2021学年8.机械能守恒定律集体备课ppt课件

这是一份2021学年8.机械能守恒定律集体备课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了第1节功和功率，答案B，答案A，答案C，答案BC，答案D，答案BCD等内容，欢迎下载使用。

第1节 功和功率
例1.如图所示，小物块位于光滑的斜面上，斜面位于光滑水平地面上.从地面上看，在小物块沿斜面下滑过程中，斜面对小物块的作用力 ( )A.垂直于接触面，做功为零B.垂直于接触面，做功不为零C.不垂直于接触面，做功为零D.不垂直于接触面，做功不为零
【点拨】(1)弄清物体下滑过程中斜面的运动情况.(2)弄清物体的初末位置，确定物体的位移方向.(3)确定弹力方向，根据位移与力的夹角大小来判断功的正负.
【解析】解法一:根据功的定义W=Fscs α，为了求斜面对小物块的支持力所做的功，应找到小物块的位移.由于地面光滑，物块与斜面构成的系统在水平方向不受外力，在水平方向系统动量守恒.初状态系统水平方向动量为零，当物块有向左的动量时，斜面体必有水平向右的动量.根据图上关系可以确定支持力与物块位移夹角大于90°，斜面对物块做负功.应选B.解法二：本题物块从斜面上滑下来时，物块和斜面组成的系统机械能守恒，物块减少的重力势能转化为物块的动能和斜面体的动能，物块的机械能减少了，说明有除重力之外的斜面施加的力对它做了负功，即支持力对物块做了负功.
1. （2009·广东理科基础）物体在合外力作用下做直线运动的v-t图象如图所示.下列表述正确的是( )A.在0~1 s内，合外力做正功B.在0~2 s内，合外力总是做负功C.在1~2 s内，合外力不做功D.在0~3 s内，合外力总是做正功
【解析】根据物体的v-t图象可知，物体在0~1 s内做匀加速运动，合外力做正功，A正确；在1~3 s内做匀减速运动，合外力做负功.根据动能定理可知，在0~3 s内合外力做功为零.
例2. (2010·厦门模拟)如图所示，恒定的拉力大小F=8 N，方向与水平线夹角α=60°，拉着绳头使物体沿水平面移动d=2 m的过程中，求拉力做了多少功？
【点拨】恒力F是作用在绳的端点，根据公式W=Flcs α求力F的功，要先求出绳的端点位移l以及F与l之间的夹角.
例3.汽车发动机的功率为60 kW，汽车的质量为4 t，当它行驶在坡度为0.02(sin α=0.02)的长直公路上时，如图所示，所受摩擦阻力为车重的0.1倍(g=10 m/s2),求:(1)汽车所能达到的最大速度vmax.(2)若汽车从静止开始以0.6 m/s2的加速度做匀加速直线运动，则此过程能维持多长时间？(3)当汽车匀加速行驶的速度达到最大值时，汽车做功多少？
【点拨】(1)汽车达到最大速度时F牵=kmg+mgsinα.(2)汽车匀加速运动阶段，牵引力的功率增加，牵引力不变.(3)当功率达到额定功率时，汽车匀加速运动结束.
3. (2009·江南八校联考)一列火车在额定功率下由静止从车站出发，沿直线轨道运动，行驶5 min后速度达到30 m/s，设列车所受阻力恒定，则可以判断列车在这段时间内行驶的距离 ( )A. 一定大于4.5 km B. 可能等于4.5 kmC. 一定小于4.5 km D. 条件不足，无法确定
第2节 动能定理及其应用
例1. (2010·莆田模拟)如图所示，小球以大小为v0的初速度由A端向右运动，到B端时的速度减小为vB；若以同样大小的初速度由B端向左运动，到A端时的速度减小为vA.已知小球运动过程中始终未离开该粗糙轨道.比较vA 、vB的大小，正确的是 ( )A. vA>vB B. vA=vBC. vA1.如图所示，一物体在水平恒力作用下沿光滑的水平面做曲线运动，当物体从M点运动到N点时，其速度方向恰好改变了90°，则物体从M点到N点运动过程中，物体的动能将( )A.不断增大 B.不断减小C.先减小后增大 D.先增大后减小
【解析】物体在vM方向的速度变为零，说明物体受到的力在vM的反方向上有分力，同时物体受的力在垂直于vM向右的方向上也有分力，所以物体所受恒力的方向与vM的方向成钝角，故力对物体先做负功后做正功，物体的动能先减小后增加，故选C. 【答案】C
例2. (2009·宁夏)冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目，如图所示是比赛场地示意图.比赛时运动员从起滑架处推着冰壶出发，在投掷线AB处放手让冰壶以一定的速度滑出，使冰壶的停止位置尽量靠近圆心O.为使冰壶滑行得更远，运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面，使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小.设冰壶与冰面间的动摩擦因数为μ1=0.008，用毛刷擦冰面后动摩擦因数减少至μ2=0.004.在某次比赛中，运动员使冰壶C在投掷线中点处以2 m/s的速度沿虚线滑出.为使冰壶C能够沿虚线恰好到达圆心O点，运动员用毛刷擦冰面的长度应为多少？(g取10 m/s2)
2.一个物体从斜面上高h处由静止滑下并紧接着在水平面上滑行一段距离后停止，测得停止处相对开始运动处的水平距离为s，如图所示，不考虑物体滑至斜面底端的碰撞作用，并设斜面与水平面对物体的动摩擦因数相同.求动摩擦因数μ.
【剖析】准确找出力F作用的实际位移是解题的关键.
第3节 机械能守恒定律及其应用
例1.在如图所示的物理过程中，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，小球开始摆动.则关于这几个物理过程(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
【点拨】解答本题的关键是：(1)对于一个物体，首先用做功来判断机械能是否守恒.(2)对于一个系统，首先用能的转化来判断.(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的能.
【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.
【点拨】分析A、B系统的运动过程，确定机械能守恒的过程，对A、B系统和A、C系统分别列方程分析.
2. （2010·上海金山区测试）“蹦极运动”是勇敢者的运动，蹦极运动员将弹性长绳系在双脚上，弹性长绳的另一端固定在高处的跳台上.运动员从跳台上跳下后，会在空中上、下往复多次，最后停在空中.如果将运动员视为质点，忽略运动员起跳时的初速度和水平方向的运动，以运动员、长绳和地球作为一个系统，规定绳没有伸长时的弹性势能为零，以跳台处重力势能为零点，运动员从跳台上跳下后，以下说法中正确的是 （ ）A. 最后运动员停在空中时，系统的机械能最小B. 跳下后系统动能最大时刻的弹性势能为零C. 第一次下降到最低位置处，系统的动能为零、弹性势能最大D. 由于存在机械能损失，第一次反弹后上升的最大高度会低于跳台的高度
【解析】由题可知蹦极运动中运动员受重力、弹力及空气阻力的作用,由于空气阻力做负功,系统的机械能将减少.当停在空中时,系统的机械能最小,选项A正确;分析跳下后运动员的受力可知当其所受合外力为零时速度最大,动能最大.此时弹性绳处于伸长状态弹性势能不为零,选项B错误;当运动至最低点时,运动员的速度为零,动能为零,弹性绳最长.所以弹性势能亦最大，选项C正确;显然选项D的说法也是正确的.故选项A、C、D正确. 【答案】ACD
例.如图所示，在长为L的轻杆中点A和端点B各固定一质量均为m的小球，杆可绕无摩擦的轴O转动，使杆从水平位置无初速释放摆下.求当杆转到竖直位置时，轻杆对A、B两球分别做了多少功?
【剖析】杆的弹力并不一定沿杆的方向，当杆的弹力方向与物体速度方向不垂直时，可以对物体做功.
【错解】由于杆的弹力总垂直于小球的运动方向，所以轻杆对A、B两球均不做功.
第4节 功能关系 能量转化和守恒定律
【解析】由能量守恒，电动机做的功等于物体获得的动能和由于摩擦而产生的热量，故A错误；对物体受力分析知，仅有摩擦力对物体做功，由动能定理知，B错误；传送带克服摩擦力做功等于摩擦力与传送带对地位移的乘积，而易知这个位移是木块对地位移的两倍，即W=mv2，故C错误；由功率公式易知电动机增加的功率为μmgv，故D正确.
1. 如图所示，木块A放在木块B的左端，用恒力F将A拉至B的右端，第一次将B固定，F做功为W1，因摩擦生热为Q1；第二次让B可以在光滑地面上滑动，F做功为W2，因摩擦生热为Q2，则 ( )
A.W1＜W2，Q1= Q2B.W1= W2，Q1=Q2C.W1＜W2，Q1＜Q2D.W1= W2，Q1＜Q2
例2.如图所示,一物体质量m=2 kg，在倾角为θ=37°的斜面上的A点以初速度v0=3 m/s下滑.A点距弹簧上端B的距离AB=4 m.当物体到达B后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC=0.2 m，然后物体又被弹簧弹上去,弹到的最高位置为D点，D点距A点距离AD=3 m.挡板及弹簧质量不计,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,求:(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ.(2)弹簧的最大弹性势能Epmax.
【点拨】(1)由于摩擦力的存在，因此机械能不守恒，所以要用功能关系求解.(2)弹簧被压缩到最短时，具有最大弹性势能，即题目中的C点.
(2)由A到C的过程：动能减少ΔEk′=12mv20=9 J重力势能减少ΔEp′=mglAC·sin 37°=50.4 J.机械能的减少用于克服摩擦力做功Wf′=Ff·sAC=μmgcs 37°×sAC=35 J.由能的转化和守恒定律得:Epmax=ΔEk′+ΔEp′-Wf′=24.4 J.
2.如图所示，质量m=0.5 kg的小球从距地面高H=5 m处自由下落，到达地面恰能沿凹陷于地面的半圆形槽壁运动，半圆槽半径R=0.4 m.小球达到槽最低点时的速度为10 m/s，并继续沿槽壁运动直至从槽左端边缘飞出，竖直上升，落下后恰好又沿槽壁运动直至小槽右端边缘飞出，竖直上升、落下，如此反复几次，设摩擦力大小恒定不变，(g取10 m/s2)求:(1)小球第一次离槽上升高度h.(2)小球最多能飞出槽外几次？
【解析】（1）因为摩擦力大小恒定，所以克服摩擦力做功可表示为Ffs（s为小球沿槽运动的路程）对小球：由落下至到达最低点由动能定理得mg(H+R)-Ff πR= mv2 ①由落下至第一次上升至最高点由动能定理得mg(H-h)-FfπR=0 ② 联立以上各式，代入数据得h=4.2 m.（2）反复运动的过程中小球每次与槽接触过程中克服摩擦力做功恒定，即每次机械能的减少量恒定，每次离槽上升至最高点重力势能的减少量恒定，每次上升至最高点与下落时相比高度差恒定为Δh=5 m-4.2 m=0.8 m,因此最多能飞出槽的次数为n= =6次.
例.如图所示，轻质弹簧竖直放置在水平地面上，它的正上方有一金属块从高处自由下落，从金属块自由下落到第一次速度为零的过程中 ( )A. 重力先做正功，后做负功B. 弹力没有做正功C. 金属块的动能最大时，弹力与重力相平衡D. 金属块的动能为零时，弹簧的弹性势能最大
【错解】金属块自由下落，接触弹簧后开始减速，当重力等于弹力时，金属块速度为零.所以从金属块自由下落到第一次速度为零的过程中重力一直做正功，故A错误.而弹力一直做负功，故B正确.因为金属块速度为零时，重力与弹力相平衡，故C错误.金属块的动能为零时，弹力最大，所以形变最大，弹性势能最大，故D正确.
【剖析】对运动过程认识不清,无法正确判断运动性质.金属块做加速还是减速运动要根据合外力方向(即加速度方向)与速度方向的关系.
【正解】要确定金属块的动能最大位置和动能为零时的情况，就要分析它的运动全过程.为了弄清运动性质，要做好受力分析.可以从下图看出运动过程中的情景.
从图上可以看到在弹力FN＜mg时，a的方向向下，v的方向向下，金属块做加速运动.当弹力FN等于重力mg时，a=0加速停止，此时速度最大.故C正确.弹力方向与位移方向始终反向，所以弹力没有做正功，故B正确.重力方向始终与位移同方向，重力做正功，没有做负功，故A错误.速度为零时，恰是弹簧形变最大时，所以此时弹簧弹性势能最大，故D正确.所以B、C、D正确.
实验五 探究动能定理
例1.(2009·安徽)探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示，实验主要过程如下：
以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是 .A. 本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…….所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致.当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、……B. 小车运动中会受到阻力，补偿的方法为让使木板适当倾斜C. 某同学在一次实验中得到一条记录纸带.纸带上打出的点两端密、中间疏.出现这种情况的原因可能是没有使木板倾斜或倾角太小D. 根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算
【解析】本实验的目的是探究橡皮筋做的功与物体获得速度的关系.这个速度是指橡皮筋做功完毕时的速度，而不是整个过程的平均速度，所以D选项是错误的.【答案】D
例2.为了探究恒力作用时的动能定理，某同学做了如下实验，他让滑块在某一水平面上滑行，利用速度采集器获取其初速度v，并测量出不同初速度的最大滑行距离x，得到下表所示几组数据:
(1)一同学根据表中数据，作出x-v图象如图甲所示.观察该图象，该同学作出如下推理：根据x-v图象大致是一条抛物线，可以猜想x可能与v2成正比.请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想.
(2)根据你所作的图象，你认为滑块滑行的最大距离x与滑块初速度平方v2的关系是 .
【解析】(1)作出x-v2图线如图所示.
(2)由图可以看出，滑块滑行的最大距离x与滑块初速度平方v2成正比，即x∝v2.
【答案】(1)见解析 (2)x∝v2
例.探究能力是进行物理学研究的重要能力之一.物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能，转动动能的大小与物体转动的角速度有关.为了研究某一砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系，某同学采用了下述实验方法进行探索.如图所示，先让砂轮由动力带动匀速旋转，测得其角速度ω，然后让砂轮脱离动力，由于克服转轴间摩擦力做功，砂轮最后停下，测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n，通过分析实验数据得出结论.另外已测试砂轮转轴的直径为1 cm，转轴间的摩擦力为10N/π.经实验测得的几组ω和n如下表所示:
(1)计算出砂轮每次脱离动力的转动动能，并填入上表中.(2)由上述数据推导出该砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系式为 .(3)若测得脱离动力后砂轮的角速度为2.5rad/s，则它转过45圈时的角速度为 rad/s
【解析】(1)从脱离动力到最后停止转动，由动能定理得-Ff·n·πD=0-Ek0,即Ek0=nFfπD=0.1n,将n的不同数值代入可得到相应的转动动能如下
(2)观察数据特点可以归纳出该砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系式为Ek=2ω2.(3)若测得脱离动力后砂轮的角速度为2.5rad/s，则此时砂轮脱离时的动能Ek0=2ω2=12.5J.转过45圈时的动能为Ek=2ω′2,此过程摩擦力做功W=-Ff·n·πD=-4.5 J,再根据动能定理得W=Ek-Ek0,代入数据得ω′=2 rad/s.【答案】(1)见解析中表格 (2)Ek=2ω2 (3)2
实验六 验证机械能守恒定律
例.在用图所示的实验装置来验证机械能守恒定律时，下列看法中正确的是 （ ）A. 必须用秒表测出重物下落的时间B. 实验操作时，注意手提着纸带使重物靠近计时器，先接通计时器电源，然后松开纸带C. 如果打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，就会造成重力势能的变化小于动能的变化D. 验证时，可以不测量重物的质量或重力
【解析】因为实验中使用打点计时器，不需要测时间，A错误；打点计时器不竖直，重物下落时，其重力势能有一部分消耗在纸带摩擦上，造成重力势能的减少大于动能的增量，C错误；验证时，不必测量重物的质量或重力，D正确，由实验操作规程可知，B也正确. 【答案】BD
例.(2010·广东模拟)某同学利用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律.弧形轨道末端水平，离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为x.
(1)若轨道完全光滑，x2与h的理论关系应满足x2= .(用H、h表示)
(2)该同学经实验测量得到一组数据.如表所示：请在图所示的坐标纸上作出x2-h关系图.
(3)对比实验结果与理论计算得到的x2-h关系图线(图中已画出).自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率 (填“小于”或“大于”)理论值.
【解析】（1）由 可推得x2=4Hh (2)x2-h关系图线如图所示: