物理必修 第二册第八章 机械能守恒定律4 机械能守恒定律优秀课件ppt

这是一份物理必修 第二册第八章 机械能守恒定律4 机械能守恒定律优秀课件ppt，文件包含专题提升七机械能守恒定律的应用pptx、机械能守恒定律的应用docx等2份课件配套教学资源，其中PPT共36页， 欢迎下载使用。
1.掌握非质点类物体的机械能守恒问题的处理方法。(科学思维)2.掌握多物体组成的系统的机械能守恒问题。(物理观念)3.知道动能定理和机械能守恒定律解决问题的特点。(科学思维)
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
1.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,其在运动过程中将发生形变,其重心位置相对物体也发生变化,因此这类物体不能再看成质点来处理。2.物体虽然不能看成质点来处理,但因只有重力做功,物体整体机械能守恒。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。
探究点一　非质点类物体的机械能守恒问题
【例1】 如图所示,一条长为L=2 m的均匀金属链条,有一半在光滑的足够高的斜面上,斜面顶端是一个很小的圆弧,斜面倾角为30°,另一半竖直下垂在空中,链条由静止释放后开始滑动,则链条刚好全部滑出斜面时的速度为(g取10 m/s2)(　　)
方法技巧　链条类物体机械能守恒问题的解题关键是分析重心位置,进而确定物体重力势能的变化,解题要注意两个问题:一是参考平面的选取;二是链条的每一段重心的位置变化和重力势能变化。
1.如图所示,粗细均匀,两端开口的U形管内装有同种液体,开始时两边液面高度差为h,管中液柱总长度为4h,后来让液体自由流动,当两液面高度相等时,右侧液面下降的速度为(重力加速度大小为g)(　　)
解析 当两液面高度相等时,液体减少的重力势能转化为全部液体的动能,
探究点二　多物体组成的系统机械能守恒问题
1.轻绳连接的物体系统(1)常见情境(如图所示)
(2)三点提醒①分清两物体是速度大小相等,还是沿绳方向的分速度大小相等。②用好两物体的位移大小关系或竖直方向高度变化的关系。③对于单个物体,一般绳上的力要做功,机械能不守恒;但对于绳连接的系统,机械能则可能守恒。
2.轻杆连接的物体系统(1)常见情境(如图所示)
(2)三大特点①平动时两物体线速度大小相等,转动时两物体角速度相等。②杆对物体的作用力并不总是沿杆的方向,杆能对物体做功,单个物体机械能不守恒。③对于杆和物体组成的系统,忽略空气阻力和各种摩擦且没有其他力对系统做功,则系统机械能守恒。
3.轻弹簧连接的物体系统(1)题型特点由轻弹簧连接的物体系统,一般既有重力做功,又有弹簧弹力做功,这时系统内物体的动能、重力势能和弹簧的弹性势能相互转化,而总的机械能守恒。(2)两点提醒①对同一弹簧,弹性势能的大小由弹簧的形变量决定,无论弹簧伸长还是压缩。②物体运动的位移与弹簧的形变量或形变量的变化量有关。
【例2】 (多选)(2023山东济南高一期末)如图所示,滑块2套在光滑的竖直杆上,并通过轻绳绕过光滑定滑轮连接物块1,物块1与一轻质弹簧连接在一起,轻质弹簧另一端固定在地面上,物块1和滑块2均可看作质点。开始时用手托住滑块2,使滑轮右侧的绳子刚好伸直处于水平,但无张力,此时弹簧的压缩量为d。现将滑块2从A处由静止释放,到达C处的速度为零,此时物块1还没有到达滑轮位置。已知滑轮与杆的水平距离为3d,A、C间距离为4d。不计滑轮质量、大小及与轻绳之间的摩擦。下列说法正确的是(　　)
A.物块1和滑块2的质量之比为1∶1B.物块1和滑块2的质量之比为2∶1C.若滑块2的质量增加一倍,其他条件不变,仍让滑块2由A处从静止滑到C
方法技巧　机械能守恒定律的研究对象是几个相互作用的物体组成的系统,经常出现下面三种情况:(1)系统内两个物体直接接触或通过弹簧连接。这类连接体问题应注意各物体间不同能量形式的转化关系。(2)系统内两个物体通过轻绳连接。如果和外界不存在摩擦力做功等问题时,只有机械能在两物体之间相互转移,两物体组成的系统机械能守恒。解决此类问题的关键是在绳的方向上两物体速度大小相等。(3)系统内两个物体通过轻杆连接。轻杆连接的两物体绕固定转轴转动时,两物体转动的角速度相等。
2.如图所示,斜面的倾角θ=30°,另一边与地面垂直,高为H,斜面顶点上有一定滑轮,物块A和B的质量分别为m1和m2,物块A和B均可视为质点,通过轻而柔软的细绳连接并跨过定滑轮。开始时两物块都位于与地面距离为 H的位置上,释放两物块后,A沿斜面无摩擦地上滑,B沿斜面的竖直边下落。若物块A恰好能达到斜面的顶点,滑轮的质量、半径和摩擦以及空气阻力均可忽略不计。试求m1和m2的比值。
机械能守恒定律和动能定理的比较
探究点三　机械能守恒定律和动能定理的应用比较
【例3】 (多选)如图所示,在长为2L的轻杆的中点M和端点N处各固定一个质量均为m的小球a、b,杆可绕轴O无摩擦地转动。重力加速度为g,则杆从水平位置无初速度释放到运动到竖直位置的过程中(　　)A.球a机械能不守恒
解析 球a、b组成的系统只有重力做功,a、b组成的系统机械能守恒,单独对a球来说,除了a球的重力做功,还有杆的作用力做功,机械能不守恒,故A正确;杆向下转动的过程中,a、b转动的角速度相等,设杆转动的角速度为ω,在最低点,a球的线速度va=ω·L,b球的线速度vb=ω·2L,则vb=2va,对a、b组成
3.(2023福建漳州高一期末)如图所示,在某次雪车比赛训练中,某运动员手推一辆雪车从O点由静止开始沿斜向下的直轨道OA加速奔跑,到达A点时该运动员跳入车内,且此时雪车速度vA=10 m/s。之后,雪车在蜿蜒的赛道上无动力滑行并途经B点。已知雪车质量m=200 kg,OA长度L=5 m,OA倾角θ=37°,AB高度差hAB=75 m,忽略雪车与赛道间的摩擦及空气阻力。sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2,求:
(1)从O点到A点的过程中重力对雪车所做的功WG;(2)从O点到A点的过程中运动员对雪车所做的功W;(3)雪车到达B点时速度大小vB。
答案 (1)6 000 J　(2)4 000 J　(3)40 m/s
解析 (1)从O点到A点的过程中重力对雪车所做的功WG=mgLsin 37°代入数据解得WG=6 000 J。
代入数据解得W=4 000 J。
(3)对运动员和雪车,设运动员质量为m0,从A到B的过程中,根据机械能守恒定律可得
解得vB=40 m/s。
1.(多物体系统机械能守恒)(2023安徽合肥第六中学高一期末)如图所示,轻质动滑轮下方悬挂重物A,轻质定滑轮下方悬挂重物B,悬挂滑轮的轻质细线竖直。开始时,重物A、B处于静止状态,释放后A、B开始运动。已知A、B的质量相等,假设摩擦阻力和空气阻力均忽略不计,重力加速度为g,当A的位移为h时,B的速度大小为(　　)
2.(多物体系统的机械能守恒)(多选)如图所示,A和B两个小球固定在一根轻杆的两端,mB>mA,此杆可绕穿过其中心的水平轴O无摩擦地转动。现使轻杆从水平位置无初速度释放,发现杆绕O沿顺时针方向转动,则杆从释放至转动90°的过程中(　　)A.B球的动能增大,机械能增大B.A球的重力势能和动能增大C.A球的重力势能和动能的增加量等于B球的重力势能的减少量D.A球和B球的总机械能守恒
解析 A球运动的速度增大,高度增大,所以动能和重力势能都增大,故A球的机械能增大;B球运动的速度增大,所以动能增大,高度减小,所以重力势能减小;对于两球组成的系统,只有重力做功,系统的机械能守恒,因为A球的机械能增大,故B球的机械能减小,故A球的重力势能和动能的增加量与B球的动能的增加量之和等于B球的重力势能的减少量。选项A、C错误,B、D正确。
3.(机械能守恒定律和动能定理的综合应用)(2023山东青岛二中高一期末)如图所示,在竖直平面内有一半径为R的四分之一圆弧轨道BC,与竖直轨道AB和水平轨道CD相切,轨道均光滑。现有长也为R的轻杆,两端固定质量均为m的相同小球a、b(可视为质点),用某装置控制住小球a,使轻杆竖直且小球b与B点等高,然后由静止释放,杆将沿轨道下滑。设小球始终与轨道接触,重力加速度为g。则(　　)A.下滑过程中小球a机械能增大B.下滑过程中小球b机械能守恒
解析 最终小球a、b都滑至水平轨道时(即小球a滑过C点后),速度相等,设为v,下滑过程中只有重力对小球a、b组成的系统做功,则根据机械能守恒
小球a做负功,对小球b做正功,所以小球a机械能减少,小球b机械能增加,故A、B错误。
4.(非质点类物体的机械能守恒问题)如图所示,一条长为L的柔软匀质链条,开始时静止在光滑梯形平台上,斜面上的链条长为x0,已知重力加速度为g,L