高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律4 机械能守恒定律图文ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律4 机械能守恒定律图文ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了课堂互动探究，课堂素养达标等内容，欢迎下载使用。

【主题一】动能定理的应用【生活情境】如图所示,风力发电与龙卷风。
【问题探究】风力发电是一种重要的节能方法,风力发电的效率与哪些因素有关?龙卷风给人类带来了极大的灾难,龙卷风为什么具有那么大的能量呢?提示:风力发电的效率跟风速、传动系统、发电机、叶片以及控制系统有关。龙卷风的旋转速度非常快,风速非常大。两种现象都跟速度有关。风具有动能。
【结论生成】1.动能的性质:(1)相对性:选取不同的参考系,物体的速度不同,动能也不同,一般以地面为参考系。(2)状态量:动能是表征物体运动状态的物理量,与物体的运动状态(或某一时刻的速度)相对应。(3)标量性:只有大小,没有方向;只有正值,没有负值。
2.动能定理的分析:(1)动能变化量:物体动能的变化是末动能与初动能之差,即ΔEk= (2)物理意义:若ΔEk>0,表示物体的动能增加;若ΔEk<0,表示物体的动能减少。
【典例示范】(2020·江苏高考)如图所示,一小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关系的图象是(　　)
【解析】选A。由题意可知,若设斜面倾角为θ,动摩擦因数为μ,则物块在斜面上下滑水平距离x时,根据动能定理有mgxtanθ-μmgcsθ· =Ek,整理可得(mgtanθ-μmg)x=Ek,即物块在斜面上运动时动能与x成线性关系;若物块运动到斜面底端时水平位移为x0,动能为Ek1,则小物块在水平地面运动时,根据动能定理有-μmg(x-x0)=Ek-Ek1,即物块在水平地面运动时动能与x也成线性关系;综上分析可知A正确。
【素养训练】1.物体在恒定阻力作用下,以某初速度在水平面上沿直线滑行直到停止。以a、Ek、x和t分别表示物体运动的加速度大小、动能、位移的大小和运动的时间。则以下各图像中,能正确反映这一过程的是(　　)
【解析】选C。物体在恒定阻力作用下运动,其加速度不随时间和位移变化,选项A、B错误;由动能定理得-fx=Ek-Ek0,解得Ek=Ek0-fx,可知选项C正确;Ek= mv2= m(v0-at)2= ma2t2-mv0at+ ,Ek与t的关系图线为抛物线,选项D错误。
2.2022年第二十四届冬奥会将在我国举办,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。某滑道示意图如图所示,长直助滑道AB与弯曲滑道BC平滑连接,滑道BC高h=10 m,C是半径R=20 m圆弧的最低点。质量m=60 kg的运动员从A处由静止开始匀加速下滑,加速度a=4.5 m/s2,到达B点时速度vB=30 m/s。取重力加速度g=10 m/s2。(1)求长直助滑道AB的长度L;(2)若不计BC段的阻力,画出运动员经过C点时的受力示意图,并求其所受支持力FN的大小。
【解析】(1)根据匀变速直线运动公式 =2aL,有L= =100 m。(2)运动员经过C点时的受力示意图如图所示。根据动能定理,运动员在BC段运动的过程中,有mgh= 根据牛顿第二定律,有FN-mg= 得FN=3 900 N。答案:(1)100 m　(2)见解析图　3 900 N
【主题二】机械能守恒定律的应用【生活情境】运动员投掷铅球,不计空气阻力。
【问题探究】铅球离开手之后,下落过程中,铅球的动能和势能之间怎样转化?提示:铅球的重力势能转化为动能,总的机械能保持不变。
【结论生成】1.机械能守恒的条件:(1)物体只受重力,只发生动能和重力势能的相互转化,如自由落体运动、抛体运动等。(2)只有弹力做功,只发生动能和弹性势能的相互转化。如在光滑水平面上运动的物体碰到一个弹簧,和弹簧相互作用的过程中,对物体和弹簧组成的系统来说,机械能守恒。(3)物体既受重力,又受弹力,重力和弹力都做功,发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化。如自由下落的物体落到竖直的弹簧上和弹簧相互作用的过程中,对物体和弹簧组成的系统来说,机械能守恒。
2.分析机械能守恒的两种角度:(1)从能量观点看:只有系统动能和势能相互转化,无其他形式能量(如内能)之间转化,则系统机械能守恒。(2)从做功观点看:只有重力和系统内的弹力做功。
【典例示范】如图所示,让摆球从图中A位置由静止开始下摆,正好到最低点B位置时线被拉断。设摆线长为l=1.6 m,B点与地面的竖直高度为h=6.4 m,不计空气阻力,求摆球着地时的速度大小。(g取10 m/s2)
【解析】在整个过程中只有重力做功,故机械能守恒mg[l(1-cs60°)+h]= mv2所以v= = m/s=12 m/s。答案:12 m/s
【素养训练】1.质量为m的物体,由静止开始下落,由于阻力作用,下落的加速度为 g,在物体下落h的过程中,下列说法不正确的是(　　)A.物体的动能增加了 mghB.物体的重力势能减少了mghC.物体机械能减少了 mghD.物体克服阻力所做的功为 mgh
【解析】选C。根据合力做功等于动能的变化,下落的加速度为 g,物体所受的合力为 mg,W合= mgh,所以物体的动能增加了 mgh,选项A正确;重力做功WG=mgh,重力做功等于重力势能的变化,所以重力势能减少了mgh,物体的动能增加了 mgh,则机械能减少了 mgh,选项B正确,C错误;物体受竖直向下的重力和竖直向上的阻力,下落的加速度为 g,根据牛顿第二定律得阻力为 mg,所以阻力做功Wf=-fh=- mgh,所以物体克服阻力所做的功为 mgh,选项D正确。
2.如图所示,质量为m的木块放在光滑的水平桌面上,用轻绳绕过桌边光滑的定滑轮与质量为2m的砝码相连,让绳拉直后使砝码从静止开始下降h的距离时砝码未落地,木块仍在桌面上,求此时砝码的速度大小以及轻绳对砝码做的功。
【解析】由题意知,砝码从静止开始下降h的过程中,两物体组成的系统机械能守恒,根据机械能守恒定律,系统减少的重力势能等于系统增加的动能,则2mgh= mv2+ ×2mv2解得v= 设轻绳对砝码做的功为W,对砝码根据动能定理有2mgh+W= ×2mv2-0解得W=- mgh答案: 　
1.两物体质量之比为1∶3,它们距离地面高度之比也为1∶3,让它们自由下落,它们落地时的动能之比为(　　)A.1∶3　　　B.3∶1　　　C.1∶9　　　D.9∶1【解析】选C。只有重力做功,机械能守恒。取地面为零势能面,则落地时动能之比等于初位置重力势能之比,据Ep=mgh,有Ep1∶Ep2=1∶9,所以 Ek1∶Ek2=1∶9,C正确。
2.(多选)轻质弹簧竖直放在地面上,物块P的质量为m,与弹簧连在一起保持静止,现用竖直向上的恒力F使P向上加速运动一小段距离L时速度为v,则(　　)A.重力做功是-mgLB.合力做的功是 mv2-mgLC.合力做的功是FL-mgL　D.弹簧弹力做的功是mgL-FL+ mv2
【解析】选A、D。P向上加速运动一小段距离L,重力做功为WG=-mgL,根据动能定理合力做功为W合= mv2-0= mv2,因为W合=FL-mgL+W弹,所以W弹=mgL-FL+ mv2,故A、D正确。
3.(多选)在平直公路上,汽车由静止开始做匀加速运动,当速度达到vm后立即关闭发动机直到停止,v-t图像如图所示。设汽车的牵引力为F,摩擦力为Ff,全过程中牵引力做功W1,克服摩擦力做功W2,则(　　)A.F∶Ff=1∶3　　　　 B.F∶Ff=4∶1C.W1∶W2=1∶1D.W1∶W2=1∶3
【解析】选B、C。全过程初、末状态的动能都为零,对全过程应用动能定理得W1-W2=0①即W1=W2,选项C正确;设汽车在0～1 s内和1～4 s内运动的位移大小分别为s1、s2,则W1=Fs1②W2=Ff(s1+s2)③在v-t图像中,图像与时间轴包围的面积表示位移,由图像可知,s2=3s1④由②③④式解得F∶Ff=4∶1,选项B正确。
4.在温州市科技馆中,有个用来模拟天体运动的装置,其内部是一个类似锥形的漏斗容器,如图甲所示。现在该装置的上方固定一个半径为R的四分之一光滑管道AB,光滑管道下端刚好贴着锥形漏斗容器的边缘,如图乙所示。将一个质量为m的小球从管道的A点静止释放,小球从管道B点射出后刚好贴着锥形容器壁运动,由于摩擦阻力的作用,运动的高度越来越低,最后从容器底部的孔C掉下(轨迹大致如图乙虚线所示),已知小球离开C孔的速度为v,A到C的高度为H,重力加速度为g。求:
(1)小球到达B端的速度大小。(2)小球在管口B端受到的支持力大小。(3)小球在锥形漏斗表面运动的过程中克服摩擦阻力所做的功。