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    高中物理新教材同步必修第二册课件+讲义 第8章 专题强化 动能定理和机械能守恒定律的综合应用

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    人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律获奖课件ppt

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    高中物理新教材特点分析
    (一)趣味性强,激发学生学习兴趣 在新时代教育制度的改革深化下,学生对于物理课程内容的学习兴趣可以带动学生不断地进行探究。物理课程教学引入趣味性较高的新教材内容,充实物理课堂,引入信息技术,利用多媒体等新时代信息化的教学手段,利用更加直观、动态化的、可观察的教学手段,向学生们展示物理教学课程当中那些抽象的知识点,不断地吸引学生们的好奇心与兴趣力,让学生在物理课堂上能够充分感受到物理的魅力所在。(二)实践性高,高效落实理论学习 在现代化教育课程的背景之下,新课程改革理念越来越融入生活与学习的方方面面,新教材逐步的显现出强大影响力。(三)灵活性强,助力课程目标达成 随着教育制度体系的改革,通过新时代新教材内容的融入,教师不断地革新教学手段,整合线上以及线下的教育资源内容,可以为物理课堂增添新的活力与生机。
    探究重点 提升素养 / 专题强化练
    DONGNENGDINGLIHEJIXIENENGSHOUHENGDINGLVDEZONGHEYINGYONG
    专题强化 动能定理和机械能守恒 定律的综合应用
    1.知道动能定理与机械能守恒定律的区别,体会二者在解题时 的异同.2.能灵活运用动能定理和机械能守恒定律解决综合问题.
    一、动能定理和机械能守恒定律的比较
    如图,足够长的光滑斜面倾角为30°,质量相等的甲、乙两物块通过轻绳连接放置在光滑轻质定滑轮两侧,并用手托住甲物块.使两物块都静止,移开手后,甲物块竖直下落,当甲物块下降0.8 m时,求乙物块的速度大小(此时甲未落地,g=10 m/s2).请用机械能守恒定律和动能定理分别求解,并比较解题的难易程度.
    方法一 利用机械能守恒定律设甲、乙两物块质量均为m,物块甲下降h=0.8 m由于甲、乙两物块机械能守恒
    解得v=2 m/s故此时乙的速度大小为2 m/s
    方法二 利用动能定理设甲、乙两物块的质量都为m,甲下落0.8 m时两物块速度大小都为v
    由①②式联立解得,v=2 m/s故乙此时速度大小为2 m/s此题用机械能守恒定律解题更简单一些.
    二、动能定理和机械能守恒定律的综合应用
    动能定理和机械能守恒定律,都可以用来求能量或速度,但侧重点不同,动能定理解决物体运动,尤其计算对该物体的做功时较简单,机械能守恒定律解决系统问题往往较简单,两者的灵活选择可以简化运算过程.
    如图所示,一粗糙斜面AB与光滑圆弧轨道BCD相切,C为圆弧轨道的最低点,圆弧BC所对圆心角θ=37°.已知圆弧轨道半径为R=0.5 m,斜面AB的长度为L=2.875 m.质量为m=1 kg的小物块(可视为质点)从斜面顶端A点处由静止开始沿斜面下滑,从B点进入圆弧轨道,恰能通过最高点D.sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,重力加速度g=10 m/s2.求:(1)物块通过C、D点的速度大小;
    由题意知小物块沿光滑轨道从C到D且恰能通过最高点,在最高点D由牛顿第二定律有
    从C到D由机械能守恒定律得
    解得vC=5 m/s;
    在C点时由牛顿第二定律可得
    (2)物块经过C点时对圆弧轨道的压力大小FC;
    由牛顿第三定律得FC=FC′代入数据得FC=60 N
    对小物块从A经B到C过程,由动能定理有
    (3)物块与斜面间的动摩擦因数μ.
    代入数据得μ=0.25.
    如图所示,质量不计的硬直杆的两端分别固定质量均为m的小球A和B,它们可以绕光滑轴O在竖直面内自由转动.已知OA=2OB=2l,将杆从水平位置由静止释放.(重力加速度为g)(1)在杆转动到竖直位置时,小球A、B的速度大小分别为多少?
    小球A和B及杆组成的系统机械能守恒.设转到竖直位置的瞬间A、B的速率分别为vA、vB,杆旋转的角速度为ω,
    vA=2lω,vB=lω,则vA=2vB
    (2)在杆转动到竖直位置的过程中,杆对A球做了多少功?
    如图所示,曲面AB与半径为r、内壁光滑的四分之一细圆管BC平滑连接于B点,管口B端切线水平,管口C端正下方立一根轻弹簧,轻弹簧一端固定,另一端恰好与管口C端齐平.质量为m的小球(可视为质点)在曲面上某点由静止释放,进入管口B端时,上管壁对小球的作用力为mg(g为重力加速度).(1)求小球到达B点时的速度大小vB;
    小球在B点时,由牛顿第二定律可得
    (2)若释放点距B点的高度为2r,求小球在曲面AB上运动时克服阻力所做的功W;
    小球从被释放至滑到B点过程,由动能定理得
    (3)小球通过BC后压缩弹簧,压缩弹簧过程中弹簧弹性势能的最大值为Ep,求弹簧被压缩的最大形变量x.
    当弹性势能最大时,小球的速度为0,对小球从B点到最低点的过程,
    1.(2022·常州市高一期中)一跳台滑雪运动员在进行场地训练.某次训练中,运动员以30 m/s的速度斜向上跳出,空中飞行后在着陆坡的K点着陆.起跳点到K点的竖直高度差为60 m,运动员总质量(包括装备)为60 kg,g取10 m/s2.试分析(结果可以保留根号);(1)若不考虑空气阻力,理论上运动员着陆时的速度多大?
    不考虑空气阻力,运动员从起跳到着陆机械能守恒,
    运动员的飞行过程,根据动能定理有
    (2)若运动员着陆时的速度大小为44 m/s,飞行中克服空气阻力做功为多少?
    解得W克阻=4 920 J.
    2.如图所示为一电动遥控赛车(可视为质点)和它的运动轨道示意图.假设在某次演示中,赛车从A位置由静止开始运动,工作一段时间后关闭电动机,赛车继续前进至B点后水平飞出,赛车能从C点无碰撞地进入竖直平面内的圆形光滑轨道,D点和E点分别为圆形轨道的最高点和最低点.已知赛车在水平轨道AB段运动时受到的恒定阻力为0.4 N,赛车质量为0.4 kg,通电时赛车电动机的输出功率恒为2 W,B、C两点间高度差为0.45 m,赛道AB的长度为2 m,C与圆心O的连线与竖直方向的夹角α=37°,空气阻力忽略不计,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,取g=10 m/s2,求:
    赛车在BC间做平抛运动,
    (1)赛车通过C点时的速度大小;
    由(1)可知赛车通过B点时的速度v0=vCcs 37°=4 m/s
    (2)赛车电动机工作的时间;
    (3)要使赛车能通过圆轨道最高点D后沿轨道回到水平赛道EG,轨道半径R需要满足条件.
    3.(2022·江苏金陵中学高一开学考试)嘉年华上有一种回力球游戏,如图所示,A、B分别为一固定在竖直平面内的光滑半圆形轨道的最高点和最低点,半圆形轨道的半径为2h,B点距水平地面的高度为h,某人在水平地面C点处以某一初速度抛出一个质量为m的小球,小球恰好水平进入圆轨道内侧运动,小球经过B点时对轨道的压力9mg,继续沿半圆轨道内侧运动并恰好能过最高点A后水平抛出,回到水平地面D点(图中未画),若不计空气阻力,已知当地重力加速度为g,求:(1)小球在A点时的速度大小;
    (2)小球从C点抛出时的速度大小;
    小球恰好水平进入圆轨道内侧运动,小球经过B点时对轨道的压力9mg,由牛顿第三定律可得,小球经过B点时圆轨道对小球的支持力为9mg,
    (3)C、D两点之间的距离.
    小球从C点到B点的逆过程为平抛运动,
    则C、D两点之间的距离为xCD=xBC-xAD,
    4.(2021·西安市高新一中高一期中)如图所示,一游戏装置由安装在水平面上的固定轻质弹簧、竖直圆轨道(在最低点E分别与水平轨道EO和EA相连)、斜轨道AB组成,各部分平滑连接.某次游戏时,滑块从高为h=1.0 m的斜轨道AB端点B由静止释放,沿斜轨道下滑经过圆轨道后压缩弹簧,然后被弹出,再次经过圆轨道并滑上斜轨道,循环往复.已知圆轨道半径r=0.1 m,滑块质量m=20 g且可视为质点,CA长L1=0.4 m.EO长L2=0.3 m,滑块与AB、EO之间的动摩擦因数μ=0.5,滑块与其他轨道摩擦及空气阻力忽略不计,g取10 m/s2.求:
    (1)滑块第一次通过圆轨道最高点F时,轨道对滑块的支持力大小;
    在F点,设轨道对滑块的支持力大小为FN,对滑块有
    联立以上各式,代入数据解得轨道对滑块的支持力大小为FN=2.2 N;
    设斜轨道AB与CA间的夹角为θ,滑块从B点运动到F点,由动能定理有
    滑块从B点到弹簧压缩量最大的运动中,由动能定理可得mgh+Wf′+W弹=0又Wf′=-(μmgL1+μmgL2)弹簧获得的最大弹性势能Ep=-W弹.联立以上各式,代入数据解得Ep=0.13 J.
    (2)弹簧获得的最大弹性势能Ep.
    5.如图所示,竖直平面内有一半径R=0.5 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=0.5 kg的小球从B点正上方H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,D、Q间的距离s=2.4 m,球从D点飞出后的运动过程中相对于水平面上升的最大高度h=0.8 m,取g=10 m/s2,不计空气阻力,求:(1)小球释放点到B点的高度H;
    设小球在飞行过程中通过最高点P的速度为v0,P到D和P到Q可视为两个对称的平抛运动,
    可得v0=3 m/s,在D点有vy=gt=4 m/s,
    联立解得H=0.95 m.
    联立解得FN=34 N.
    (2)经过圆弧槽最低点C时轨道对小球的支持力大小FN.
    6.(2022·南京航空航天大学苏州附属中学高一期中)如图,半径R=0.5 m的光滑圆弧轨道ABC与足够长的粗糙轨道CD与C处平滑连接,O为圆弧轨道ABC的圆心,B点为圆弧轨道的最低点,半径OA、OC与OB的夹角分别为53°和37°.在高h=0.8 m的光滑水平平台上,一质量m=1.0 kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存了一定量的弹性势能Ep,若打开锁扣K,小物块将以一定的水平速度v0向右滑下平台,做平抛运动恰从A点沿切线方向进入圆弧轨道.已知物块与轨道CD间的动摩擦因数μ=0.8,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,求:
    (1)弹簧储存的弹性势能Ep;
    解得vy=4 m/s则小物块做平抛运动的初速度为v0=vytan 37°=3 m/s
    (2)物块经过B点时,对圆弧轨道压力FN的大小;
    代入数据解得FN′=68 N由牛顿第三定律知,对轨道的压力大小为FN=68 N;
    小物块从水平平台抛出到B点的过程,
    (3)物块在轨道CD上运动的路程s.(结果保留两位小数)

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