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高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律习题课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律习题课件ppt，共41页。PPT课件主要包含了课堂·要点解读，素养·目标定位，随堂训练，素养•目标定位，目标素养，答案A，ABC等内容，欢迎下载使用。
1.会分析动能定理与图像结合的问题。2.理解应用机械能守恒定律分析非质点类问题的方法。3.掌握功能关系问题的综合应用。
一 动能定理与图像问题的结合
知识讲解1.解决图像问题的基本步骤。(1)观察题目给出的图像,明确纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义。(2)根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式。
(3)将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比,找出图线的斜率、截距、图线的交点、图线与坐标轴围成的面积等所表示的物理意义,分析解答问题,或者利用数学方法求物理量。
2.图像所围“面积”和图像斜率的含义。
典例剖析【例1】如图所示,一物块由静止开始沿斜面向下滑动,最后停在水平地面上。斜面和地面平滑连接,且物块与斜面、物块与地面间的动摩擦因数均为常数。该过程中,物块的动能Ek与水平位移x关系的图像是( )
解析:设斜面倾角为θ,小物块的质量为m,物块与斜面间的动摩擦因数为μ1,物块与地面间的动摩擦因数为μ2,在小物块由静止开始沿斜面向下运动的过程中,当水平位移为x时,
整理得小物块的动能Ek与水平位移x的关系为Ek=(mgtan θ-μ1mg)x假设小物块到达斜面底端的动能为Ek0,此时小物块的水平位移为x0,在水平面上运动的过程中,由动能定理得-μ2mg(x-x0)=Ek-Ek0
整理得小物块的动能Ek与水平位移x的关系为Ek=Ek0+μ2mgx0-μ2mgx所以小物块的动能Ek与水平位移x关系的图像为正比关系和一次函数关系,选项A正确。规律总结 “四步走”分析动能定理与图像的综合问题第一步,明确图像的意义;第二步,挖掘图像的隐含条件;第三步,结合图像分析力的做功情况及动能变化情况;第四步,应用动能定理列方程求解或作出判断。
学以致用1.如图所示,一个质量为m的滑块在高度为h的斜面顶端由静止释放,滑块与斜面间动摩擦因数恒定,以水平地面为参考平面,则滑块滑至斜面底端时的动能Ek随斜面倾角θ变化的关系图像可能正确的是( )答案:A
逐渐减小,当重力沿斜面方向的分力小于等于最大静摩擦力时,有mgsin θ≤μmgcs θ,解得tan θ≤μ,此后继续减小θ,滑块都不再下滑,选项A正确。
二 应用机械能守恒定律分析非质点类问题
知识讲解1.绳索、链条或液体之类的物体的特点。在运动过程中,将发生形变,其重心位置相对于物体本身发生变化,因此不能再看作质点来处理。
2.绳索、链条或液体之类的物体的分析。(1)正确确定重心的位置。此类物体长度或位置发生变化,重心的位置相对于物体来说并不是固定不变的,正确确定重心的位置是解题的前提。(2)分段处理。一般情况下常常分段考虑各部分的重力势能,并用各部分的重力势能之和作为系统的总的重力势能。(3)参考平面的选取。可以任意选取,以处理问题方便为原则。
典例剖析【例2】如图所示,有一条长为1 m的均匀金属链条,有一半长度的链条在光滑的足够高的斜面上,斜面顶端是一个很小的圆弧,斜面倾角为30°,另一半长度的链条竖直下垂在空中,当链条从静止开始释放后链条滑动,g取10 m/s2,则链条刚好全部滑出斜面时的速度为( )
思路点拨:解答本题的思路流程:
学以致用2.如图所示,粗细均匀、两端开口的U形管内装有同种液体,管中液柱总长度为4h,开始时使两边液面高度差为h,后来让液体自由流动(不计空气阻力和液体与容器之间的阻力),当两液面高度相等时,右侧液面下降的速度为( )
解析:设管的横截面积为S,液体的密度为ρ,打开阀门后,液体开始运动,不计液体产生的摩擦阻力,液体机械能守恒,液体减
三 功能关系的综合应用
知识讲解1.功能关系概述。(1)不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的,做功的过程就是能量之间转化(或转移)的过程。(2)功是能量转化的量度。做了多少功,就有多少能量发生转化(或转移)。
2.功能关系的几种表达形式。
(1)功和能尽管存在对应关系,而且单位也相同,但功和能本质不同,功是过程量,是能量转化或转移的过程,而能是状态量,其变化通过做功来实现。(2)以系统为研究对象时,内力做功的过程同样是能量转化和转移的过程。
典例剖析【例3】(多选)如图所示,质量为m的物体(可视为质点)以某一速度从A点冲上倾角为30°的固定斜面,其运动的加速度大小为 g,此物体在斜面上上升的最大高度为h,则在这个过程中物体( )
名师点津 运用功能关系时应注意(1)牢记常见功和能的对应关系,如研究动能变化只看合力做了多少功;研究机械能的变化,只看除重力、弹力以外的力总共做了多少功。重力势能的变化只与重力做功有关。(2)各力做功的正负。(3)各种形式的能量分别是增加还是减少。
学以致用3.(多选)一质量为5 kg的物块,在竖直方向的拉力作用下运动的v-t图像如图所示,向上为运动的正方向,g取10 m/s2,下列说法正确的是( )A.第1 s末物块的动能为45 JB.前3 s内,物块的重力势能不变C.前6 s内,物块动能变化量为-10 JD.前6 s内,物块的重力势能一直增加答案:CD
1.一物体从地面由静止开始运动,取地面为参考平面,运动过程中重力对物体做功为W1,阻力对物体做功为W2,其他力对物体做功为W3,则该过程终态时( )A.物体的动能为W1+W2B.物体的重力势能为W1C.物体的机械能的改变量为W2+W3D.物体的机械能的改变量为W1+W2+W3答案:C
解析:根据动能定理得,物体的动能Ek=W1+W2+W3,选项A错误。重力做功等于重力势能的减少量,W1=0-Ep, 所以物体的重力势能为Ep=-W1,选项B错误。物体的机械能的改变量为除重力外的其他力做功,即ΔE=W2+W3,选项C正确,选项D错误。
2.(多选)如图所示是滑沙场地的一段斜面,其倾角为30°,设参加活动的人(示意图)和滑车总质量为m,人和滑车从距底端高为h处的顶端A沿滑道由静止开始匀加速下滑,加速度为0.4g,重力加速度为g,人和滑车可视为质点,则从顶端向下滑到底端B的过程中,下列说法正确的是( )A.人和滑车减少的重力势能全部转化为动能B.人和滑车获得的动能为0.8mghC.人和滑车减少的机械能为0.2mghD.人和滑车克服摩擦力做功为0.6mgh
解析:根据牛顿第二定律mgsin 30°-Ff=ma,解得Ff=0.1mg,下滑过程中,人和滑车的重力做正功,滑动摩擦力做负功,重力势能减少,转化为动能和内能,选项A错误。根据动能定理,人和滑车获得的动能为Ek=0.8mgh,选项B正确。根据功能关系,人和滑车减少的机械能等于人和滑车克服摩擦力做的功,即ΔE=Wf=0.2mgh,选项C正确,选项D错误。
3.质量为2 kg的物块放在粗糙水平面上,在水平拉力的作用下由静止开始运动,物块的动能Ek与其发生的位移x之间的关系如图所示。已知物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,重力加速度g取10 m/s2,则下列说法正确的是( )A.x=1 m时速度大小为2 m/sB.x=3 m时物块的加速度大小为2.5 m/s2C.在前4 m位移过程中拉力对物块做的功为9 JD.在前4 m位移过程中物块所经历的时间为2.8 s答案:D
解析:根据动能定理ΔEk=F合x可知,物体在两段运动中分别所受合力恒定,则物体做加速度不同的匀加速运动,由题图图像
4.(多选)在某一粗糙的水平面上,一质量为2 kg的物体在水平恒定拉力的作用下做匀速直线运动,当运动一段时间后,拉力逐渐减小,且当拉力减小到零时,物体刚好停止运动,图中给出了拉力随位移变化的关系图像。已知重力加速度g取10 m/s2,根据以上信息能精确得出或估算得出的物理量有( )A.物体与水平面间的动摩擦因数B.合力对物体所做的功C.物体做匀速运动时的速度D.物体运动的时间
解析:物体做匀速直线运动时,受力平衡,拉力F0与滑动摩擦力
线与坐标轴围成的面积可以估算力F做的功WF,而Wf=-μmgx,由此可求得合力对物体所做的功,及物体做匀速运动时的速度v,选项B、C正确。因为物体做变加速运动,所以运动时间无法求出,选项D错误。
5.如图所示,总长为L的光滑匀质铁链跨过一个光滑的轻质小滑轮,开始时下端A、B相齐平,当略有扰动时其一端下落,则当铁链刚脱离滑轮的瞬间,铁链的速度为多大?
1.会分析动能定理与图像结合的问题。2.理解应用机械能守恒定律分析非质点类问题的方法。3.掌握功能关系问题的综合应用。
一 动能定理与图像问题的结合
知识讲解1.解决图像问题的基本步骤。(1)观察题目给出的图像,明确纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义。(2)根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式。
(3)将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比,找出图线的斜率、截距、图线的交点、图线与坐标轴围成的面积等所表示的物理意义,分析解答问题,或者利用数学方法求物理量。
2.图像所围“面积”和图像斜率的含义。
典例剖析【例1】如图所示,一物块由静止开始沿斜面向下滑动,最后停在水平地面上。斜面和地面平滑连接,且物块与斜面、物块与地面间的动摩擦因数均为常数。该过程中,物块的动能Ek与水平位移x关系的图像是( )
解析:设斜面倾角为θ,小物块的质量为m,物块与斜面间的动摩擦因数为μ1,物块与地面间的动摩擦因数为μ2,在小物块由静止开始沿斜面向下运动的过程中,当水平位移为x时,
整理得小物块的动能Ek与水平位移x的关系为Ek=(mgtan θ-μ1mg)x假设小物块到达斜面底端的动能为Ek0,此时小物块的水平位移为x0,在水平面上运动的过程中,由动能定理得-μ2mg(x-x0)=Ek-Ek0
整理得小物块的动能Ek与水平位移x的关系为Ek=Ek0+μ2mgx0-μ2mgx所以小物块的动能Ek与水平位移x关系的图像为正比关系和一次函数关系,选项A正确。规律总结 “四步走”分析动能定理与图像的综合问题第一步,明确图像的意义;第二步,挖掘图像的隐含条件;第三步,结合图像分析力的做功情况及动能变化情况;第四步,应用动能定理列方程求解或作出判断。
学以致用1.如图所示,一个质量为m的滑块在高度为h的斜面顶端由静止释放,滑块与斜面间动摩擦因数恒定,以水平地面为参考平面,则滑块滑至斜面底端时的动能Ek随斜面倾角θ变化的关系图像可能正确的是( )答案:A
逐渐减小,当重力沿斜面方向的分力小于等于最大静摩擦力时,有mgsin θ≤μmgcs θ,解得tan θ≤μ,此后继续减小θ,滑块都不再下滑,选项A正确。
二 应用机械能守恒定律分析非质点类问题
知识讲解1.绳索、链条或液体之类的物体的特点。在运动过程中,将发生形变,其重心位置相对于物体本身发生变化,因此不能再看作质点来处理。
2.绳索、链条或液体之类的物体的分析。(1)正确确定重心的位置。此类物体长度或位置发生变化,重心的位置相对于物体来说并不是固定不变的,正确确定重心的位置是解题的前提。(2)分段处理。一般情况下常常分段考虑各部分的重力势能,并用各部分的重力势能之和作为系统的总的重力势能。(3)参考平面的选取。可以任意选取,以处理问题方便为原则。
典例剖析【例2】如图所示,有一条长为1 m的均匀金属链条,有一半长度的链条在光滑的足够高的斜面上,斜面顶端是一个很小的圆弧,斜面倾角为30°,另一半长度的链条竖直下垂在空中,当链条从静止开始释放后链条滑动,g取10 m/s2,则链条刚好全部滑出斜面时的速度为( )
思路点拨:解答本题的思路流程:
学以致用2.如图所示,粗细均匀、两端开口的U形管内装有同种液体,管中液柱总长度为4h,开始时使两边液面高度差为h,后来让液体自由流动(不计空气阻力和液体与容器之间的阻力),当两液面高度相等时,右侧液面下降的速度为( )
解析:设管的横截面积为S,液体的密度为ρ,打开阀门后,液体开始运动,不计液体产生的摩擦阻力,液体机械能守恒,液体减
三 功能关系的综合应用
知识讲解1.功能关系概述。(1)不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的,做功的过程就是能量之间转化(或转移)的过程。(2)功是能量转化的量度。做了多少功,就有多少能量发生转化(或转移)。
2.功能关系的几种表达形式。
(1)功和能尽管存在对应关系,而且单位也相同,但功和能本质不同,功是过程量,是能量转化或转移的过程,而能是状态量,其变化通过做功来实现。(2)以系统为研究对象时,内力做功的过程同样是能量转化和转移的过程。
典例剖析【例3】(多选)如图所示,质量为m的物体(可视为质点)以某一速度从A点冲上倾角为30°的固定斜面,其运动的加速度大小为 g,此物体在斜面上上升的最大高度为h,则在这个过程中物体( )
名师点津 运用功能关系时应注意(1)牢记常见功和能的对应关系,如研究动能变化只看合力做了多少功;研究机械能的变化,只看除重力、弹力以外的力总共做了多少功。重力势能的变化只与重力做功有关。(2)各力做功的正负。(3)各种形式的能量分别是增加还是减少。
学以致用3.(多选)一质量为5 kg的物块,在竖直方向的拉力作用下运动的v-t图像如图所示,向上为运动的正方向,g取10 m/s2,下列说法正确的是( )A.第1 s末物块的动能为45 JB.前3 s内,物块的重力势能不变C.前6 s内,物块动能变化量为-10 JD.前6 s内,物块的重力势能一直增加答案:CD
1.一物体从地面由静止开始运动,取地面为参考平面,运动过程中重力对物体做功为W1,阻力对物体做功为W2,其他力对物体做功为W3,则该过程终态时( )A.物体的动能为W1+W2B.物体的重力势能为W1C.物体的机械能的改变量为W2+W3D.物体的机械能的改变量为W1+W2+W3答案:C
解析:根据动能定理得,物体的动能Ek=W1+W2+W3,选项A错误。重力做功等于重力势能的减少量,W1=0-Ep, 所以物体的重力势能为Ep=-W1,选项B错误。物体的机械能的改变量为除重力外的其他力做功,即ΔE=W2+W3,选项C正确,选项D错误。
2.(多选)如图所示是滑沙场地的一段斜面,其倾角为30°,设参加活动的人(示意图)和滑车总质量为m,人和滑车从距底端高为h处的顶端A沿滑道由静止开始匀加速下滑,加速度为0.4g,重力加速度为g,人和滑车可视为质点,则从顶端向下滑到底端B的过程中,下列说法正确的是( )A.人和滑车减少的重力势能全部转化为动能B.人和滑车获得的动能为0.8mghC.人和滑车减少的机械能为0.2mghD.人和滑车克服摩擦力做功为0.6mgh
解析:根据牛顿第二定律mgsin 30°-Ff=ma,解得Ff=0.1mg,下滑过程中,人和滑车的重力做正功,滑动摩擦力做负功,重力势能减少,转化为动能和内能,选项A错误。根据动能定理,人和滑车获得的动能为Ek=0.8mgh,选项B正确。根据功能关系,人和滑车减少的机械能等于人和滑车克服摩擦力做的功,即ΔE=Wf=0.2mgh,选项C正确,选项D错误。
3.质量为2 kg的物块放在粗糙水平面上,在水平拉力的作用下由静止开始运动,物块的动能Ek与其发生的位移x之间的关系如图所示。已知物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,重力加速度g取10 m/s2,则下列说法正确的是( )A.x=1 m时速度大小为2 m/sB.x=3 m时物块的加速度大小为2.5 m/s2C.在前4 m位移过程中拉力对物块做的功为9 JD.在前4 m位移过程中物块所经历的时间为2.8 s答案:D
解析:根据动能定理ΔEk=F合x可知,物体在两段运动中分别所受合力恒定,则物体做加速度不同的匀加速运动,由题图图像
4.(多选)在某一粗糙的水平面上,一质量为2 kg的物体在水平恒定拉力的作用下做匀速直线运动,当运动一段时间后,拉力逐渐减小,且当拉力减小到零时,物体刚好停止运动,图中给出了拉力随位移变化的关系图像。已知重力加速度g取10 m/s2,根据以上信息能精确得出或估算得出的物理量有( )A.物体与水平面间的动摩擦因数B.合力对物体所做的功C.物体做匀速运动时的速度D.物体运动的时间
解析:物体做匀速直线运动时,受力平衡,拉力F0与滑动摩擦力
线与坐标轴围成的面积可以估算力F做的功WF,而Wf=-μmgx,由此可求得合力对物体所做的功,及物体做匀速运动时的速度v,选项B、C正确。因为物体做变加速运动,所以运动时间无法求出,选项D错误。
5.如图所示,总长为L的光滑匀质铁链跨过一个光滑的轻质小滑轮,开始时下端A、B相齐平,当略有扰动时其一端下落,则当铁链刚脱离滑轮的瞬间,铁链的速度为多大?
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