 A 物塊A的重力勢能增加量一定等于mghB 物塊A的動能增加量等于斜面的支持力和彈簧的拉力對其做功的代數(shù)和C 物塊A的機(jī)械能增加量等于彈簧的拉力對其做的功D 物塊A和彈簧組成的系統(tǒng)的機(jī)械能增加量等于斜面對物塊的支持力和B對彈簧的拉力做功的代數(shù)和 圖10 解析 解析物塊A相對斜面下滑一段距離 故選項A錯誤 根據(jù)動能定理可知 物塊A動能的增加量應(yīng)等于重力 支持力及彈簧彈力對其做功的代數(shù)和 故選項B錯誤 物塊A機(jī)械能的增加量應(yīng)等于除重力以外的其他力對其做功的代數(shù)和 選項C錯誤 物塊A和彈簧組成的系統(tǒng)的機(jī)械能增加量應(yīng)等于除重力和彈簧彈力以外的其他力做功的代數(shù)和 故選項D正確 技巧點(diǎn)撥 功能關(guān)系的理解和應(yīng)用原則1 牢記三條功能關(guān)系 1 重力做的功等于重力勢能的變化 彈力做的功等于彈性勢能的變化 2 合外力做的功等于動能的變化 3 除重力 彈力外 其他力做的功等于機(jī)械能的變化 2 功能關(guān)系的選用原則在應(yīng)用功能關(guān)系解決具體問題的過程中 1 若只涉及動能的變化則用動能定理分析 2 若只涉及重力勢能的變化則用重力做功與重力勢能變化的關(guān)系分析 3 若只涉及機(jī)械能變化則用除重力和彈力之外的力做功與機(jī)械能變化的關(guān)系分析 4 若只涉及電勢能的變化則用電場力做功與電勢能變化的關(guān)系分析 解析 4 自然現(xiàn)象中蘊(yùn)藏著許多物理知識 如圖9所示為一個盛水袋 某人從側(cè)面緩慢推袋壁使它變形 則水的勢能 A 變大B 變小C 不變D 不能確定 4 5 6 變式題組 圖9 解析人緩慢推水袋 對水袋做正功 由功能關(guān)系可知 水的重力勢能一定增加 A正確 解析 5 2016 臺州期末 元宵節(jié)焰火晚會上 萬發(fā)禮花彈點(diǎn)亮夜空 如圖10所示為焰火燃放時的精彩瞬間 假如燃放時長度為1m的炮筒豎直放置 每個禮花彈約為1kg 燃放前后看做質(zhì)量不變 當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?0m s2 爆炸后的高壓氣體對禮花彈做功900J 離開炮筒口時的動能為800J 禮花彈從炮筒底部豎直運(yùn)動到炮筒口的過程中 下列判斷正確的是 A 重力勢能增加800JB 克服阻力 炮筒阻力及空氣阻力 做功90JC 克服阻力 炮筒阻力及空氣阻力 做功無法計算D 機(jī)械能增加800J 4 5 6 圖10 4 5 6 解析禮花彈在炮筒內(nèi)運(yùn)動的過程中 克服重力做功mgh 10J 則重力勢能增加量 Ep 10J 根據(jù)動能定理 Ek W W阻 WG可知W阻 W Ek WG 900J 800J 10J 90J 機(jī)械能的增加量 E Ek Ep 800J 10J 810J 所以只有B項正確 6 多選 如圖11所示 一固定斜面傾角為30 一質(zhì)量為m的小物塊自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做勻減速運(yùn)動 加速度大小等于重力加速度的大小g 物塊上升的最大高度為H 則此過程中 物塊的 A 動能損失了2mgHB 動能損失了mgHC 機(jī)械能損失了mgHD 機(jī)械能損失了mgH 圖11 4 5 6 解析 解析分析小物塊沿斜面上滑 根據(jù)題述可知 物塊所受滑動摩擦力Ff 0 5mg 由動能定理 動能損失了 mgH 2mgH 選項A正確 B錯誤 由功能關(guān)系 機(jī)械能損失了 mgH 選項C正確 D錯誤 4 5 6 對能量守恒定律的兩點(diǎn)理解 1 某種形式的能量減少 一定有其他形式的能量增加 且減少量和增加量相等 即 E減 E增 2 某個物體的能量減少 一定有別的物體的能量增加 且減少量和增加量相等 即 EA減 EB增 例3如圖12所示 光滑坡道頂端距水平面高度為h 質(zhì)量為m的小物塊A從坡道頂端由靜止滑下 進(jìn)入水平面上的滑道時無機(jī)械能損失 為使A制動 將輕彈簧的一端固定在水平滑道延長線M處的墻上 另一端恰位于坡道的底端O點(diǎn) 已知在OM段 物塊A與水平面間的動摩擦因數(shù)為 其余各處的摩擦不計 重力加速度為g 求 1 物塊滑到O點(diǎn)時的速度大小 圖12 解析答案 2 彈簧為最大壓縮量d時的彈性勢能 設(shè)彈簧處于原長時彈性勢能為零 解析答案 以上各式聯(lián)立得Ep mgh mgd 答案mgh mgd 3 若物塊A能夠被彈回到坡道上 則它能夠上升的最大高度是多少 解析答案 解析物塊A被彈回的過程中 克服摩擦力所做的功仍為W mgd 由能量守恒定律得Ep mgd mgh 所以物塊A能夠上升的最大高度為h h 2 d 答案h 2 d 規(guī)律總結(jié) 應(yīng)用能量守恒定律解題的基本思路1 分清有多少種形式的能量 如動能 勢能 包括重力勢能 彈性勢能和電勢能 內(nèi)能等 在變化 2 明確哪種形式的能量增加 哪種形式的能量減少 并且列出減少的能量 E減和增加的能量 E增的表達(dá)式 3 列出能量守恒關(guān)系式 E減 E增 7 2016 天門模擬 如圖13所示 質(zhì)量為m的跳高運(yùn)動員先后用背越式和跨越式兩種跳高方式跳過某一高度 該高度比他起跳時的重心高出h 則他從起跳后至越過橫桿的過程中克服重力所做的功 A 都必須大于mghB 都不一定大于mghC 用背越式不一定大于mgh 用跨越式必須大于mghD 用背越式必須大于mgh 用跨越式不一定大于mgh 解析 7 8 圖13 變式題組 9 解析采用背越式跳高方式時 運(yùn)動員的重心升高的高度可以低于橫桿 而采用跨越式跳高方式時 運(yùn)動員的重心升高的高度一定高于橫桿 故用背越式時克服重力做的功不一定大于mgh 而采用跨越式時克服重力做的功一定大于mgh C正確 7 8 9 解析 8 如圖14 蹦床是青少年喜歡的一種體育活動 蹦床邊框用彈簧固定有彈性網(wǎng)角 運(yùn)動員從最高點(diǎn)落下直至最低點(diǎn)的過程中 空氣阻力大小恒定 則運(yùn)動員 A 剛接觸網(wǎng)面時 動能最大B 機(jī)械能一直減少C 重力勢能的減少量等于蹦床彈性勢能的增加量D 重力做功等于克服空氣阻力做功 圖14 7 8 9 解析當(dāng)運(yùn)動員受到的彈力 阻力 重力三力的合力為零時加速度為零 動能最大 A錯誤 在此過程中除重力外 運(yùn)動員受到的彈力和阻力一起做負(fù)功 所以運(yùn)動員的機(jī)械能減小 B正確 全過程由功能關(guān)系知mgh W阻 Ep彈 所以C D錯誤 7 8 9 9 如圖15所示 一物體質(zhì)量m 2kg 在傾角 37 的斜面上的A點(diǎn)以初速度v0 3m s下滑 A點(diǎn)距彈簧上端B的距離AB 4m 當(dāng)物體到達(dá)B點(diǎn)后將彈簧壓縮到C點(diǎn) 最大壓縮量BC 0 2m 然后物體又被彈簧彈上去 彈到的最高位置為D點(diǎn) D點(diǎn)距A點(diǎn)的距離AD 3m 擋板及彈簧質(zhì)量不計 g取10m s2 sin37 0 6 求 1 物體與斜面間的動摩擦因數(shù) 圖15 解析答案 7 8 9 解析物體從開始位置A點(diǎn)到最后D點(diǎn)的過程中 彈性勢能沒有發(fā)生變化 動能和重力勢能減少 機(jī)械能的減少量為 E Ek Ep mglADsin37 物體克服摩擦力產(chǎn)生的熱量為Q Ffx 其中x為物體的路程 即x 5 4m Ff mgcos37 由能量守恒定律可得 E Q 由 式解得 0 52 答案0 52 7 8 9 2 彈簧的最大彈性勢能Epm 解析答案 解析由A到C的過程中 動能減少 Ek 重力勢能減少 Ep mglACsin37 摩擦生熱Q FflAC mgcos37 lAC 由能量守恒定律得彈簧的最大彈性勢能為Epm Ek Ep Q 聯(lián)立 解得Epm 24 5J 答案24 5J 返回 7 8 9