2019届二轮复习8机械能守恒和能量守恒定律课件(21张)
第
8
讲 机械能守恒和能量守恒定律
-
2
-
机械能守恒定律解决实际问题
【典题
1
】
(2018
年
3
月台州选考质量评估
)
蹦极是一项极限活动。如图所示
,
游客站在平台上
,
用橡皮绳固定住身体后由静止下落
,
触地前弹起
,
然后反复弹起落下。不计空气阻力和橡皮绳的质量
,
在第一次下落过程中
(
)
A.
游客一直处于完全失重状态
B.
橡皮绳刚绷紧时
,
游客的动能最大
C.
游客的机械能先保持不变
,
后逐渐减小
D.
游客下落到最低点时
,
橡皮绳的弹性势能大于游客减少的重力势能
答案
:
C
-
3
-
解析
:
游客先加速失重
,
后减速超重
,
故
A
错误
;
橡皮绳刚绷紧时
,
拉力仍小于重力
,
仍向下加速
,
直到拉力等于重力后才开始减速
,
故
B
错误
;
橡皮绳刚绷紧前
,
游客做自由落体运动
,
机械能守恒
;
橡皮绳绷紧后
,
游客机械能开始转化为橡皮绳弹性势能
,
游客机械能越来越小
,
故
C
正确
;
最低点处游客的动能为
0,
而游客和橡皮绳组成的系统机械能守恒
,
所以游客重力势能全部转化为橡皮绳弹性势能
,
二者变化量相等
,
故
D
错误。
-
4
-
解题技法
(1)
系统不包括弹簧
(
或橡皮绳
)
时
,
弹簧
(
或橡皮绳
)
的弹力对系统做功
,
系统机械能要发生变化
;
系统包括弹簧
(
或橡皮绳
)
时
,
弹簧
(
或橡皮绳
)
的弹性势能包含在系统的机械能中。
(2)
绳牵引物体转动
,
绳的拉力与速度方向始终垂直
,
不做功。
(3)
系统机械能守恒时无摩擦力做功。摩擦力做功会产生热量
,
不能再完全转化为机械能。
-
5
-
当堂练
1
质量为
m
的物体以速度
v
0
离开桌面
,
如图所示
,
当它经过
A
点时
,
所具有的机械能是
(
以桌面为参考平面
,
不计空气阻力
)(
)
答案
解析
解析
关闭
答案
解析
关闭
-
6
-
能量守恒定律解决实际问题
【典题
2
】
人们为了探索月球表面的物理环境
,
在地球上制造了月球探测车。假设
,
月球探测车质量为
2
.
0
×
10
2
kg,
在充满电的情况下
,
探测车在地球上水平路面最大的运动距离为
1
.
0
×
10
3
m,
探测车运动时受到地表的阻力为车重
的
,
且探测车能以恒定功率
1
.
6
×
10
3
W
运动
(
空气阻力不计
)
。登月后
,
探测车在一段水平路面上以相同的恒定功率从静止启动
,
经过
50 s
达到最大速度
,
最大速度值为
12 m/s,
此时发现在探测车正前方
6.9×10
3
m
处有一凸起的小高坡
,
坡顶高为
24 m
。已知地球表面的重力加速度
g
取
10 m/s
2
,
月球表面重力加速度为地球
的
。
试求
:
(1)
月球探测车电板充满电后的总电能
;
(2)
月球表面水平路面对探测车的阻力与车重的比例系数
;
(3)
假设探测车在爬上小高坡过程中需要克服摩擦阻力做功
1
.
2
×
10
4
J,
请分析判断探测车能否爬到坡顶。
-
7
-
答案
:
(1)1
×
10
6
J
(2)0
.
4
(3)
不能
解析
:
(1)
总电能
E=
μ
mg
·
s
= =
1
×
10
6
J
(2)
在月球上有
P=
μ
'mg'
·
v
m
,
可得
μ
'=
0
.
4
(3)
达到最大速度时
,
月球车剩下的电能
E
1
=E-Pt=
9
.
2
×
10
5
J
达到最大速度时
,
月球车可用能量为
月球车从此处到达小高坡顶端需要的最小能量
E
3
=
μ
'mg'
·
x+mg'h+W
克
f
=
9
.
4
×
10
5
J
由于
E
2
Q
乙
,
所以将小物体传送到
B
处
,
两种传送带消耗的电能甲更多
,
故
C
正确
,D
错误。
-
14
-
解题
技法
解决该题关键要能够对物块进行受力分析
,
运用运动学公式和牛顿第二定律找出加速度和摩擦力的关系。注意传送带消耗电能和摩擦生热的关系及求法。
-
15
-
当堂练
3
如图所示
,
质量
m=
0
.
5 kg
的小物块从
A
点沿竖直光滑的圆弧轨道
,
以
v
A
=
2 m/s
的初速度滑下
,
圆弧轨道的半径
R=
0
.
25 m,
末端
B
点与水平传送带相切
,
物块由
B
点滑上粗糙的传送带。当传送带静止时
,
物块滑到传送带的末端
C
点后做平抛运动
,
落到水平地面上的
D
点
,
已知
C
点到地面的高度
h=
5 m,
C
点到
D
点的水平距离
x
1
=
1 m,
g
取
10 m/s
2
。求
:
(1)
物块滑到圆弧轨道底端时对轨道的压力。
(2)
物块与传送带之间产生的内能。
(3)
若传送带顺时针匀速转动
,
则物块最后的落地点可能不在
D
点。试讨论物块落地点到
C
点的水平距离
x
与传送带匀速运动的速度的关系。
答案
:
(1)23 N,
方向竖直向下
(2)2 J
(3)
见
解析
-
16
-
解析
:
(1)
物块从
A
到
B
的过程中
,
由牛顿第三定律得
,
物块对轨道的压力
F'=
23
N,
方向竖直向下。
-
17
-
弹簧相关问题
【典题
4
】
如
图所示
,
小球在竖直向下的力
F
作用下
,
将竖直轻弹簧压缩
,
若将力
F
突然撤去
,
小球将向上弹起并离开弹簧
,
直到速度为零时为止。不计空气阻力
,
则小球在上升过程中
(
)
A.
小球的动能先增大后减小
,
弹簧弹性势能转化成小球的动能
B.
小球在离开弹簧时动能达到最大值
C.
小球动能最大时弹簧弹性势能为零
D.
小球、弹簧与地球组成的系统机械能守恒
答案
:
D
-
18
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解析
:
撤去外力刚开始的一段时间内
,
小球受到的弹力大于重力
,
合力向上
,
小球向上加速运动
,
随着弹簧形变量的减小
,
弹力减小
,
后来弹力小于重力
,
小球做减速运动
,
离开弹簧后
,
小球仅受重力作用而做竖直上抛运动。由此可知
,
小球的动能先增大后减小
,
弹簧弹性势能转化为小球的动能和重力势能
,
故
A
错误。由
A
分析可知
,
小球先做加速度减小的加速运动
,
当弹力等于重力时
,
a=
0,
速度最大
,
动能最大
,
此后弹力小于重力
,
小球做加速度增大的减速运动
,
直到弹簧恢复原长时
,
小球飞离弹簧
,
故小球在离开弹簧时动能不是最大
,
小球动能最大时弹性势能不为零
,
故
B
、
C
错误。在整个运动过程中
,
小球、弹簧与地球组成的系统只有重力与弹力做功
,
系统机械能守恒
,
故
D
正确。
-
19
-
解题技法
解决本题的关键是会通过物体的受力判断物体的运动
,
知道弹力和重力相等时
,
速度最大。理解好机械能守恒的条件是
:
只有重力或弹力做功
,
但是有弹力做功时是物体与弹簧组成的系统机械能守恒
,
单对物体或弹簧来说
,
机械能不守恒。这点可能是容易出错的地方。
-
20
-
当堂练
4
如图
,
小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上
,
刚接触轻弹簧的瞬间速度是
5 m/s,
接触弹簧后小球速度
v
和弹簧缩短的长度
Δ
x
之间关系如图所示
,
其中
A
为曲线的最高点。已知该小球重力为
2 N,
弹簧在受到撞击至压缩到最短的过程中始终发生弹性形变。下列说法不正确的是
(
)
A.
小球的动能先变大后变
小
B
.
小球速度最大时受到的弹力为
2 N
C.
小球的机械能先增大后
减小
D
.
小球受到的最大弹力为
12.2 N
答案
解析
解析
关闭
由题图可知
,
小球的速度先增大后减小
,
故小球的动能先增大后减小
,
故
A
正确
;
小球下落时
,
当重力与弹簧弹力平衡时小球的速度最大
,
故此时小球受到的弹力为
2 N,
所以
B
正确
;
在小球下落过程中至弹簧压缩最短时
,
只有重力和弹簧弹力做功
,
故小球与弹簧组成的系统机械能守恒
,
在压缩弹簧的过程中弹簧的弹性势能增加
,
故小球的机械能减小
,
故
C
错误
;
小球速度最大时
,
小球的弹力为
2 N,
此时弹簧的形变量为
0.1 m,
故可得弹簧的劲度系数
k=
20 N/m,
根据胡克定律知
,
小球受到的最大弹力为
F
max
=kx
max
=
20
×
0
.
61 N=12.2 N,
故
D
正确。
答案
解析
关闭
C
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21
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解题技法
本题考查学生对图象的认识
,
知道小球落在弹簧上后先做加速运动达到最大速度后再做减速运动
,
这是解决问题的根本
,
能根据速度最大的条件求得弹簧的劲度系数是关键。