高考物理一轮复习第5章第3节机械能守恒定律及其应用课件

这是一份高考物理一轮复习第5章第3节机械能守恒定律及其应用课件，共60页。PPT课件主要包含了链接教材·夯基固本，－ΔEp，常用的三种表达式，细研考点·突破题型，基本思路，审题指导，答案见解析等内容，欢迎下载使用。

一、重力势能与弹性势能 1．重力势能 (1)定义：由于物体被举高而具有的能。 (2)表达式：Ep＝____。 (3)特点：重力势能有相对性。
2．重力做功的特点 (1)重力做功与____无关，只与始、末位置的______有关。 (2)重力做功不引起物体______的变化。
3．重力做功与重力势能变化的关系 (1)定性关系：重力对物体做正功，重力势能____；重力对物体做负功，重力势能____。 (2)定量关系：重力对物体做的功____物体重力势能的____量。即WG＝－(Ep2－Ep1)＝Ep1－Ep2＝_______。 (3)重力势能的变化量是绝对的，与参考平面的选取____。
4．弹性势能 (1)概念：物体由于发生________而具有的能量。 (2)大小：弹簧的弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关，弹簧的形变量____，劲度系数____，弹簧的弹性势能越大。 (3)弹力做功与弹性势能变化的关系：类似于重力做功与重力势能变化的关系，用公式表示：W＝_______。
二、机械能守恒定律 1．机械能：____和____统称为机械能，其中势能包括________和________。 2．机械能守恒定律 (1)内容：在只有__________做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能________。
一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)重力势能的变化与零势能参考平面的选取无关。(　　) (2)被举到高处的物体重力势能一定不为零。(　　) (3)克服重力做功，物体的重力势能一定增加。(　　) (4)发生弹性形变的物体都具有弹性势能。(　　) (5)弹力做正功，弹性势能一定增加。(　　) (6)物体所受的合外力为零，物体的机械能一定守恒。(　　)
二、教材习题衍生 1．(人教版必修第二册改编)忽略空气阻力，下列物体运动过程中满足机械能守恒的是(　　) A．电梯匀速下降 B．物体由光滑固定斜面顶端滑到斜面底端 C．物体沿着粗糙斜面匀速下滑 D．拉着物体沿光滑斜面匀速上升
B　[电梯匀速下降，说明电梯处于受力平衡状态，并不是只有重力做功，机械能不守恒，所以A错误；物体在光滑斜面上，受重力和支持力的作用，但是支持力的方向和物体运动的方向垂直，支持力不做功，只有重力做功，机械能守恒，所以B正确；物体沿着粗糙斜面匀速下滑，物体处于受力平衡状态，摩擦力和重力都要做功，机械能不守恒，所以C错误；拉着物体沿光滑斜面匀速上升，物体处于受力平衡状态，拉力和重力都要做功，机械能不守恒，所以D错误。]
2．(粤教版必修第二册改编)(多选)载人飞船在发射至返回的过程中，以下哪些阶段中返回舱的机械能是守恒的(　　) A．飞船升空的阶段 B．飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段 C．返回舱在大气层以外向着地球做无动力飞行的阶段 D．降落伞张开后，返回舱下降的阶段
BC　[飞船升空的阶段，推力做正功，机械能增加，故A错误；飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段，只受引力作用，引力势能和动能之和保持不变，故B正确；返回舱在大气层外向着地球做无动力飞行阶段，只有引力做功，势能减小，动能增加，机械能守恒，故C正确；降落伞张开后，返回舱下降的阶段，克服空气阻力做功，故机械能减小，故D错误。]
3．(人教版必修第二册改编)(多选)如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上，若以地面为参考平面且不计空气阻力，则下列说法中正确的是(　　) A．物体落到海平面时的重力势能为mgh B．物体从抛出到落到海平面的过程中重力对物体做功为mgh
机械能是否守恒的三种判断方法 (1)利用机械能的定义判断：若物体动能、势能之和不变，机械能守恒。 (2)利用守恒条件判断。 (3)利用能量转化判断：若系统与外界没有能量交换，系统内也没有机械能与其他形式能的转化，则物体系统机械能守恒。
考点1　机械能守恒的判断　题组通关
[题组突破] 1．(单物体的机械能守恒判断)(2022·湖南永州市模拟)伽利略在研究力和运动的关系的时候，采用两个平滑对接的斜面，一个斜面固定，让小球从斜面上滚下，小球又滚上另一个倾角可以改变的斜面，斜面倾角逐渐减小直至为零，如图所示。关于这个理想斜面实验，下列说法正确的是(　　)
A．如果没有摩擦，小球运动过程中机械能守恒 B．如果没有摩擦，小球将在另一斜面上运动相同的路程 C．如果没有摩擦，小球运动到另一斜面上最高点的高度与释放时的高度不同 D．如果没有摩擦，小球运动到水平面时的机械能小于释放时的机械能
A　[如果没有摩擦，小球运动过程中只有重力做功，机械能守恒，选项A正确，D错误；如果没有摩擦，小球机械能守恒，小球运动到另一斜面上最高点的高度将与释放时的高度相同，选项B、C错误。]
2．(多物体机械能守恒判断)(多选)如图所示，质量分别为m和2m的两个小球a和b，中间用轻质杆相连，在杆的中点O处有一固定转动轴，把杆置于水平位置后释放，在b球顺时针摆动到最低位置的过程中 (　　) A．b球的重力势能减少，动能增加，b球机械能守恒 B．a球的重力势能增加，动能也增加，a球机械能不 守恒 C．a球、b球组成的系统机械能守恒 D．a球、b球组成的系统机械能不守恒
BC　[b球从水平位置下摆到最低点的过程中，a球升至最高点，重力势能增加，动能也增加，机械能增加。由于a、b系统只有重力做功，则系统机械能守恒，既然a球机械能增加，b球机械能一定减小。可见，杆对a球做了正功，杆对b球做了负功。故选BC。]
3．(含弹性物体的系统机械能守恒的判断)如图所示，P、Q两球质量相等，开始两球静止，将P上方的细绳烧断，在Q落地之前，下列说法正确的是(不计空气阻力)(　　) A．在任一时刻，两球动能相等 B．在任一时刻，两球加速度相等 C．在任一时刻，两球和弹簧组成的系统动能与重力势 能之和保持不变 D．在任一时刻，两球和弹簧组成的系统机械能是不变的
D　[细绳烧断后，由于弹簧处于伸长状态，通过对P、Q两球受力分析可知aP＞aQ，在任一时刻，两球的动能不一定相等，选项A、B错误；系统内有弹力做功，弹性势能发生变化，系统的动能与重力势能之和发生变化，选项C错误；Q落地前，两球及弹簧组成的系统只有重力和弹簧的弹力做功，整个系统的机械能守恒，选项D正确。]
易错警示　判断机械能守恒的“三点”注意 (1)系统机械能守恒时，机械能一般在系统内物体间转移，其中的单个物体机械能不一定守恒。 (2)机械能守恒的条件绝不是合外力做的功等于零，更不是合外力等于零，而是看是否只有重力或弹力做功。 (3)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。
考点2　单物体机械能守恒　师生共研
新高考乙卷 2022·T16
2．三点提醒 (1)物体在运动过程中只有重力做功，机械能守恒。 (2)单个物体在竖直光滑圆轨道上做圆周运动时，因只有重力做功，机械能守恒。 (3)单个物体做平抛运动、斜抛运动时，因只有重力做功，也常用机械能守恒定律列式求解。
(1)求小球在B、A两点的动能之比； (2)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点。
[答案]　(1)5∶1　(2)见解析
[跟进训练] 1．(单物体、单过程机械能守恒)如图所示，用两根长度均为l的轻绳将一重物悬挂在水平的天花板下，轻绳与天花板的夹角为θ，整个系统静止，这时每根轻绳中的拉力为T。现将一根轻绳剪断，当小球摆至最低点时，轻绳中的拉力为T′。θ为某一值时，最大，此最大值为(　　)
2．(单物体、多过程机械能守恒)(2023·山东青岛高三检测)如图所示，P是水平面上的固定圆弧轨道，从高台边B点以速度v0水平飞出质量为m的小球，恰能从左端A点沿圆弧切线方向进入。O是圆弧的圆心，θ是OA与竖直方向的夹角。已知m＝0.5 kg，v0＝3 m/s，θ＝53°，圆弧轨道半径R＝0.5 m，g取10 m/s2，不计空气阻力和所有摩擦，求：
(1)A、B两点的高度差；
(2)小球能否到达最高点C？如能到达，小球对C点的压力大小为多少？
1．对多个物体组成的系统要注意判断物体运动过程中，系统的机械能是否守恒。 2．注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系。 3．列机械能守恒方程时，一般选用ΔEk＝－ΔEp或ΔEA＝－ΔEB的形式。
考点3　多物体机械能守恒　多维探究
浙江6月卷 2022·T20
角度1　轻杆连接系统的机械能守恒
[典例2]　如图所示，固定在竖直面内的光滑圆环半径为R，圆环上套有质量分别为m和2m的小球A、B(均可看作质点)，小球A、B用一长为2R的轻质细杆相连。已知重力加速度为g，小球B受微小扰动从最高点由静止开始沿圆环下滑至最低点的过程中，不计空气阻力，下列说法正确的是(　　) A．A球增加的机械能大于B球减少的机械能 B．A球增加的重力势能等于B球减少的重力势能
角度2　轻绳连接系统的机械能守恒
河北卷 2022·T9
[典例3]　如图所示，物体A的质量为M，圆环B的质量为m，由绳子通过定滑轮连接在一起，圆环套在光滑的竖直杆上。开始时连接圆环的绳子水平，长度l＝4 m。现从静止释放圆环，不计定滑轮和空气的阻力，g取10 m/s2。若圆环下降h＝3 m时的速度v＝5 m/s，则A和B的质量关系为(　　)
角度3　轻弹簧连接系统的机械能守恒
[典例4]　如图所示，A、B两小球由绕过轻质定滑轮的细线相连，A放在固定的光滑斜面上，B、C两小球在竖直方向上通过劲度系数为k的轻质弹簧相连，C球放在水平地面上。现用手控制住A，并使细线刚刚拉直但无拉力作用，并保证滑轮左侧细线竖直、右侧细线与斜面平行。已知A的质量为4m，B、C的质量均为m，重力加速度为g，细线与滑轮之间的摩擦不计。开始时整个系统处于静止状态；释放A后，A沿斜面下滑至速度最大时，C恰好离开地面。求：
(1)斜面的倾角α；(2)A球获得的最大速度vm。
[跟进训练] 1．(轻杆与轻弹簧组合链接模型)(2023·重庆市模拟)如图所示，小滑块P、Q的质量分别为3m、m，P、Q间通过轻质铰链用长为L的刚性轻杆连接，Q套在固定的水平横杆上，P和竖直放置的轻弹簧上端相连，轻弹簧下端固定在水平横杆上。当杆与竖直方向的夹角α＝30°时，弹簧处于原长，此时，将P由静止释放，下降到最低点时α′＝60°。整个运动过程中，P、Q始终在同一竖直平面内，滑块P始终没有离开竖直墙壁，弹簧始终在弹性限度内，忽略一切摩擦，重力加速度为g。则在P下降过程中(　　)
A．P、Q组成的系统机械能守恒 B．轻杆始终对Q做正功 C．弹簧弹性势能最大值为 D．P和弹簧组成的系统机械能最小时， Q受到水平横杆的支持力大小等于mg
D　[由于不计一切摩擦，P、Q和弹簧三者组成的系统机械能守恒，而P、Q组成的系统机械能不守恒，故选项A错误；在P下降过程中，Q一直沿着杆向左运动，P下降至最低点时，P的速度为零，Q速度也为零，在P下降过程中，Q一定经历先加速后减速的过程，由受力分析知，Q加速过程，轻杆对其做正功，Q减速过程，轻杆对其做负功，故选项B错误；P下降至最低点时，弹簧弹性势能最大，
2．(轻绳与轻弹簧组合链接模型) (多选)如图所 示，物体A、B通过细绳及轻质弹簧连接在轻滑 轮两侧，物体A、B的质量分别为2m、m。开始 时细绳伸直，用手托着物体A使弹簧处于原长且 A与地面的距离为h，物体B静止在地面上。放手后物体A下落，与地面即将接触时速度大小为v，此时物体B对地面恰好无压力，不计一切摩擦及空气阻力，重力加速度大小为g，则下列说法中正确的是(　　)
1．特点：在应用机械能守恒定律处理实际问题时，经常遇到像“链条”“液柱”类的物体，其在运动过程中重心位置相对物体会发生变化，因此这类物体不能再视为质点来处理，但因只有重力做功，物体整体机械能守恒。 2．处理方法：一般情况下，可将物体分段处理，确定质量分布均匀的规则物体各部分的重心位置，根据初、末状态物体重力势能的变化列式求解。
考点4　用机械能守恒定律解决非质点问题　题组通关
[题组突破] 1．(“液柱”类问题)(多选)内径面积为S的U形圆筒竖直放在水平面上，筒内装水，底部阀门K关闭时两侧水面高度分别为h1和h2，如图所示。已知水的密度为ρ，不计水与筒壁的摩擦阻力。现把连接两筒的阀门K打开，当两筒水面高度相等时，则该过程中(　　) A．水柱的重力做正功 B．大气压力对水柱做负功 C．水柱的机械能守恒
2．(“链条”类问题)如图所示，一长为L的均匀铁链对称挂在一轻质小滑轮上，由于某一微小的扰动使得链条向一侧滑动，滑轮离地面足够高，则铁链完全离开滑轮时的速度大小为(假设离开瞬间的速度方向向下)(　　)