2018-2019學年高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 習題課 機械能守恒定律課件 滬科版必修2.ppt

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習題課機械能守恒定律,第4章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展,[學習目標],1.進一步理解機械能守恒的條件及其判定.2.能靈活應用機械能守恒定律的三種表達方式.3.在多個物體組成的系統(tǒng)中，會應用機械能守恒定律解決相關問題.4.明確機械能守恒定律和動能定理的區(qū)別.,內(nèi)容索引,,重點探究啟迪思維探究重點,達標檢測檢測評價達標過關,重點探究,,判斷機械能是否守恒的方法：(1)做功條件分析法：若物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力和彈力做功，其他力均不做功，則系統(tǒng)機械能守恒，具體有三種表現(xiàn)：①只受重力、彈力，不受其他力；②除受重力、彈力外還受其他力，其他力不做功；③除重力、彈力外還有其他力做功，但其他力做功的代數(shù)和為零.(2)能量轉化分析法：若只有系統(tǒng)內(nèi)物體間動能和重力勢能及彈性勢能的相互轉化，系統(tǒng)跟外界沒有發(fā)生機械能的傳遞，機械能也沒有轉變成其他形式的能(如沒有內(nèi)能增加)，則系統(tǒng)的機械能守恒.,一、機械能是否守恒的判斷,例1(多選)如圖1所示，斜劈劈尖頂著豎直墻壁靜止于水平面上，現(xiàn)將一小球從圖示位置靜止釋放，不計一切摩擦，則在小球從釋放到落至地面的過程中，下列說法正確的是A.斜劈對小球的彈力不做功B.斜劈與小球組成的系統(tǒng)機械能守恒C.斜劈的機械能守恒D.小球機械能的減少量等于斜劈動能的增加量,答案,解析,√,√,圖1,解析小球有豎直方向的位移，所以斜劈對小球的彈力對球做負功，故A選項錯誤；小球?qū)π迸膹椓π迸稣?，所以斜劈的機械能增加，故C選項錯誤.不計一切摩擦，小球下滑過程中，小球和斜劈組成的系統(tǒng)中只有動能和重力勢能相互轉化，系統(tǒng)機械能守恒，故B、D選項正確.,,1.多個物體組成的系統(tǒng)，就單個物體而言，機械能一般不守恒，但就系統(tǒng)而言機械能往往是守恒的.2.關聯(lián)物體注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關系和位移關系.3.機械能守恒定律表達式的選取技巧(1)當研究對象為單個物體時，可優(yōu)先考慮應用表達式Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或ΔEk＝－ΔEp來求解.(2)當研究對象為兩個物體組成的系統(tǒng)時：①若兩個物體的重力勢能都在減少(或增加)，動能都在增加(或減少)，可優(yōu)先考慮應用表達式ΔEk＝－ΔEp來求解.②若A物體的機械能增加，B物體的機械能減少，可優(yōu)先考慮用表達式ΔEA增＝ΔEB減來求解.,二、多物體組成的系統(tǒng)機械能守恒問題,例2如圖2所示，斜面的傾角θ＝30，另一邊與地面垂直，高為H，斜面頂點上有一定滑輪，物塊A和B的質(zhì)量分別為m1和m2，通過輕而柔軟的細繩連接并跨過定滑輪.開始時兩物塊都位于與地面距離為H的位置上，釋放兩物塊后，A沿斜面無摩擦地上滑，B沿斜面的豎直邊下落.若物塊A恰好能達到斜面的頂點，試求m1和m2的比值.滑輪的質(zhì)量、半徑和摩擦均忽略不計.,答案1∶2,答案,圖2,解析,解析設B剛下落到地面時速度為v，由系統(tǒng)機械能守恒得：,A以速度v上滑到頂點過程中機械能守恒，則：,針對訓練如圖3所示，在長為L的輕桿中點A和端點B各固定一質(zhì)量為m的球，桿可繞軸O無摩擦的轉動，使桿從水平位置無初速度釋放.求當桿轉到豎直位置時，桿對A、B兩球分別做了多少功？,解析,答案,圖3,解析設當桿轉到豎直位置時，A球和B球的速度分別為vA和vB.如果把輕桿、兩球組成的系統(tǒng)作為研究對象，因為機械能沒有轉化為其他形式的能，故系統(tǒng)機械能守恒，,因A球與B球在各個時刻對應的角速度相同，故vB＝2vA②,,三、機械能守恒定律與動能定理的綜合應用,例3為了研究過山車的原理，某興趣小組提出了下列設想：取一個與水平方向夾角為37、長為l＝2m的粗糙傾斜軌道AB，通過水平軌道BC與半徑為R＝0.2m的豎直圓軌道相連，出口為水平軌道DE，整個軌道除AB段以外都是光滑的.其中AB與BC軌道以微小圓弧相接，如圖4所示.一個質(zhì)量m＝1kg的小物塊以初速度v0＝5m/s從A點沿傾斜軌道滑下，小物塊到達C點時速度vC＝4m/s.取g＝10m/s2，sin37＝0.6，cos37＝0.8.(1)求小物塊到達C點時對圓軌道壓力的大小；,圖4,答案90N,答案,解析,解析設小物塊到達C點時受到的支持力大小為N，,解得：N＝90N根據(jù)牛頓第三定律得，小物塊對圓軌道壓力的大小為90N,(2)求小物塊從A到B運動過程中摩擦力所做的功；,答案,解析,答案－16.5J,解析小物塊從A到C的過程中，根據(jù)動能定理有：,解得Wf＝－16.5J,(3)為了使小物塊不離開軌道，并從軌道DE滑出，求豎直圓弧軌道的半徑應滿足什么條件？,答案,解析,答案R≤0.32m,解析設小物塊進入圓軌道到達最高點時速度大小為v1，為使小物塊能通過圓弧軌道的最高點，,小物塊從圓軌道最低點到最高點的過程中，根據(jù)機械能守恒定律有：,聯(lián)立解得R＝0.32m，所以為使小物塊能通過圓弧軌道的最高點，豎直圓弧軌道的半徑應滿足R≤0.32m.,達標檢測,1.(機械能是否守恒的判斷)(多選)如圖5所示，一根輕彈簧下端固定，豎立在水平面上.其正上方A位置有一只小球.小球從靜止開始下落，在B位置接觸彈簧的上端，在C位置小球所受彈力大小等于重力，在D位置小球速度減小到零.對于小球下降階段，下列說法中正確的是(不計空氣阻力)A.在B位置小球動能最大B.在C位置小球動能最大C.從A→C位置小球重力勢能的減少等于小球動能的增加D.整個過程中小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,√,答案,解析,1,2,3,圖5,√,1,2,3,解析小球從B運動至C過程，重力大于彈力，合力向下，小球加速，從C運動到D，重力小于彈力，合力向上，小球減速，故在C點動能最大，故A錯誤，B正確；小球下降過程中，只有重力和彈簧彈力做功，小球和彈簧系統(tǒng)機械能守恒，D正確；從A→C位置小球重力勢能的減少量等于動能增加量和彈性勢能增加量之和，故C錯誤.,2.(多物體組成的系統(tǒng)機械能守恒問題)(多選)如圖6所示，a、b兩物塊質(zhì)量分別為m、3m，用不計質(zhì)量的細繩相連接，懸掛在定滑輪的兩側.開始時，a、b兩物塊距離地面高度相同，用手托住物塊b，然后由靜止釋放，直至a、b物塊間高度差為h，不計滑輪質(zhì)量和一切摩擦，重力加速度為g.在此過程中，下列說法正確的是A.物塊a的機械能守恒B.物塊b的機械能減少了mghC.物塊b機械能的減少量等于物塊a機械能的增加量D.物塊a、b與地球組成的系統(tǒng)機械能守恒,答案,√,解析,1,2,3,圖6,√,解析釋放b后物塊a加速上升，動能和重力勢能均增加，故機械能增加，選項A錯誤.對物塊a、b與地球組成的系統(tǒng)，只有重力做功，故機械能守恒，選項D正確.,由于繩的拉力對a做的功與b克服繩的拉力做的功相等，故物塊b機械能的減少量等于物塊a機械能的增加量，選項C正確.,1,2,3,3.(機械能守恒定律與動能定理的綜合應用)如圖7所示，一內(nèi)壁光滑的細管彎成半徑為R＝0.4m的半圓形軌道CD，豎直放置，其內(nèi)徑略大于小球的直徑，水平軌道與半圓形軌道在C處連接完好.置于水平軌道上的彈簧左端與豎直墻壁相連，B處為彈簧原長狀態(tài)的右端.將一個質(zhì)量為m＝0.8kg的小球放在彈簧的右側后，用力水平向左推小球壓縮彈簧至A處，然后將小球由靜止釋放，小球運動到C處時對軌道的壓力大小為F1＝58N.水平軌道以B處為界，左側AB段長為x＝0.3m，與小球間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5，右側BC段光滑.g＝10m/s2，求：,圖7,1,2,3,(1)彈簧在壓縮時所儲存的彈性勢能；,答案,解析,1,2,3,答案11.2J,解得vC＝5m/s.,解得Ep＝11.2J.,(2)小球運動到軌道最高處D點時對軌道的壓力．,答案,解析,1,2,3,答案10N，方向豎直向上,所以小球在D點對軌道外壁有壓力.,解析從C到D，由機械能守恒定律得：,解得F2＝10N.由牛頓第三定律可知，小球在D點對軌道的壓力大小為10N，方向豎直向上.,1,2,3,