【物理】2018届人教版第5章第3节机械能守恒定律教案

【物理】2018届人教版第5章第3节机械能守恒定律教案

第3节　机械能守恒定律 考点一| 重力势能、弹性势能及机械能守恒的判断 ‎1．重力做功与重力势能 ‎(1)重力做功的特点 重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关．‎ ‎(2)重力做功与重力势能变化的关系 ‎①定性关系：重力对物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负功，重力势能就增加．‎ ‎②定量关系：物体从位置A到位置B时，重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量，即WG＝－ΔEp.‎ ‎③重力势能的变化量是绝对的，与参考面的选取无关．‎ ‎2．弹性势能 ‎(1)定义 发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有弹力的相互作用而具有的势能．‎ ‎(2)弹力做功与弹性势能变化的关系 ‎①弹力做功与弹性势能变化的关系类似于重力做功与重力势能变化的关系．‎ ‎②对于弹性势能，一般物体的弹性形变量越大，弹性势能越大．‎ ‎3．机械能 动能、重力势能和弹性势能统称为机械能．‎ ‎4．机械能守恒定律 内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变．‎ ‎5．机械能守恒的条件 ‎(1)系统只受重力或弹簧弹力的作用，不受其他外力．‎ ‎(2)系统除受重力或弹簧弹力作用外，还受其他内力和外力，但这些力对系统不做功．‎ ‎(3)系统内除重力或弹簧弹力做功外，还有其他内力和外力做功，但这些力做功的代数和为零．‎ ‎(4)系统跟外界没有发生机械能的传递，系统内外也没有机械能与其他形式的能发生转化．‎ ‎　(2016·浙江10月学考)如图531所示，无人机在空中匀速上升时，不断增加的能量是(　　)‎ 图531‎ A．动能 B．动能、重力势能 C．重力势能、机械能 D．动能、重力势能、机械能 C　[动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，机械能为两者之和，题目中无人机匀速上升，速度不变，高度增加，因此动能不变，重力势能增加，机械能增加．故选C.]‎ ‎1．关于重力势能的几种理解，正确的是(　　)‎ A．重力势能的值与参考平面的选择有关 B．放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零 C．不同质量的物体，由于在同一地点，所以重力势能相等 D．因为重力势能是标量，所以只能取正值 A　[重力势能的值与参考平面有关，选定了参考平面后，物体处于比参考平面低处，其重力势能为负值，A正确．]‎ ‎2．关于重力做功，下列说法不正确的是(　　) 【导学号：81370205】‎ A．重力做正功，物体的重力势能一定减小 B．重力做负功，重力势能一定增加 C．重力做负功，可以说成物体克服重力做功 D．重力做正功，物体的动能一定增加 D　[重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势力增加，D符合题意．]‎ ‎3.如图532所示为蹦床运动员在空中表演的情景．在运动员从最低点开始反弹至即将与蹦床分离的过程中，蹦床的弹性势能和运动员的重力势能变化情况分别是(　　)‎ 图532‎ A．弹性势能减小，重力势能增大 B．弹性势能减小，重力势能减小 C．弹性势能增大，重力势能增大 D．弹性势能增大，重力势能减小 A　[当蹦床恢复原状时，运动员与蹦床分离，此过程中，蹦床的形变量减小，所以弹性势能减小；运动员的高度一直在增大，所以重力势能增大．A选项正确，B、C、D选项错误．]‎ ‎4.如图533所示，一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离．假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法不正确的是(　　)‎ 图533‎ A．运动员到达最低点前重力势能始终减小 B．蹦极绳张紧后的下落过程中，弹力做负功，弹性势能增加 C．蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒 D．蹦极过程中，重力势能的改变量与重力势能零点的选取有关 D　[运动员到达最低点前重力势能始终减小，选项A正确，不符合题意；蹦极绳张紧后的下落过程中，弹力做负功，由功能关系知，弹性势能增加，选项B正确，不符合题意；蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统只有动能和势能的转化，系统机械能守恒，选项C正确，不符合题意；蹦极过程中，重力势能的改变量与重力势能零点的选取无关，选项D错误，符合题意．]‎ ‎5.如图534所示，小明玩蹦蹦杆，在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化是(　　)‎ 图534‎ A．重力势能减少，弹性势能增大 B．重力势能增大，弹性势能减少 C．重力势能减少，弹性势能减少 D．重力势能不变，弹性势能增大 A　[弹簧向下压缩的过程中，弹簧压缩量增大，弹性势能增大；重力做正功，重力势能减少，故A正确．]‎ 考点二| 机械能守恒定律的应用 机械能守恒的三种表达式 ‎1．守恒观点 ‎(1)表达式：‎ Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E1＝E2.‎ ‎(2)意义：系统初状态的机械能等于末状态的机械能．‎ ‎(3)注意：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 ‎(1)表达式：ΔEk＝－ΔEp.‎ ‎(2)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 ‎(1)表达式：ΔEA增＝ΔEB减．‎ ‎(2)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．‎ ‎1.总质量约为3.8吨的“嫦娥三号”探测器在距月面‎3 m处关闭反推发动机，让其以自由落体方式降落在月球表面.4条着陆腿触月信号显示，“嫦娥三号”完美着陆月球虹湾地区．月球表面附近重力加速度约为‎1.6 m/s2，4条着陆腿可视作完全相同的四个轻弹簧，在软着陆后，每个轻弹簧获得的弹性势能大约是 ‎(　　)‎ 图535‎ A．28 500 J　　　　 B．4 560 J C．18 240 J D．9 120 J B　[设每个轻弹簧获得的弹性势能为Ep，由机械能守恒定律可得：mgh＝4Ep，故Ep＝mgh＝4 560 J，故B正确．]‎ ‎2．在同一位置以相同的速率把三个小球分别沿水平、斜向上、斜向下方向抛出，不计空气阻力，则落在同一水平地面时的速度大小(　　)‎ A．一样大 B．水平抛的最大 C．斜向上抛的最大 D．斜向下抛的最大 A　[由机械能守恒定律mgh＋mv＝mv知，落地时速度v2的大小相等，故A正确．]‎ ‎3.如图536所示，在轻弹簧的下端悬挂一个质量为m的小球A，若将小球A 从弹簧原长位置由静止释放，小球A能够下降的最大高度为h.若将小球A换为质量为‎2m的小球B，仍从弹簧原长位置由静止释放，已知重力加速度为g，不计空气阻力，则小球B下降h时的速度为(　　)‎ 图536‎ A.　　　　　　　　 B. C. D．0‎ B　[对弹簧和小球A，根据机械能守恒定律得弹性势能Ep＝mgh；对弹簧和小球B，根据机械能守恒定律有Ep＋×2mv2＝2mgh，得小球B下降h时的速度v＝，只有选项B正确．]‎ ‎4.如图537所示，在高‎1.5 m的光滑平台上有一个质量为‎2 kg的小球被一细线拴在墙上，球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧．当烧断细线时，小球被弹出，小球落地时的速度方向与水平方向成60°角，则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g取‎10 m/s2)(　　)‎ 图537‎ A．10 J B．15 J　　　　‎ C．20 J　　　　 D．25 J A　[由h＝gt2，tan 60°＝可得v0＝ m/s.由小球被弹射过程中，小球和弹簧组成的系统机械能守恒得，Ep＝mv＝10 J，故A正确．]‎ ‎5.如图538所示，竖直平面内的一半径R＝‎0.50 m的光滑圆弧槽BCD，B点与圆心O等高，一水平面与圆弧槽相接于D点，质量m＝‎0.10 kg的小球从B点正上方H＝‎0.95 m高处的A点自由下落，由B点进入圆弧轨道，从D 点飞出后落在水平面上的Q点，DQ间的距离x＝‎2.4 m，球从D点飞出后的运动过程中相对水平面上升的最大高度h＝‎0.80 m，g取‎10 m/s2，不计空气阻力，‎ 图538‎ 求：‎ ‎(1)小球经过C点时轨道对它的支持力大小FN；‎ ‎(2)小球经过最高点P的速度大小vP；‎ ‎(3)D点与圆心O的高度差hOD.‎ ‎【解析】　(1)设经过C点时速度为v1，由机械能守恒有mg(H＋R)＝mv 由牛顿第二定律有FN－mg＝ 代入数据解得FN＝6.8 N.‎ ‎(2)P到Q做平抛运动有h＝gt2，＝vPt 代入数据解得vP＝3.0 m/s.‎ ‎(3)由机械能守恒定律，有mv＋mgh＝mg(H＋hOD)，代入数据，解得hOD＝‎0.30 m.‎ ‎【答案】　(1)6.8 N　(2)3.0 m/s　(3)0.30 m