人教版高考物理一轮复习专题5机械能第3讲机械能守恒定律及其应用课件

这是一份人教版高考物理一轮复习专题5机械能第3讲机械能守恒定律及其应用课件，共58页。PPT课件主要包含了mgh，参考平面，减小增大，Ep1－Ep2，弹性形变，形变量，劲度系数，Ek2＋Ep2，－ΔEp，ΔEB减等内容，欢迎下载使用。

必 备 知 识·深 悟 固 基
一、重力势能1．定义：物体的重力势能等于它所受________与______的乘积．2．公式：Ep＝________．3．矢标性：重力势能是______量，但有正、负，其意义是表示物体的重力势能比它在__________上大还是小，这与功的正、负的物理意义不同．
4．特点(1)系统性：重力势能是________和________共有的．(2)相对性：重力势能的大小与__________的选取有关．重力势能的变化是______的，与参考平面的选取________．5．重力做功与重力势能变化的关系重力做正功时，重力势能________； 重力做负功时，重力势能______；重力做多少正(负)功，重力势能就____________多少，即WG＝________．
二、弹性势能1．定义：物体由于发生__________而具有的能．2．大小：弹性势能的大小与_______及__________有关，弹簧的形变量越大，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弹力做正功，弹性势能______；弹力做负功，弹性势能______．即弹簧恢复原长的过程中弹力做________，弹性势能________；形变量变大的过程中弹力做________，弹性势能________．
三、机械能守恒定律1．内容：在只有________或________做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持________．2．表达式(1)Ek1＋Ep1＝__________(要选零势能参考平面)．(2)ΔEk＝________(不用选零势能参考平面)．(3)ΔEA增＝________(不用选零势能参考平面)．
3．机械能守恒的条件只有________(或________)做功或虽有其他外力做功，但其他力做功的代数和________．
(1)重力势能是由物体和地球组成的系统所共有，但一般常叙述为物体的重力势能．(2)重力做功不引起物体机械能的变化．(3)单物体机械能守恒的条件是只有重力做功，而多物体(即系统)机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功，但这并不等于只受重力和弹力作用．
1．[重力势能]关于重力势能，下列说法中正确的是(　　)A．物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定B．物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大C．一个物体的重力势能从－5 J变化到－3 J，重力势能减少了D．重力势能的减少量等于重力对物体做的功【答案】D　
【解析】物体的重力势能与参考面有关，同一物体在同一位置相对不同的参考面时，重力势能不同，A错误；物体在零势能面以上，与零势能面的距离越大，重力势能越大，物体在零势能面以下，与零势能面的距离越大，重力势能越小，B错误；重力势能中的正、负号表示大小，－5 J的重力势能小于－3 J的重力势能，C错误；重力做的功度量了重力势能的变化，D正确．
2．[机械能守恒]在大型游乐场里，小明乘坐如图所示匀速转动的摩天轮，正在向最高点运动．对此过程，下列说法正确的是(　　)A．小明的重力势能保持不变B．小明的动能保持不变C．小明的机械能守恒D．小明的机械能减少【答案】B
3．[重力势能与重力做功的关系]将质量为100 kg的物体从地面提升到10 m高处，在这个过程中，下列说法正确的是(g取10 m/s2)(　　)A．重力做正功，重力势能增加1.0×104 JB．重力做正功，重力势能减少1.0×104 JC．重力做负功，重力势能增加1.0×104 JD．重力做负功，重力势能减少1.0×104 J【答案】C　【解析】WG＝－mgh＝－1.0×104 J，ΔEp＝－WG＝1.0×104 J，C正确．
4．[机械能守恒定律的应用]如图所示，质量为m的物体沿斜上方以速度v0抛出后，能达到的最大高度为h0，当它将要落到离地面高度为h的平台上时(不计空气阻力，取地面为参考平面)，下列判断正确的是(　　)
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1　机械能守恒定律的理解与应用　[基础考点]
1．对机械能守恒的判断(1)只有重力做功时，只发生动能和重力势能的相互转化．如自由落体运动、抛体运动等．(2)只有系统内弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化．如在光滑水平面上运动的物体碰到一个弹簧，物体和弹簧组成的系统在此过程中机械能守恒．
(3)只有重力和系统内弹力做功，只发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化．如自由下落的物体落到竖直的弹簧上，物体和弹簧组成的系统在此过程中机械能守恒．(4)除受重力(或系统内弹力)外，还受其他力，但其他力不做功或其他力做功的代数和为零，如物体在沿斜面向下的拉力F的作用下沿斜面向下运动，其拉力的大小与摩擦力的大小相等，在此运动过程中，其机械能守恒．
2．表达式说明：在处理单个物体机械能守恒问题时通常应用守恒观点和转化观点，转化观点不用选取零势能面；在处理连接体问题时，通常应用转化观点和转移观点，都不用选取零势能面．
例1　(2020年浙江名校联考)某高中兴趣小组成员设计出如图所示的实验．OA为一水平弹射器，弹射口为A．ABCD为一光滑曲杆，其中AB水平，BC为竖直杆(长度可调节)．CD为四分之一圆环轨道(各连接处均圆滑连接)，其圆心为O′，半径R＝0.2 m．D的正下方E开始向右水平放置一块橡皮泥板EF，长度足够长．现让弹射器弹射出一质量m＝0.1 kg的小环，小环从弹射口A射出后沿光滑曲杆运动到D处飞出，不计小环在各个连接处的能量损失和空气阻力．已知弹射器每次弹射出的小环具有相同的初速度．某次实验中小组成员调节BC高度h＝0.8 m，弹出的小环从D处飞出，现测得环从D处飞出时速度vD＝4 m/s，求：(g取10 m/s2)
(1)弹射器释放的弹性势能及小环在D处对曲杆轨道的压力；(2)小环落地点离E的距离(已知小环落地时与橡皮泥板接触后不再运动)；(3)若不改变弹射器弹性势能，改变BC间高度h在0～2 m之间，求小环下落在水平面EF上的范围．
1．如图所示，斜劈劈尖顶着竖直墙壁静止于水平面上，现将一小球从图示位置静止释放，不计一切摩擦，则在小球从释放到落至地面的过程中，下列说法正确的是(　　)A．斜劈对小球的弹力不做功B．斜劈与小球组成的系统机械能守恒C．斜劈的机械能守恒D．小球重力势能减小量等于斜劈动能的增加量【答案】B
2．(多选)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处有一水平固定转动轴，把杆置于水平位置后释放，在B球顺时针转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球和地球组成的系统机械能守恒B．A球的重力势能增加，动能也增加，A球和地球组成的系统机械能不守恒C．A球、B球和地球组成的系统机械能守恒D．A球、B球和地球组成的系统机械能不守恒 【答案】BC
考点2　多个物体机械能守恒定律的应用　[能力考点]
例2　如图所示，质量为m1的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，A和B都处于静止状态．一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮，一端连物体A，另一端连一轻挂钩．开始时，各段绳都处于伸直状态，A上方的一段绳沿竖直方向．现在挂钩上挂一质量为m3的物体C并从静止状态释放，已知它恰好能使B离开地面但不继续上升．若将C换成另一个质量为(m1＋m3)的物体D，仍从上述初始位置由静止状态释放，则这次B刚离地时D的速度大小是多少？(已知重力加速度为g)
深化理解 在挂钩上挂一质量为m3的物体后，能量是怎样转化的？“恰好能使B离开地面但不继续上升”有什么特别的意义？这两次弹簧的弹性势能的改变量是否相同？
解：开始时，A、B静止，设弹簧压缩量为x1，有kx1＝m1g，①挂C并释放后，C向下运动，A向上运动．设B刚要离地时弹簧伸长量为x2，有kx2＝m2g，②B不再上升，表示此时A和C的速度为零，C已降到其最低点．由于机械能守恒，与初始状态相比，弹簧弹性势能的增加量为ΔE＝m3g(x1＋x2)－m1g(x1＋x2)，③
1．(2021届安徽名校联考)如图所示，两个等高的长木板N、M靠在一起位于水平地面上，N固定在水平面上，其上表面光滑且左端固定一个轻弹簧，弹簧右端有质量为 m＝2 kg的滑块(未与弹簧拴接)．M长l＝12 m，质量为1 kg，上表面与右侧的台阶面平齐，其左端与台阶距离 d＝16 m．右侧台阶上固定着一个倾角θ＝37°的斜面，斜面末端与台阶面平滑连接．
2．(2021年福州月考)(多选)如图所示，一轻绳绕过无摩擦的两个轻质小定滑轮O1，O2和质量为m的小球连接，另一端与套在光滑直杆上质量也为m的小物块连接，已知直杆两端固定，与两定滑轮在同一竖直平面内，与水平面的夹角θ＝60°，直杆上C点与两定滑轮均在同一高度，C点到定滑轮O1的距离为L，重力加速度为g，
非质点类机械能守恒问题
(一)“液柱”类问题例3　打开水龙头，水顺流而下，仔细观察将会发现连续的水流柱的直径在流下的过程中，是逐渐减小的(即上粗下细)，设水龙头出口处半径为1 cm，安装在离接水盆75 cm高处，如果测得水在出口处的速度大小为1 m/s，g取10 m/s2，则水流柱落到盆中的半径(　　)A．1 cmB．0.75 cmC．0.5 cmD．0.25 cm【答案】C　
深 度 研 练·素 养 提 升
(二)“链条”类问题例4　(2021年泉州模拟)(多选)如图，一条全长为L、质量为m的匀质软绳拉直置于水平桌面边缘上，轻微扰动后使它从静止开始沿桌面边缘下滑，重力加速度为g，空气阻力与摩擦阻力均不计，下列说法正确的是(　　)
(三)“过山车”类问题例5　如图所示，露天娱乐场空中列车是由许多节完全相同的车厢组成的，列车先沿光滑水平轨道行驶，然后滑上一固定的半径为R的空中圆形光滑轨道，若列车全长为L(L＞2πR)，R远大于一节车厢的长度和高度，那么列车在运行到圆形光滑轨道前的速度至少要多大，才能使整个列车安全通过固定的圆形轨道(车厢间的距离不计)．