【学海导航】2013届高三物理一轮复习课件(人教版)：第5章--第3节--机械能守恒定律

1新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!第3节机械能守恒定律2新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!3新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!考点1：机械能是否守恒的判断【例1】在如图531所示的物理过程中，甲为末端固定有小球的轻杆，从右偏上30°角释放后绕光滑支点下摆；乙为末端固定有小球的轻质直角架，释放后绕固定轴O无摩擦转动；丙为A、B两小车置于光滑水平面上，B静止，A获得一向右的初速度后向右运动，某时刻连接两车的细绳绷紧，然后带动B车运动；丁为带有竖直支架的小车置于光滑水平面上，把用细绳束缚的小球从图示位置释放，小球4新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!开始摆动．则关于几个物理过程(空气阻力忽略不计)，下列判断中正确的是()A．甲图中小球机械能守恒B．乙图中小球A的机械能守恒C．丙图中两车组成的系统机械能守恒D．丁图中小球的机械能守恒图5315新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!切入点：判断机械能是否守恒的主要方法：(1)利用机械能的定义来判定；(2)用做功来判断；(3)用能量转化来判定．6新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!【解析】甲图过程中轻杆对小球不做功，小球机械能守恒；乙图过程中轻杆对A的弹力不沿杆的方向，对球做功，所以每个小球的机械能都不守恒，但把两个小球作为一系统时机械能守恒；丙图中绳子绷紧的过程虽然只有弹力作为内力做功，但弹力突变有内能转化，机械能不守恒；丁图过程中细绳也会拉动小车运动，取地面为参考系，小球轨迹不是圆弧，细绳会对小球做功，小球机械能不守恒，把小球和小车当作一个系统时机械能才守恒．7新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!答案：A点评：解答本题的关键是：(1)对于一个物体，首先选用做功来判断机械能是否守恒．(2)对于一个系统，首先选用能的转化来判断．(3)用能的转化分析时要注意转化过程中是否产生了其他形式能．8新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!考点2：物体机械能守恒定律的应用【例2】如图532所示，一固定的楔形木块，其斜面倾角θ=30°，另一边与地面垂直，顶上有一定滑轮，一条细绳将物块A和B连接，A的质量为4m，B的质量为m，开始时将B按在地面上不动，然后放开手，让A沿斜面下滑而B上升，物块A与斜面间无摩擦，设当A沿斜面下滑x距离后，细绳突然断了，求物块B上升的最大高度H.图5329新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!2222111sin442222212AAABAxvBvAEmgxmvmgxmvmgxmvBEmgxmv设沿斜面下滑距离时的速度为，的速度也是，此【解析时的机械能减少了机增】的械能加了10新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!2221222121.2.ABBEEmgxmvmgxmvBvBhBmvmghBHhxHx由得：细绳突然断的瞬间，竖直上升的速度为，此后做竖直上抛运动，设继续上升的距离为，对由机械能守恒定律得上升的最大高度，解之得：11新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!点评：应用机械能守恒定律求解时，在确定好研究对象和分析过程之后，关键是要正确找出被研究对象初、末位置的机械能，还要细心地分析它具有哪几种形式的机械能，涉及重力势能时，要兼顾初、末位置，合理地假设零势面，以便建立简明的守恒方程式．12新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!题型一：系统机械能守恒定律的应用【例3】如图533所示，质量均为m的物块A和B用轻弹簧连接起来，将它们悬于空中静止，弹簧处于原长状态，A距地面高度h=0.90m.同时释放两物块，A与地面碰撞后速度立即变为零，由于B的反弹，使A刚好能离开地面．若将B物块换为质量为2m的物块C(图中未画出)，仍将它们悬于空中静止且弹簧为原长，从A距地面高度为h′处同时释放，A也刚好能离开地面．已知弹簧的弹性势能Ep与弹簧的劲度系数k和形变量x的关系是：Ep=kx2.试求：1213新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!(1)B反弹后，弹簧的最大伸长量；(2)h′的大小．切入点：以物块B和弹簧组成的系统为研究对象，由受力、做功分析判断机械能是否守恒．图53314新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!22211222211220.6BBBBABAvmghmvvghBBAxAmgkxBmvmgxkxxm、整体自由下落时，系统机械能守恒，设刚落地时，具有共同速度，所以，得从此以后，物块压缩弹簧，直至反弹，该过程物块和弹簧组成的系统机械能守恒，当刚好离开地面时，弹簧的伸长量最大，设为，则对有：对和弹簧有：解以上各式得：【解析】15新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!222121122220.75CCBCvghmgkxmvkxmgxhm将换成后，根据第问的分析有以下各式成立．，，解得16新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!点评：(1)机械能守恒定律是在一定条件下才成立的，而动能定理则具有普适性．(2)动能定理揭示的是物体的动能变化与引起这种变化的合外力的功的关系，侧重于解决一个研究对象受合外力做功的影响．机械能守恒定律反映的是物体初、末状态的机械能间的关系，侧重于研究系统内两个或多个研究对象之间动能和势能相互转化的规律．17新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!题型二：机械能与圆周运动的综合问题【例4】如图534所示，用细圆管组成的光滑轨道AB部分平直，BC部分是处于竖直平面内半径为R的半圆，圆管截面半径r≪R.有一质量为m，半径比r略小的光滑小球以水平初速度v0射入圆管，问：图53418新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!001212CvCmgv若要小球能从端出来，初速度需多大？在小球从端出来的瞬间，管壁对小球的弹力为，那么小球的初速度应为多少？19新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!200220112222211222CCCmvmgRvgRBCmgRBCmvmgRmv要使小球能运动到处，且从端出来，必须满足，即：①以点为重力势能零点，则小球到达处时的重力势能为，从到处机械能守恒方程：【解析】②20新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!2205CNNNCmgmvFmgFRmvFmgRa小球在处受重力和细管竖直方向的作用力，根据牛顿第二定律，得：③由②③解得④讨论④式，即得解：．当小球受到向下的压力时，21新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!点评：涉及在竖直平面内做圆周运动的情况时，要注意满足物体沿轨道做圆周运动的条件．0015.5.214.5.2NNFmgvgRbFmgvgR，．当小球受到向上的支持力时，，22新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!23新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!1.(2011•新课标)一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离．假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是()24新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!A．运动员到达最低点前重力势能始终减小B．蹦极绳张紧后的下落过程中，弹性力做负功，弹性势能增加C．蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D．蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关答案：ABC25新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!【解析】重力势能与重力势能零点有关，但重力势能的变化是绝对的可以通过重力做功量度，与重力势能零点的选取无关．可知选项A正确，D错误；弹性势能变化可用弹性力做功量度，选项B正确；根据机械能守恒定律条件，系统只有重力和弹力做功机械能守恒，选项C正确．26新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!2.(2011•上海)光滑水平面上两小球a、b用不可伸长的松弛细绳相连．开始时a球静止，b球以一定速度运动直至绳被拉紧，然后两球一起运动，在此过程中两球的总动量________(填“守恒”或“不守恒”)；机械能________(填“守恒”或“不守恒”)．27新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!【解析】本题考查动量守恒和机械能守恒的条件．将ab组成系统，对系统受力分析知合外力为零，故系统动量守恒；而在此过程细绳发生的是非弹性形变，机械能不守恒．答案：守恒不守恒28新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!3.(2011•石景山期末)如图535所示，固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环，圆环与竖直放置的轻质弹簧一端相连，弹簧的另一端固定在地面上的A点，弹簧处于原长h.让圆环沿杆滑下，滑到杆的底端时速度为零．则在圆环下滑过程中()A．圆环机械能守恒B．弹簧的弹性势能先增大后减小C．弹簧的弹性势能变化了mghD．弹簧的弹性势能最大时圆环动能最大C图53529新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!【解析】圆环和弹簧组成的系统机械能守恒．30新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!4.(2011•上海长宁期末)滑块以某初速度从固定的粗糙斜面底端向上运动，然后又滑回到斜面底端，若滑块向上运动的位移中点为A，取斜面底端重力势能为零，则滑块()A．上滑过程机械能减小，下滑过程机械能增大B．上滑过程机械能减小，下滑过程机械能也减小C．上滑至A点时动能大于势能D．下滑至A点时动能大于势能BC31新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!【解析】要克服摩擦力做功，所以上滑过程机械能减小，下滑过程机械能也减小，上滑至A点时动能大于势能．32新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!5.如图536所示，图中滑块和小球的质量均为m，滑块可在水平放置的光滑固定导轨上自由滑动，小球与滑块上的悬点O由一不可伸长的轻绳相连，轻绳长为l.开始时，轻绳处于水平拉直状态，小球和滑块均静止．现将小球由静止释放，当小球到达最低点时，滑块刚好被一表面涂有粘住物质的固定挡板粘住，在极短的时间内速度减为零，小球继续向左摆动，当轻绳与竖直方向的夹角θ=60°时小球到达最高点．求：图53633新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!(1)小球到达最低点时速度的大小；(2)滑块与挡板刚接触的瞬时，滑块速度的大小；(3)小球从释放到第一次到达最低点的过程中，绳的拉力对小球所做的功．34新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!2122222121112(1cos)21122vvmvmglvglmglmvmvvgl设滑块与挡板碰前滑块和小球的速度分别为、，对上摆过程中的小球机械能守恒：解得：开【解析】始阶段下摆过程中，根据系统机械能守恒有：联立两式解得：35新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!2231212mglWmvWmgl对开始阶段下摆过程中的小球应用动能定理有：得绳子拉力对小球做功：