高中物理 第四章 機(jī)械能和能源 第5節(jié) 機(jī)械能守恒定律 2 機(jī)械能守恒條件的判斷學(xué)案 教科版必修2.doc
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高中物理 第四章 機(jī)械能和能源 第5節(jié) 機(jī)械能守恒定律 2 機(jī)械能守恒條件的判斷學(xué)案 教科版必修2.doc
機(jī)械能守恒條件的判斷一、考點(diǎn)突破:考點(diǎn)考綱要求題型說(shuō)明機(jī)械能守恒條件的判斷1. 理解機(jī)械能守恒定律的含義;2. 掌握機(jī)械能守恒的判斷方法。選擇題計(jì)算題本知識(shí)點(diǎn)是高考重點(diǎn)內(nèi)容,是高頻考點(diǎn),同時(shí)也是難點(diǎn),重點(diǎn)考查利用機(jī)械能守恒判斷物體運(yùn)動(dòng)的臨界點(diǎn),同時(shí)結(jié)合動(dòng)量守恒的條件進(jìn)行考查。這兩個(gè)條件由于從不同的角度出發(fā),但形式上很類似,故極易混淆。二、重難點(diǎn)提示: 重點(diǎn):掌握機(jī)械能守恒的判斷方法。難點(diǎn):利用機(jī)械能守恒條件分析問(wèn)題。一、對(duì)守恒條件的理解 (1)只受重力作用,例如在不考慮空氣阻力的情況下的各種拋體運(yùn)動(dòng),物體的機(jī)械能守恒。(2)受其他力作用,但其他力不做功,只有重力或系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功。(3)彈力做功伴隨著彈性勢(shì)能的變化,并且彈力做的功等于彈性勢(shì)能的減少量。二、機(jī)械能守恒的判斷方法(1)利用機(jī)械能的定義判斷(直接判斷):若物體動(dòng)能、勢(shì)能均不變,則機(jī)械能不變。若一個(gè)物體動(dòng)能不變、重力勢(shì)能變化,或重力勢(shì)能不變、動(dòng)能變化或動(dòng)能和重力勢(shì)能同時(shí)增加(減?。?,其機(jī)械能一定變化。(2)用做功判斷:若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈簧的彈力)做功,雖受其他力,但其他力不做功,機(jī)械能守恒。(3)用能量轉(zhuǎn)化來(lái)判斷:若物體或系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無(wú)機(jī)械能與其他形式的能轉(zhuǎn)化,則物體或系統(tǒng)機(jī)械能守恒。(4)對(duì)多個(gè)物體組成的系統(tǒng),除考慮外力是否只有重力做功外,還要考慮系統(tǒng)內(nèi)力做功,有滑動(dòng)摩擦力做功時(shí),因摩擦生熱,系統(tǒng)機(jī)械能將有損失。例題1 如圖所示,質(zhì)量、初速度大小都相同的A、B、C三個(gè)小球,在同一水平面上,A球豎直上拋,B球以傾斜角斜向上拋,空氣阻力不計(jì),C球沿傾斜角為的光滑斜面上滑,它們上升的最大高度分別為hA、hB、hC,則()A. hAhBhC B. hAhB<hCC. hAhB>hC D. hAhC>hB思路分析:對(duì)于A球和C球,當(dāng)?shù)竭_(dá)最高點(diǎn)時(shí),速度均會(huì)減為0,所以由動(dòng)能定理可得0mvmgh,所以hAhC,而當(dāng)B球上升到最高點(diǎn)時(shí),只有豎直方向的分速度減為0,水平方向速度保持不變,所以由動(dòng)能定理得mvmvmghB,所以hAhC>hB,故D正確。答案:D例題2 如圖,質(zhì)量分別為m和2m的兩個(gè)小球A和B中間用長(zhǎng)為2L的輕桿相連,在桿的中點(diǎn)O處有一固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸,把桿置于水平位置后由靜止釋放,在B球順時(shí)針擺動(dòng)到最低位置的過(guò)程中( )A. A、B兩球角速度大小始終相等B. 重力對(duì)B球做功的瞬時(shí)功率一直增大C. B球擺動(dòng)到最低位置時(shí)的速度大小為D. 桿對(duì)B球做正功,B球機(jī)械能不守恒思路分析:A、B兩球用輕桿相連,角速度大小始終相等,故A正確;在水平位置時(shí),重力對(duì)B球做功的瞬時(shí)功率為零,在豎直位置時(shí),B球的重力和速度方向垂直,重力對(duì)B球做功的瞬時(shí)功率也為零,因此,重力對(duì)B球做功的瞬時(shí)功率先變大后變小,故B錯(cuò)誤;由AB組成的系統(tǒng)中只有重力做功,故系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。設(shè)B球擺動(dòng)到最低位置時(shí)的速度為v,兩球角速度大小相等,半徑相等,所以兩者線速度也相等,應(yīng)用系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律,2mgLmgL=3mv2,解得,故C正確;假設(shè)桿對(duì)B球不做功,可得B球在最低點(diǎn)時(shí)的速度應(yīng)為,故桿對(duì)B球做負(fù)功,B球機(jī)械能不守恒,故D錯(cuò)誤。答案:AC例題3 如圖所示,固定的傾斜光滑桿上套有一個(gè)質(zhì)量為m的小球,小球與一輕質(zhì)彈簧一端相連,彈簧的另一端固定在地面上的A點(diǎn),已知桿與水平面之間的夾角,當(dāng)小球位于B點(diǎn)時(shí),彈簧與桿垂直,此時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)。現(xiàn)讓小球自C點(diǎn)由靜止釋放,在小球滑到桿底端的整個(gè)過(guò)程中,關(guān)于小球的動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈簧的彈性勢(shì)能,下列說(shuō)法正確的是( )A. 小球的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和保持不變B. 小球的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和先增大后減小C. 小球的動(dòng)能與彈簧的彈性勢(shì)能之和保持不變D. 小球的機(jī)械能與彈簧的彈性勢(shì)能之和保持不變思路分析:由題意可知,小球下滑過(guò)程中,只有重力和彈簧的彈力做功,故小球的動(dòng)能、重力勢(shì)能及彈簧的彈性勢(shì)能之和保持不變,即小球的機(jī)械能與彈簧的彈性勢(shì)能之和保持不變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確;小球從C點(diǎn)到B點(diǎn)過(guò)程中,彈性勢(shì)能先減小,然后增大,故小球的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和先增大后減小,選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤。故選BD。答案:BD【方法提煉】深層次理解守恒條件1. 機(jī)械能守恒的條件決不是合外力的功等于零,更不是合外力為零;“只有重力做功”不等于“只受重力作用”。2. 對(duì)于一些繩子突然繃緊、物體間碰撞等情況,除非題目特別說(shuō)明,否則機(jī)械能必定不守恒。3. 對(duì)于系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒,可以根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化進(jìn)行判斷。滿分訓(xùn)練:如圖所示,上表面有一段光滑圓弧的質(zhì)量為M的小車(chē)A置于光滑平面上,在一質(zhì)量為m的物體B自弧上端自由滑下的同時(shí)釋放A,則()A. 在B下滑的過(guò)程中,B的機(jī)械能守恒B. 軌道對(duì)B的支持力對(duì)B不做功C. 在B下滑的過(guò)程中,A和地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒D. A、B和地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒思路分析:A、B因B下滑時(shí)B對(duì)A有壓力,A對(duì)B有支持力。A向左滑動(dòng),水平方向發(fā)生位移,B對(duì)A做正功,A對(duì)B做負(fù)功,因而A、B各自的機(jī)械能不守恒。A、B和地球組成的系統(tǒng)由于沒(méi)有摩擦,只有重力做功,系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。答案:D