上海市高三物理二輪復(fù)習(xí)講義第六單元機(jī)械能守恒定律

第六單元機(jī)械能守恒定律目錄TOC\o"13"\h\u第1講功、功率汽車啟動(dòng)問題 1第2講動(dòng)能定理及其應(yīng)用 10第3講機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用 17第4講實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 26第5講功能關(guān)系和能量守恒定律 31課標(biāo)要求:1.理解功和功率。了解生產(chǎn)生活中常見機(jī)械的功率大小及其意義。2.理解動(dòng)能和動(dòng)能定理。能用動(dòng)能定理解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象。3.理解重力勢(shì)能,知道重力勢(shì)能的變化與重力做功的關(guān)系。定性了解彈性勢(shì)能。4.通過實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。理解機(jī)械能守恒定律,體會(huì)守恒觀念對(duì)認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的重要性。能用機(jī)械能守恒定律分析生產(chǎn)生活中的有關(guān)問題。知識(shí)結(jié)構(gòu)第1講功、功率汽車啟動(dòng)問題內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】一、功1.概念一個(gè)物體受到力的作用,如果在力的方向上發(fā)生一段位移,我們就說這個(gè)力對(duì)物體做了功。(1)做功的兩個(gè)要素：①物體受到力,②物體在力的方向上發(fā)生__________。(2)功是__________量:有正、負(fù)值,沒有方向。2.公式W=(1)F為物體受到的作用力,s為__________發(fā)生的位移,α為力和位移方向間的夾角。(2)該公式只適用于恒力做功。3.正功和負(fù)功夾角功的正負(fù)意義0≤W力對(duì)物體做正功αW力對(duì)物體不做功90W力對(duì)物體做負(fù)功,或者說物體__________這個(gè)力做了功4.恒力做功(1)單個(gè)力做功：用W=(2)合外力做功:方法2:先求各個(gè)力做的功W1、W二、功率1.概念功與完成這些功所用時(shí)間的比值叫做功率。功率表征的是力做功的__________。2.公式(1)P=Wt,P(2)P=F?若v為平均速度,則P為平均功率。若v為瞬時(shí)速度,則P為瞬時(shí)功率。答案:一、一段位移標(biāo)力的作用點(diǎn)克服二、快慢比值F與v【問題情境舉隅】生產(chǎn)生活中的功上海洋山深水港大型吊裝機(jī)械將貨物吊起,并運(yùn)輸至指定位置;我國(guó)古代人們用來提水的機(jī)械——桔槔;游樂園里的滑梯上,孩子們從高處平臺(tái)沿滑梯下滑到底端;工人用力推動(dòng)包裏沿平臺(tái)移動(dòng),在B點(diǎn)時(shí)撤去外力,包裹落至水平地面上。常見做功的快慢在上海中心國(guó)際垂直馬拉松賽上,一運(yùn)動(dòng)員在有限的時(shí)間內(nèi),經(jīng)歷了3398級(jí)臺(tái)階的考驗(yàn),登上了552m的高空;舉重運(yùn)動(dòng)員在一定的時(shí)間內(nèi),將杜鈴舉起;汽車在路口由靜止開始加速啟動(dòng);復(fù)興號(hào)動(dòng)車組載著乘客沿鐵軌快速前進(jìn)。關(guān)鍵點(diǎn)撥做功正負(fù)的判斷【例題1】如圖,繴a放在光滑的水平面上,斜面光滑,將b物體從斜面頂端由靜止釋放,在下滑過程中,a對(duì)b的彈力做的功為W1,b對(duì)a的彈力做的功為W2課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥1】基本思路:根據(jù)力與位移方向間的夾角判斷。恒力做功的計(jì)算【例題2】如圖,在電梯中有一固定放置的傾角為θ的斜面,斜面上放置一個(gè)質(zhì)量為m的物體,兩者以相同的加速度a勻加速上升了高度?,且物體和斜面始終保持相對(duì)靜止,在這一過程中 ()A.斜面支持力對(duì)物體做的功為mB.斜面對(duì)物體的摩擦力做的功為mC.斜面對(duì)物體做功為ma?D.合力對(duì)物體做的功為ma?課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥2】基本思路：受力分析→找出位移→由力和位移夾角判斷功的正負(fù)→用W=變力做功的計(jì)算【例題3】如圖,擺球質(zhì)量為m,懸線的長(zhǎng)為L(zhǎng),把懸線拉到水平位置后放手。設(shè)在擺球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中空氣阻力F阻的大小不變,則 A.重力做功為?B.繩的拉力做功為0C.空氣阻力下F阻做功為D.空氣阻力下F阻做功為課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥3】變力做功的分析和計(jì)算:(1)力的大小不變,方向變化:使用“微元法”,將物體運(yùn)動(dòng)的軌跡微分成無(wú)數(shù)個(gè)長(zhǎng)度趨近零的小段,每一小段可近似看成直線,而每一小段中受到的變力也可近似看成恒力。(2)力的方向不變,大小均勻變化:使用“平均值法”,先求出力F的平均值F=(3)“圖像法”:F?(4)功率恒定：可用W=(5)根據(jù)動(dòng)能定理求變力做的功:W合機(jī)車啟動(dòng)問題【例題4】在平直路面上運(yùn)動(dòng)的汽車的額定功率為60kW,總質(zhì)量為5×103kg(1)汽車所能達(dá)到的最大速度vm(2)若汽車以額定功率啟動(dòng),當(dāng)車速v=2m/s時(shí),其加速度a(3)若汽車以0.5m/s課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥4】機(jī)車啟動(dòng)問題：恒定功率啟動(dòng)恒定加速度啟動(dòng)P?v?OA段過程分析va運(yùn)動(dòng)性質(zhì)加速度減小的加速直線運(yùn)動(dòng)勻加速直線運(yùn)動(dòng),維持時(shí)間tAB段過程分析F=fv運(yùn)動(dòng)性質(zhì)vm加速度減小的加速直線運(yùn)動(dòng)BC段運(yùn)動(dòng)性質(zhì)當(dāng)F=f以vm過關(guān)演練【經(jīng)典過關(guān)】1.如圖所示,質(zhì)量為m的物體相對(duì)靜止在傾角為θ的斜面上,斜面沿水平方向向右勻速移動(dòng)了距離l,物體相對(duì)斜面靜止,則 ()A.重力對(duì)物體做功為mglcos?θC.合力對(duì)物體做功為零 D.支持力對(duì)物體不做功2.如圖,在西部的偏遠(yuǎn)山區(qū),人們至今還通過“驢拉磨”的方式把小麥顆粒加工成粗面。假設(shè)驢拉磨的平均拉力大小F=300N,驢做圓周運(yùn)動(dòng)的等效半徑r=1.5m和,則驢拉磨轉(zhuǎn)動(dòng)一周所做的功約為A.2800J B.2200J C.1400J D.03.一個(gè)質(zhì)量為m的小球做自由落體運(yùn)動(dòng),那么,在前t秒內(nèi)重力對(duì)它做功的平均功率P及在t秒末重力做功的瞬時(shí)功率P分別為 ()A.P=mgC.P=124.某鐵路上運(yùn)行的動(dòng)車組列車共8節(jié)車廂,通常采用4動(dòng)4拖模式運(yùn)行(其中4節(jié)是動(dòng)力車廂)。設(shè)列車運(yùn)行過程中的阻力與其速率成正比,每節(jié)動(dòng)車均以相等的額定功率運(yùn)行,若列車在平直的軌道上采用4動(dòng)4拖模式勻速行駛的速率為v0,某時(shí)刻改為采用1動(dòng)7拖模式后,列車的速率v隨時(shí)間t的變化關(guān)系可能是 【綜合演練】上海中心是一座高層地標(biāo)式摩天大樓,樓高632m,共計(jì)127層,為中國(guó)第一高樓、世界第二高樓。從高空俯瞰,可以看到最美的上海全城風(fēng)光,令人心曠神怡。1.小李同學(xué)假期到上海中心游玩,他沿著樓梯向上攀登至51層,用時(shí)30min15s,若平均層高為4.7m,請(qǐng)估算小李在這個(gè)過程中克服重力做功為__________J,克服重力做功的平均功率為__________W。2.平均功率可以表示小李攀登時(shí)克服重力做功的__________,若用國(guó)際基本單位來表示功率的單位,可以寫成__________。3.到達(dá)51層后,小李決定乘坐電梯繼續(xù)往上。02s做勻加速運(yùn)動(dòng),2～6s做勻速運(yùn)動(dòng),6～8s做勻減速運(yùn)動(dòng)。整個(gè)過程,電梯對(duì)小李的支持力做功的功率一時(shí)間圖像,如題圖所示。若小李的體重為60kg,g第3題圖(1)2s末電梯的速度為__________m/s。(2)圖中的P1為__________W(3)在0～8s的過程中,電梯對(duì)小李做的功為__________J,請(qǐng)至少寫出一種計(jì)算方法。第2講動(dòng)能定理及其應(yīng)用內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】一、動(dòng)能1.定義物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能。2.公式:Ek3.單位:焦耳,1J=1N?m=1kg?4.標(biāo)矢性:動(dòng)能是標(biāo)量,且只有__________值。5.瞬時(shí)性:動(dòng)能與速度大小對(duì)應(yīng),是__________量。二、動(dòng)能定理1.內(nèi)容:__________對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的__________。2.表達(dá)式:W合3.物理意義合外力的功是動(dòng)能變化的量度。4.對(duì)動(dòng)能定理的理解(1)既適用于直線運(yùn)動(dòng),也適用于曲線運(yùn)動(dòng)。(2)既適用于__________力做功,也適用于__________力做功。(3)力可以是各種性質(zhì)的力,既可以同時(shí)作用,也可以不同時(shí)作用。(4)合外力做功是動(dòng)能變化的原因。5.注意事項(xiàng)(1)動(dòng)能定理中的位移和速度必須是相對(duì)于同一個(gè)參考系,一般以__________為參考系。(2)動(dòng)能定理是標(biāo)量式,解題時(shí)不能分解動(dòng)能。(3)要明確研究過程,抓住初、末狀態(tài)的速度和動(dòng)能。(4)要明確各力做功的正、負(fù),出合功。答案:一、瞬時(shí)正狀態(tài)二、合外力變化量恒變地面【問題情境舉隅】常見的動(dòng)能變化勻速行駛的汽車剎車減速,最終以較小速度經(jīng)過減速帶;蘇翊鳴在北京冬奧會(huì)上奪得單板滑雪男子坡面障礙技巧銀牌以及大跳臺(tái)金牌,成為中國(guó)首個(gè)單板滑雪冬奧冠軍;冰壸運(yùn)動(dòng)員推動(dòng)冰壸,放開后冰壸向前滑行;艦載機(jī)從航母上彈射加速起飛。動(dòng)能的利用水電站通過水流沖擊渦輪使之轉(zhuǎn)動(dòng),渦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電;《天工開物》中記載了我國(guó)古代的一種農(nóng)業(yè)機(jī)械一一水碾,通過水的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)碾輪的轉(zhuǎn)動(dòng);風(fēng)力發(fā)電是利用空氣流動(dòng)的動(dòng)能帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn),再驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電;玩具小車通過內(nèi)部的飛輪儲(chǔ)存動(dòng)能,小車釋放后飛輪動(dòng)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能。關(guān)鍵點(diǎn)撥動(dòng)能定理的簡(jiǎn)單應(yīng)用【例題1】如圖,斜面AB豎直固定放置,物塊從A點(diǎn)靜止釋放沿斜面下滑,最后停在水平面上的C點(diǎn),從釋放到停止的過程中克服摩擦力做的功為W。因斜面塌陷,斜面變成APD曲面,D點(diǎn)與B在同一水平面上,且在B點(diǎn)左側(cè)。已知各接觸面粗粘程度均相同,不計(jì)物塊經(jīng)過B、D處時(shí)的機(jī)械能損失,忽略空氣阻力,現(xiàn)仍將物塊從A點(diǎn)靜止釋放,則A.物塊將停在C點(diǎn)B.物塊將停在C點(diǎn)左側(cè)C.物塊從釋放到停止的過程中克服摩擦力做的功大于WD.物塊從釋放到停止的過程中克服摩擦力做的功小于W課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。。【點(diǎn)撥1】應(yīng)用動(dòng)能定理的基本思路用動(dòng)能定理求變力做功【例題2】如圖所示,粗糙程度處處相同的水平桌面上有一長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)桿,一端可繞豎直光滑軸O轉(zhuǎn)動(dòng),另一端與質(zhì)量為m的小木塊相連。木塊以水平初速度v0出發(fā),恰好能完成兩個(gè)完整的圓周運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過程中,木塊所受摩擦力的大小為 A.mv022πL B.mv課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥2】在一個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,若有變力做功,則無(wú)法用功的定義式計(jì)算,可用動(dòng)能定理求解。動(dòng)能定理在多過程問題中的應(yīng)用【例題3】質(zhì)量為m=0.1kg的可看成質(zhì)點(diǎn)的小滑塊由靜止釋放,下落?=0.8m后正好沿切線方向進(jìn)入半徑為R=0.2m(1)求滑塊剛進(jìn)入圓弧C點(diǎn)時(shí)的速度大小;(2)如果小滑塊運(yùn)動(dòng)到水平面上與A接近的B點(diǎn)時(shí)速度為10m/s(3)設(shè)水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.2,則小滑塊停止運(yùn)動(dòng)時(shí)距A課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥3】當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)包含多個(gè)不同過程時(shí),可分段應(yīng)用動(dòng)能定理求解;當(dāng)所求解的問題不涉及中間的速度時(shí),也可以全過程應(yīng)用動(dòng)能定理求解,這樣更簡(jiǎn)便。過關(guān)演練【經(jīng)典過關(guān)】1.如圖所示,質(zhì)量為m的物體從地面上方H高處無(wú)初速度釋放,落在地面后出現(xiàn)一個(gè)深度為?的坑,重力加速度為g,在此過程中 ()A.重力對(duì)物體做功為mgH B.重力對(duì)物體做功為mg?C.阻力對(duì)物體做功為?mg(H2.如圖所示,一半徑為R、粗糙程度處處相同的半圓形軌道豎直固定放置,直徑PQ水平。一質(zhì)量為m的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))從P點(diǎn)上方高為R處由靜止開始下落,恰好從P點(diǎn)進(jìn)入軌道。小球滑到軌道最低點(diǎn)N時(shí),對(duì)軌道的壓力大小為4mg,重力加速度為g。則 A.小球從P到N克服摩擦力做的功等于mgRB.小球從N到Q克服摩擦力做的功等于1C.小球恰好可以到達(dá)Q點(diǎn)D.小球一定可以沖出Q點(diǎn)3.一輛新能源汽車在平直高速公路上開啟高速導(dǎo)航輔助駕駛功能,使汽車以v0勻速行駛,行駛中保持最大輸出功率P0不變,當(dāng)發(fā)現(xiàn)前方有施工限速時(shí),自動(dòng)系統(tǒng)立即減小輸出功率到P02并保持不變,經(jīng)過t時(shí)間汽車速度恰好達(dá)到限速值,并以此速度勻速運(yùn)動(dòng)。已知汽車質(zhì)量為A.12v0t+3mv04.如題圖甲所示,一質(zhì)量為1kg的滑塊(視為質(zhì)點(diǎn))以某一初速度沖上足夠長(zhǎng)的固定斜面,以斜面底端為位移的起點(diǎn),滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨位移x變化的關(guān)系如題圖乙所示。取重力加速度大小g=10m/sA.斜面傾角的正弦值為0.5B.滑塊上滑過程克服摩擦力做的功為20JC.滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25D.滑塊返回斜面底端時(shí),滑塊所受重力的功率為12W【綜合演練】2022年,蘇翊鳴他在北京冬奧會(huì)上奪得單板滑雪男子坡面障礙技巧銀牌以及大跳臺(tái)金牌,成為中國(guó)首個(gè)單板滑雪冬奧冠軍。1.如圖,設(shè)蘇靖鳴的體重為60kg,他從A點(diǎn)由靜止出發(fā),通過長(zhǎng)LAB=50m，傾角為37°的斜面雪道AB后,進(jìn)入半徑為R=20m的BC圓弧雪道的最低點(diǎn)C,到達(dá)C時(shí)的速度為20m/s,不考慮空氣阻力。在此過程中,蘇翊鳴的動(dòng)能改變了2.蘇靖鳴經(jīng)助滑雪道E點(diǎn)飛出后,運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),其動(dòng)能__________0(選填“>”“=”或“<”)。當(dāng)他落到傾角為37°的斜面雪道P點(diǎn)時(shí),速度方向與雪道的夾角也為37°,通過腿部彎曲緩沖,獲得沿斜面雪道向下的速度為20m/s,則由腿部彎曲消耗的動(dòng)能為3.蘇翊鳴進(jìn)入水平軌道后,通過調(diào)整姿態(tài)以改變阻力。已知LPG=LGH=10m,斜面雪道的平均阻力為F第3講機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】一、重力做功與重力勢(shì)能1.重力做功的特點(diǎn)重力做功與路徑無(wú)關(guān),只與始末位置的__________有關(guān)。2.重力勢(shì)能(1)公式:E(2)特性:系統(tǒng)性:重力勢(shì)能是物體和地球共有的。相對(duì)性:重力勢(shì)能的大小與參考平面的選取__________,重力勢(shì)能的變化是絕對(duì)的,與參考平面的選取__________。3.重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系(1)定性關(guān)系:重力對(duì)物體做正功,重力勢(shì)能就__________;重力對(duì)物體做負(fù)功,重力勢(shì)能就__________。(2)定量關(guān)系:重力對(duì)物體做的功等于物體重力勢(shì)能的改變量,即WG二、彈性勢(shì)能1.彈簧的彈性勢(shì)能:E彈2.彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系:W三、機(jī)械能守恒定律1.機(jī)械能動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能,其中勢(shì)能包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。2.機(jī)械能守恒定律(1)內(nèi)容:在只有__________做功的系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生互相轉(zhuǎn)化,而機(jī)械能的總量__________。(2)條件:只有重力或彈力做功。3.表達(dá)式守恒觀點(diǎn)E轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)Δ轉(zhuǎn)移觀點(diǎn)Δ4.對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解答案:一、高度差有關(guān)無(wú)關(guān)減少增加三、重力或彈力保持不變【問題情境舉隅】重力做功與重力勢(shì)能的變化在滑雪運(yùn)動(dòng)的連續(xù)影像中,運(yùn)動(dòng)員先升高后降低;跳高運(yùn)動(dòng)員在比賽中,采用背越式順利過桿;籃球運(yùn)動(dòng)員在三分線處起跳,將籃球投入籃笚;高空墜物非常危險(xiǎn),容易引發(fā)人身傷害,杜絕高空蔭物,人人有責(zé)。涉及機(jī)械能守恒的常見情景游樂園里的海盜船啟動(dòng)后,在空中來回?cái)[動(dòng);蹦床運(yùn)動(dòng)員從空中落下,接觸蹦床反彈后,回到空中;蹦極運(yùn)動(dòng)員在重力和彈性繩的作用下,下墜、反彈;運(yùn)動(dòng)員張弓搭箭,蓄勢(shì)待發(fā),當(dāng)他放開弓弦后,離弦之箭便飛馳而去。關(guān)鍵點(diǎn)撥機(jī)械能守恒的判斷【例題1】如圖,撐桿跳全過程可分為四個(gè)階段:A→B階段人加速助跑;B→C階段桿彎曲程度增大、人上升;C→D階段桿彎曲程度減小、人上升;A.四個(gè)階段中人的機(jī)械能都不守恒B.B→C.C→D.人落地時(shí)的動(dòng)能等于人在D點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥1】判斷機(jī)械能守恒的三種方法單個(gè)物體的機(jī)械能守恒【例題2】2022年第24屆冬奧會(huì)在北京一張家口成功舉辦,圖甲為在張家口的國(guó)家跳臺(tái)滑雪中心“雪如意”,圖乙為跳臺(tái)滑雪的示意圖。質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員從長(zhǎng)直傾斜的助滑道AB的A處由靜止滑下,為了改變運(yùn)動(dòng)員的速度方向,在助滑道AB與起跳臺(tái)D之間用一段彎曲滑道相切銜接,其中最低點(diǎn)C處附近是一段以O(shè)為圓心的圓弧,圓弧軌道半徑為R。A與C的豎直高度差為H,彎曲滑道末端即起跳臺(tái)D與滑道最低點(diǎn)C的高度差為?,重力加速度為g。不計(jì)空氣阻力及摩擦,則運(yùn)動(dòng)員 ()A.到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為mgHB.到達(dá)C點(diǎn)對(duì)軌道的壓力大小為2C.到起跳臺(tái)D點(diǎn)的速度大小為2D.從C點(diǎn)到D點(diǎn)重力勢(shì)能增加了mg課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥2】應(yīng)用機(jī)械能守恒定律分析問題的基本思路系統(tǒng)的機(jī)械能守恒【例題3】如圖所示,質(zhì)量為m的物體A和質(zhì)量為2m的物體B適過不可伸長(zhǎng)的輕繩及輕質(zhì)彈簧連接在輕滑輪兩側(cè)。開始用手托著物體A使彈簧處于原長(zhǎng)且細(xì)繩伸直,此時(shí)物體A與地面的距離為?,物體B靜止在地面上?，F(xiàn)由靜止釋放A,A與地面即將接觸時(shí)速度恰好為0,此時(shí)物體B對(duì)地面恰好無(wú)壓力,重力加速度為gA.物體A下落過程中一直處于失重狀態(tài)B.物體A即將落地時(shí),物體B處于失重狀態(tài)C.物體A下落過程中,彈簧的彈性勢(shì)能最大值為mg?D.物體A下落過程中,A的動(dòng)能和彈簧的彈性勢(shì)能之和先增大后減小課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥3】系統(tǒng)機(jī)械能守恒的常見情境分析1.輕繩連接的物體系統(tǒng)常見情景三點(diǎn)提醒(1)分清兩物體是速度大小相等，還是沿繩方向的分速度大小相等(2)尋找兩物體間的位移大小關(guān)系或豎直方向高度變化的關(guān)系(3)對(duì)于系統(tǒng)中的單個(gè)物體，一般繩上的力要做功，機(jī)械能不守恒；但對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，機(jī)械能則可能守恒2.輕桿連接的物體系統(tǒng)常見情景三大特點(diǎn)(1)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩物體角速度相等(2)桿對(duì)物體的作用力并不總是沿桿的方向，桿能對(duì)物體做功，單個(gè)物體機(jī)械能不守恒(3)對(duì)于桿和球組成的系統(tǒng)，忽略空氣阻力和各種摩擦且沒有其他力對(duì)系統(tǒng)做功，則系統(tǒng)機(jī)械能守恒3.輕彈簧連接的物體系統(tǒng)常見情景兩點(diǎn)提醒(1)對(duì)同一彈簧，彈性勢(shì)能的大小由彈簧的形變量完全決定(2)物體運(yùn)動(dòng)的位移與彈簧的形變量或形變量的變化量有關(guān)過關(guān)演練【經(jīng)典過關(guān)】1.小明乘坐摩天輪,由最低點(diǎn)A勻速轉(zhuǎn)動(dòng)到最高點(diǎn)B的過程中 ()A.動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能,機(jī)械能增大 B.動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能,機(jī)械能不變C.動(dòng)能不變,勢(shì)能增大,機(jī)械能增大 D.動(dòng)能、勢(shì)能、機(jī)械能均保持不變2.如圖,在豎直平面內(nèi)由14圓弧AB和12圓弧BC組成的光滑固定軌道,兩者在最低點(diǎn)B平滑連接。AB弧的半徑為R,BC弧的半徑為R2。一小球在A點(diǎn)正上方與A(1)求小球在B、(2)通過計(jì)算判斷小球能否沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)。3.如圖,長(zhǎng)直輕桿兩端分別固定小球A和B,兩球質(zhì)量均為m,兩球半徑忽略不計(jì),桿的長(zhǎng)度為L(zhǎng)。先將桿AB豎直靠放在豎直墻上,輕輕撥動(dòng)小球B,使小球B在水平面上由靜止開始向右滑動(dòng),當(dāng)小球A沿墻下滑距離為L(zhǎng)2時(shí),不計(jì)一切摩擦,重力加速度為g,則 A.桿對(duì)小球A做功為1B.小球A、BC.小球A、B的速度分別為1D.桿與小球A、B【綜合演練】籃球是以手為中心的身體對(duì)抗性體育運(yùn)動(dòng),是奧運(yùn)會(huì)的核心比賽項(xiàng)目?；@球比賽的形式多種多樣,較為常見的有五人籃球,也有現(xiàn)在流行的街頭三人籃球賽,三人賽更講究個(gè)人技術(shù)。由于籃球場(chǎng)地限制小,又充滿了趣味性,因此深受青少年的喜愛。右圖為某同學(xué)在三分線處起跳投籃的情景,質(zhì)量為m的籃球在離地為?1的A處以v0拋出,運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)B,B點(diǎn)距地面1.籃球在空中運(yùn)動(dòng)的過程中,重力勢(shì)能__________,動(dòng)能__________。(選填“一直變大”“一直變小”“先變大后變小”“先變小后變大”)2.小明認(rèn)為籃球到達(dá)最高點(diǎn)B的速度大小為零,你同意他的觀點(diǎn)嗎?為什么?__________________________________________________3.籃球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到籃筐的過程中,重力做__________功,重力的功率變化情況是__________。4.若以地面為零勢(shì)能面,則(1)籃球在B點(diǎn)的機(jī)械能為__________,人筐時(shí)的速度大小為__________。(2)籃球在B點(diǎn)時(shí),動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能的大小關(guān)系,可能正確的是 ()第4講實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律內(nèi)容梳理一、實(shí)驗(yàn)原理在物體運(yùn)動(dòng)過程中,空氣阻力和重力都對(duì)物體做功,當(dāng)空氣阻力____________________重力時(shí),物體的機(jī)械能近似守恒。為了驗(yàn)證機(jī)械能近似守恒,需要測(cè)量物體在任意位置處的動(dòng)能和重力勢(shì)能。本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)量物體的速度和高度,間接測(cè)量物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能。二、實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示)三、實(shí)驗(yàn)方法本裝置中,光電門傳感器固定在擺錘上。由于連接桿的質(zhì)量遠(yuǎn)小于擺錘質(zhì)量,擺動(dòng)過程中,連接桿的動(dòng)能和重力勢(shì)能可以忽略,只要測(cè)量擺錘(含光電門傳感器)的動(dòng)能和重力勢(shì)能即可。6塊擋光片用螺栓固定在不同位置,由板上刻度讀出其對(duì)應(yīng)的高度。擋光片寬度d、擺錘的質(zhì)量m已知。釋放擺錘,光電門傳感器可以分別測(cè)出擺錘經(jīng)過6個(gè)擋光片時(shí)的__________的大小。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.釋放擺錘,記錄各個(gè)擋光片所在高度和擺錘通過各個(gè)擋光片時(shí)的瞬時(shí)速度大小。2.將測(cè)得的高度和速度記入表格。五、數(shù)據(jù)分析1.計(jì)算出擺錘經(jīng)過各個(gè)擋光片時(shí)的動(dòng)能和重力勢(shì)能,兩者相加后得到機(jī)械能。2.比較各位置的機(jī)械能,分析得到結(jié)論。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論在只有__________做功的系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能總量__________,這就是機(jī)械能守恒定律。答案:一、遠(yuǎn)小于三、速度v重力六、保持不變關(guān)鍵點(diǎn)撥用DIS驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一曲線運(yùn)動(dòng)【例題1】在“用DIS研究機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中:(1)光電門兩側(cè)的光電孔內(nèi)分別安裝了紅外線的發(fā)光管和接收管,當(dāng)擋光片經(jīng)過光電門時(shí),光電門記下?lián)豕鈺r(shí)間Δt。若擋光片的寬度為d,則擋光片經(jīng)過光電門的平均速度為__________,這個(gè)速度可以被看做瞬時(shí)速度的條件是______________________________(2)光電門用來測(cè)量擺錘經(jīng)過不同位置的瞬時(shí)速度,實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示。(a)①在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,關(guān)于光電門的使用 ()A.調(diào)節(jié)擺線長(zhǎng),使擺錘擺動(dòng)時(shí)擺線能通過光電孔B.測(cè)量中,光電門始終固定在某個(gè)確定的位置C.擺錘釋放器的位置要隨光電門的位置變化而作相應(yīng)的調(diào)整D.每次改變光電門的位置,要用測(cè)平器使光電門的光電孔與所測(cè)點(diǎn)位于同一水平線②在某次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,作出的擺錘在下擺過程中動(dòng)能、重力勢(shì)能隨高度?變化的圖像如圖(b)所示,則其中__________(選填“I”或“II”)是擺錘動(dòng)能隨高度?變化的圖線,該圖線斜率大小等于__________。(b)課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥1】1.熟悉光電門的測(cè)量原理、使用要求。2.了解動(dòng)能、勢(shì)能隨高度變化的關(guān)系,理解圖像的物理意義。用DIS驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一直線運(yùn)動(dòng)【例題2】某同學(xué)利用如下圖所示的裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,先用游標(biāo)卡尺測(cè)出小球直徑d,再用米尺測(cè)出光電門1和光電門2之間的距離?,然后讓小球自由下落,光電計(jì)時(shí)器記錄下小球通過光電門1和光電門2的時(shí)間分別為Δt1、Δ(1)小球通過光電門1時(shí)的瞬時(shí)速度v1(2)若空氣阻力不計(jì),滿足關(guān)系式:______________________________,就可以驗(yàn)證小球下落過程中機(jī)械能守恒。課堂筆記:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！军c(diǎn)撥2】1.從物體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析能量的轉(zhuǎn)化。2.用公式法尋找各物理量之間的函數(shù)關(guān)系。過關(guān)演練1.題圖所示是在“用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置,完成下列有關(guān)問題:第1題圖(1)本實(shí)驗(yàn)中,采用的傳感器是__________(填寫傳感器名)。(2)本實(shí)驗(yàn)中,先選取零勢(shì)能面再進(jìn)行實(shí)驗(yàn),則零勢(shì)能面位置的選取對(duì)驗(yàn)證擺錘動(dòng)能與重力勢(shì)能之和為常數(shù)__________影響(選填“有”或“無(wú)”)。(3)將擺錘由靜止釋放,在擺錘擺到最低點(diǎn)的過程中 ()A.擺錘只受重力作用B.擺線拉力不做功,重力做正功C.擺線拉力做負(fù)功,重力做正功D.擺錘受到的合外力不為零,合外力做功為零(4)每次都準(zhǔn)確從同一位置靜止釋放擺錘,改變傳感器安裝的高度,以同一零勢(shì)能面測(cè)得四個(gè)不同位置的重力勢(shì)能和動(dòng)能數(shù)據(jù)。動(dòng)能×重力勢(shì)能×機(jī)械能×7.340.007.344.912.507.412.465.007.460.007.507.50觀察表格不難發(fā)現(xiàn),兩者之和(機(jī)械能)隨測(cè)量位置的不同而不斷增加,可能的原因是________________________________________________________________________________。2.如題圖,為研究物體自由下落時(shí)機(jī)械能是否守恒的實(shí)驗(yàn)裝置。圖中A、B兩位置分別固定兩個(gè)光電門傳感器,物體上的擋光片寬度為d,實(shí)驗(yàn)測(cè)得通過A的擋光時(shí)間為t1,通過B的擋光時(shí)間為t第2題圖(1)選出實(shí)驗(yàn)必要的測(cè)量步驟為 ()A.用天平測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量mB.測(cè)出物體釋放時(shí)離桌面的高度HC.測(cè)出A、BD.用秒表測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體通過A、B(2)設(shè)想如果能滿足__________關(guān)系式(用測(cè)量值和已知量來表示,重力加速度為g),即能證明在自由落體過程中物體的機(jī)械能是守恒的。(3)可以減小實(shí)驗(yàn)誤差的措施是 ()A.避免釋放物體時(shí)有初速度 B.選用寬度較大的擋光片C.B位置離開桌面高一些 D.兩個(gè)傳感器間距大一些第5講功能關(guān)系和能量守恒定律內(nèi)容梳理【概念規(guī)律】一、功能關(guān)系1.功和能的關(guān)系(1)做功的過程就是能量__________的過程。(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度,即做了多少功就有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化。2.常見的功能關(guān)系能量類型功能關(guān)系表達(dá)式功與能量增減的關(guān)系動(dòng)能合外力做功等于物體動(dòng)能的變化量W正功動(dòng)能增加負(fù)功動(dòng)能減少勢(shì)能重力做功等于重力勢(shì)能的減少量W正功勢(shì)能_____負(fù)功勢(shì)能_____彈簧彈力做功等于彈性勢(shì)能的減少量W電場(chǎng)力做功等于電勢(shì)能的減少量W分子力做功等于分子能的減少量W機(jī)械能除重力和彈力以外的其他力做的功等于物體機(jī)械能的變化量W正功機(jī)械能增加負(fù)功機(jī)械能減少內(nèi)能一對(duì)滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)做的總功等于系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能Q=電能克服安培力做的功等于產(chǎn)生的電能W二、能量守恒定律1.內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失。它只能從一種形式__________為另一種形式,或者從一個(gè)物體__________到另一個(gè)物體,在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量__________。2.表達(dá)式ΔE3.兩點(diǎn)理解(1)某種形式的能量減少,一定存在其他形式能量增加,且減少量和增加量一定相等。(2)某個(gè)物體的能量減少,一定存在其他物體能量增加,且減少量和增加量一定相等。答案:一、轉(zhuǎn)化減少增加二、轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變【問題情境舉隅】常見的做功與能量的轉(zhuǎn)化過山車在運(yùn)動(dòng)中,重力做功,動(dòng)能和重力勢(shì)能間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化;玩彈跳桿時(shí),重力和彈簧彈力做功,動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化;汽車減速過程中,摩擦力做功,汽車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;高鐵列車加速過程中,電流做功,電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,等等。關(guān)鍵點(diǎn)撥功能關(guān)系的理解【例題1】某人用手將1kg物體由靜止向上提起1m,這時(shí)物體的速度為2m/s,則 ()A.手對(duì)物體做功2J B.合外力做功2JC.合外力做功12J D.物體重力勢(shì)能減少10J課堂筆記:__________________________________________________________________________________________________________________________________