备战2019年高考物理高频考点解密专题06机械能及其守恒定律教学案.doc
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1、1专题 06 机械能及其守恒定律核心考点 考纲要求功和功率动能和动能定理重力做功与重力势能功能关系、机械能守恒定律及其应用p2kpk21kcoscs=1WFlPvtEmghvWE做 功 的 两 个 要 素公 式 :功 正 功 和 负 功功 的 计 算公 式 :基 本 概 念 功 率 额 定 功 率 和 实 际 功 率机 重 力 势 能 :势 能械 弹 性 势 能能 机 械 能 动 能 :及其 机 械 能 :守恒定律 动 能 定 理 恒 力 做 功 、 变 力 做 功适 用 条 件 直 线 运 动 、 曲 线 运 动基 本 规 律 k1pk2ppABGEE增 减机 械 能 守 恒 定 律 守 恒
2、 条 件 : 只 有 重 力 或 系 统 内 弹 力 做 功能 量 守 恒 定 律 :重 力 做 功 与 重 力 势 能 变 化 的 关 系2考点 1 动能定理及其应用一、动能1定义:物体由于运动而具有的能。2表达式: Ek=12mv2, v 是瞬时速度,动能的单位是焦耳(J)。3特点:动能是标量,是状态量。4对动能的理解:(1)相对性:选取不同的参考系,物体的速度不同,动能也不同,一般以地面为参考系。(2)状态量:动能是表征物体运动状态的物理量,与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应。(3)标量性:只有大小,没有方向;只有正值,没有负值。(4)动能变化量:物体动能的变化是末动能与初动能之
3、差,即 ,若 Ek0,表示物体的动能增加;若 Ek Ek2 E1 E2 B Ek1 Ek2 E1 Ek2 E1= E2 D Ek1 Ek2 E1= E2【答案】C62如图甲所示,在倾角为 30的足够长的光滑斜面 AB 的 A 处连接一粗糙水平面 OA, OA 长为 4 m。有一质量为 m 的滑块,从 O 处由静止开始受一水平向右的力 F 作用。 F 只在水平面上按图乙所示的规律变化。滑块与 OA 间的动摩擦因数 =0.25, g 取 10 m/s2,试求:(1)滑块运动到 A 处时的速度大小;(2)不计滑块在 A 处的速率变化,滑块冲上斜面 AB 的长度是多少?【答案】(1)5 2 m/s (
4、2)5 m 【 解 析 】 ( 1) 由 题 图 乙 知 , 在 前 2 m 内 , F1=2mg, 做 正 功 , 在 第 3 m 内 , F2=0.5mg, 做 负 功 , 在 第 4 m 内, F3=0,滑动摩擦力 Ff=mg =0.25mg,始终做负功,对于滑块在 OA 上运动的全过程,由动能定理得: F1x1+F2x2+Ffx= mv0即 2mg20.5mg10.25mg4=12mvA2解得 vA=5 m/s(2)对于滑块冲上斜面的过程,由动能定理得mgLsin 30=012mvA2,解得: L=5 m所以滑块冲上 AB 的长度为 L=5 m考点 2 机械能及其守恒定律的应用1推导物
5、体沿光滑斜面从 A 滑到 B。7(1)由动能定理: WG=Ek2Ek1。(2)由重力做功与重力势能的关系: WG=Ep1Ep2。结论:初机械能等于末机械能 Ep1+Ek1=Ep2+Ek2。2 内 容 : 在 只 有 重 力 或 弹 力 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 不 变。3表达式: Ep1+Ek1=Ep2+Ek2,即 E1=E2。4守衡条件:只有重力或弹力做功。5守恒条件的几层含义的理解(1)物体只受重力,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)只有弹力做功,只发生动能和弹性势能的
6、相互转化。如在光滑水平面上运动的物体碰到一个弹簧,和弹簧相互作用的过程中,对物体和弹簧组成的系统来说,机械能守恒。( 3) 物 体 既 受 重 力 , 又 受 弹 力 , 重 力 和 弹 力 都 做 功 , 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 和 弹 簧 相 互 作 用 的 过 程 中 , 对 物 体 和 弹 簧 组 成 的 系 统 来 说 , 机 械 能 守 恒。注意:从能量观点看:只有动能和势能的相互转化,无其他形式能量(如内能)之间的转化,则系统机械能守恒。从做功观点看:只有重力和系
7、统内的弹力做功。6机械能守恒的判断(1)利用机械能的定义判断(直接判断):若物体的动能、势能均不变,则机械能不变。若一个物体的动能不变、重力势能变化,或重力势能不变、动能变化或动能和重力势能同时增加(减小),其机械能一定变化。(2)用做功判断:若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功,虽受其他力,但其他力不做功,机械能守恒。(3)用能量转化来判断:若物体或系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化,则物体或系统的机械能守恒。(4)对多个物体组成的系统,除考虑外力是否只有重力做功外,还要考虑系统内力做功,如有滑动摩擦力做功时,因摩擦生热,系统的机械能将有损失。7机械能守恒定律的
8、三种表达形式及应用8(1)守恒观点表达式: Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或 E1=E2。意义:系统初状态的机械能等于末状态的机械能。注意问题:要先选取零势能参考平面,并且在整个过程中必须选取同一个零势能参考平面。(2)转化观点表达式: Ek= Ep。意义:系统的机械能守恒时,系统增加(或减少)的动能等于系统减少(或增加)的势能。(3)转移观点表达式: EA 增 = EB 减 。意义:若系统由 A、 B 两部分组成,当系统的机械能守恒时,则 A 部分机械能的增加量等于 B 部分机械能的减少量。8机械能守恒定律的应用技巧(1)机械能守恒是有条件的,应用时首先判断研究对象在所研究的过程中是否满足机
9、械能守恒的条件,然后再确定是否可以用机械能守恒定律。(2)如果系统(除地球外)只有一个物体,用守恒观点列方程较方便;对于由两个或两个以上的物体组成的系统,用转化或转移的观点列方程较为简便。9多个物体应用机械能守恒定律解题应注意的问题(1)对多个物体组成的系统要注意判断物体运动的过程中,系统的机械能是否守恒。(2)注意寻找连接各物体间的速度关系的连接物,如绳子、杆或者其他物体,然后在寻找几个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 EA 增 = EB 减 的形式。10用机械能守恒定律解决非质点问题在应用机械能守恒定律解决实际问题时,经常会遇到“铁链”、“水柱”等类的物体,其
10、在运动过程中,重心位置往往发生变化,形状也会发生变化,因此此类物体不再看作质点,物体虽然不看作质点来处理,但是因为只有重力做功,物体整体的机械能还是守恒的。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重心的位置,根据初、末状态物体重力势能的变化来列式求解。(2018浙江省温州市十五校联合体)如图所示是某公园中的一项游乐设施,它由弯曲轨道 AB、竖直圆 轨 道 BC 以 及 水 平 轨 道 BD 组 成 , 各 轨 道 平 滑 连 接 其 中 圆 轨 道 BC 半 径 R=1.0 m, 水 平 轨 道 BD 长 L=5.0 m, BD 段对小 车产生的摩擦阻力为车重的 0.3
11、倍,其余部分摩擦不计,质量为 2.0 kg 的小车(可视为质点)从 P 点以初速度 v0=2 m/s 沿着弯曲轨道 AB 向下滑动,恰好滑过圆轨道最高点,然后从 D 点飞入水池中,空气阻力不计,取 g=10 m/s2,求:9(1) P 点离水平轨道的高度 H;(2)小车运动到圆轨道最低点时对轨道的压力;(3)在水池中放入安全气垫 MN(气垫厚度不计),气垫上表面到水平轨道 BD 的竖直高度 h=1.25 m,气垫的左右两端 M、 N 到 D 点的水平距离分别为 2.0 m,3.0 m,要使小车能安全落到气垫上,则小车静 止释放点距水平轨道的高度 H应满足什么条件?【参考答案】(1)2.3 m
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