人教版新教材高中物理优质课件-《第八章-机械能守恒定律-本章整合》.pptx

1、新教材人教版高中物理课件新教材人教版高中物理课件第八章机械能守恒定律第八章机械能守恒定律本章本章整合整合知识网络系统构建知识网络系统构建重点题型归纳剖析重点题型归纳剖析返回目录返回目录返回目录返回目录本章知识可分为三个组成部分。第一部分本章知识可分为三个组成部分。第一部分:功与功率功与功率;第二第二部分部分:机械能机械能;第三部分第三部分:功能关系。功能关系。返回目录返回目录一、功与一、功与功率功率 功功与与功功率率返回目录返回目录二、二、机械能机械能 机机械械能能返回目录返回目录三、功能三、功能关系关系 功功能能关关系系返回目录返回目录返回目录返回目录一、变力做功的求解方法1.微元法微元法:

2、将物体的位移分割成许多小段将物体的位移分割成许多小段,因小段很小因小段很小,每一每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力小段上作用在物体上的力可以视为恒力,这样就将变力做功这样就将变力做功转化为在无数个无穷小的位移上的恒力所做功的代数和转化为在无数个无穷小的位移上的恒力所做功的代数和,此此法在中学阶段常应用于求解大小不变、方向改变的变力做功法在中学阶段常应用于求解大小不变、方向改变的变力做功问题。问题。2.等效转换法等效转换法:在某些情况下在某些情况下,通过等效转换可以将变力做功通过等效转换可以将变力做功转换成恒力做功转换成恒力做功,然后可以用公式然后可以用公式W=Flcos 求解。求解。返回目

3、录返回目录4.图像法图像法:如图所示如图所示,在在F-l图像中图像中,若能求出图若能求出图线与线与l轴所围的面积轴所围的面积,则这个面积即为则这个面积即为F在这段在这段位移位移l上所做的功。类似在上所做的功。类似在v-t图像中图像中,图线与图线与t轴所围的面积表示位移。轴所围的面积表示位移。返回目录返回目录【例题【例题1】如图所示如图所示,在一半径为在一半径为R=6 m的圆弧形桥面的底的圆弧形桥面的底端端A,某人把一质量为某人把一质量为m=8 kg的物块的物块(可看成质点可看成质点)。用大小始。用大小始终为终为F=75 N的拉力从底端缓慢拉到桥面顶端的拉力从底端缓慢拉到桥面顶端B(圆弧圆弧AB

4、在一在一竖直平面内竖直平面内),拉力的方向始终与物块在该点的切线成拉力的方向始终与物块在该点的切线成37 角角,整个圆弧桥面所对的圆心角为整个圆弧桥面所对的圆心角为120,g取取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8。求。求:(1)这一过程中拉力这一过程中拉力F做的功做的功;(2)这一过程中桥面对物块这一过程中桥面对物块的的摩擦力摩擦力做的功。做的功。返回目录返回目录解析解析:(1)将将 分成分成很多小段很多小段l1、l2、ln,拉力在每一小段拉力在每一小段上做的功为上做的功为W1、W2、Wn。因拉力。因拉力F大小不变大小不变,方向始终方向始终与物块在该点的切线成与物块在该

5、点的切线成37 角角,所以所以W1=Fl1cos 37、W2=Fl2cos 37、Wn=Flncos 37 所以所以WF=W1+W2+Wn=Fcos 37(l1+l2+ln)=Fcos 37 2R=376.8 J。返回目录返回目录(2)因为重力因为重力G做的功做的功WG=-mgR(1-cos 60)=-240 J,而因物块而因物块在拉力在拉力F作用下缓慢移动作用下缓慢移动,动能不变动能不变,由动能定理知由动能定理知WF+WG+Wf=0所以所以Wf=-WF-WG=-376.8 J+240 J=-136.8 J。答案答案:(1)376.8 J(2)-136.8 J科学思维科学思维动能定理动能定理既

6、适用于直线运动既适用于直线运动,也适用于曲线运动也适用于曲线运动,既适用于既适用于求恒力做功求恒力做功,也适用于求变力做功也适用于求变力做功,因此利用动能定理求变力因此利用动能定理求变力做功也是非常方便的。做功也是非常方便的。返回目录返回目录【变式训练【变式训练1】如图所示如图所示,轻弹簧一端与竖直墙壁连接轻弹簧一端与竖直墙壁连接,另另一端与一质量为一端与一质量为m的木块连接的木块连接,放在光滑的水平面上放在光滑的水平面上,弹簧的弹簧的劲度系数为劲度系数为k,弹簧处于自然状态弹簧处于自然状态,用水平力用水平力F缓慢拉木块缓慢拉木块,使木使木块前进块前进x0,求这一过程中拉力对木块做了多少功。求

7、这一过程中拉力对木块做了多少功。返回目录返回目录解析解析:方法一方法一:平均值平均值法法 方法二方法二:图像图像法法 返回目录返回目录二、动能定理解决多过程问题1.分段应用动能定理时分段应用动能定理时,将复杂的过程分割成一个个子过程将复杂的过程分割成一个个子过程,对每个子过程的做功情况和初、末动能进行分析对每个子过程的做功情况和初、末动能进行分析,然后针对然后针对每个子过程应用动能定理列式每个子过程应用动能定理列式,然后联立求解。然后联立求解。2.全程应用动能定理时全程应用动能定理时,分析整个过程中出现过的各力的做分析整个过程中出现过的各力的做功情况功情况,分析每个力的做功分析每个力的做功,确

8、定整个过程中合外力做的总功确定整个过程中合外力做的总功,然后确定整个过程的初、末动能然后确定整个过程的初、末动能,针对整个过程利用动能定针对整个过程利用动能定理列式求解。理列式求解。3.当题目不涉及中间量时当题目不涉及中间量时,选择全程应用动能定理更简单选择全程应用动能定理更简单,更更方便。方便。返回目录返回目录【例题【例题2】如图所示如图所示,竖直平面内竖直平面内的的 圆弧形圆弧形光滑管道半径光滑管道半径略大于小球半径略大于小球半径,管道中心线到圆心的距离为管道中心线到圆心的距离为R,A端与圆心端与圆心O等高等高,AD为水平面为水平面,B点在点在O的正下方的正下方,小球自小球自A点正上方由静

9、点正上方由静止释放止释放,自由下落至自由下落至A点时进入管道点时进入管道,从上端口飞出后落在从上端口飞出后落在C点点,当小球到达当小球到达B点时点时,管壁对小球的弹力大小是小球重力大小的管壁对小球的弹力大小是小球重力大小的9倍。求倍。求:(1)释放点距释放点距A点的竖直高度点的竖直高度;(2)落点落点C与与A点的水平距离。点的水平距离。返回目录返回目录解析解析:(1)设小球到达设小球到达B点的速度为点的速度为v1,因为到达因为到达B点时管壁对点时管壁对小球的弹力大小是小球重力大小的小球的弹力大小是小球重力大小的9倍倍,由由得得h=3R。返回目录返回目录(2)设小球到达圆弧最高点的速度为设小球到

10、达圆弧最高点的速度为v2,落点落点C与与A点的水平点的水平距离为距离为x从从B到最高点的过程中到最高点的过程中,由动能定理得由动能定理得返回目录返回目录科学思维科学思维动能定理动能定理一般应用于单个物体一般应用于单个物体,既适用于各个力同时作用在既适用于各个力同时作用在物体上物体上,也适用于不同的力分阶段作用在物体上也适用于不同的力分阶段作用在物体上,凡涉及力对凡涉及力对物体做功过程中动能的变化问题都可以使用。物体做功过程中动能的变化问题都可以使用。返回目录返回目录【变式训练【变式训练2】如图所示如图所示,ABCD为一竖直平面内的轨道为一竖直平面内的轨道,其其中中BC水平水平,A点比点比BC高

11、出高出10 m,BC长长1 m,AB和和CD轨道光滑。轨道光滑。一质量为一质量为1 kg的物体的物体,从从A点以点以4 m/s的速度开始运动的速度开始运动,经过经过BC后滑到高出后滑到高出C点点10.3 m的的D点速度为点速度为0。g取取10 m/s2。求。求:(1)物体与物体与BC轨道间的动摩擦因数轨道间的动摩擦因数;(2)物体第物体第5次经过次经过B点时的速度点时的速度;(3)物体最后停止的位置物体最后停止的位置(距距B点多少米点多少米)。返回目录返回目录解得解得=0.5。(2)物体第物体第5次经过次经过B点时点时,物体在物体在BC上滑动了上滑动了4次次,由动能定由动能定理得理得返回目录返

12、回目录(3)分析整个过程分析整个过程,由动能定理得由动能定理得解得解得s=21.6 m。所以物体在轨道上来回运动了所以物体在轨道上来回运动了10次后次后,还有还有1.6 m,故距故距B点点的距离为的距离为2 m-1.6 m=0.4 m。答案答案:(1)0.5(2)13.3 m/s(3)距距B点点0.4 m返回目录返回目录三、多物体的机械能守恒问题1.首先分析多个物体组成的系统所受的外力是否只有重力首先分析多个物体组成的系统所受的外力是否只有重力或弹力做功或弹力做功,内力是否造成了机械能与其他形式能的转化内力是否造成了机械能与其他形式能的转化,从从而判断系统机械能是否守恒。而判断系统机械能是否守

13、恒。2.若系统机械能守恒若系统机械能守恒,则机械能从一个物体转移到另一个物则机械能从一个物体转移到另一个物体体,E1=-E2,一个物体机械能增加一个物体机械能增加,则一定有另一个物体机械则一定有另一个物体机械能减少。能减少。返回目录返回目录【例题【例题3】如图所示如图所示,质量分别为质量分别为3 kg和和5 kg的物体的物体A、B,用轻绳连接跨在一个定滑轮两侧用轻绳连接跨在一个定滑轮两侧,轻绳正好拉直轻绳正好拉直,且且A物体底物体底面与地接触面与地接触,B物体距地面物体距地面0.8 m。g取取10 m/s2。(1)放开放开B物体物体,当当B物体着地时物体着地时,求求A物体的速度物体的速度;(2

14、)B物体着地后物体着地后A物体还能上升多高物体还能上升多高?返回目录返回目录解析解析:(1)方法一方法一:由由E1=E2。对对A、B组成的系统组成的系统,当当B下落时系统机械能守恒下落时系统机械能守恒,以地面为以地面为参考平面参考平面,则则返回目录返回目录方法二方法二:由由Ek增增=Ep减减,得得 得得v=2 m/s。方法三方法三:由由EA增增=EB减减,得得得得v=2 m/s。返回目录返回目录(2)当当B落地后落地后,A以以2 m/s的速度竖直上抛的速度竖直上抛,则则A上升的高度上升的高度,由由机械能守恒可得机械能守恒可得答案答案:(1)2 m/s(2)0.2 m 返回目录返回目录科学思维科

15、学思维多多物体的机械能守恒问题分析技巧物体的机械能守恒问题分析技巧1.对多物体对多物体,一般用一般用“转化法转化法”和和“转移法转移法”来判断其机械能是来判断其机械能是否守恒。否守恒。2.注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系。系。3.列机械能守恒方程时列机械能守恒方程时,可选用可选用Ek=-Ep的形式。的形式。返回目录返回目录【变式训练【变式训练3】下图是一个横截面为半圆、半径为下图是一个横截面为半圆、半径为R的光的光滑柱面。一根不可伸长的细线两端分别系着物体滑柱面。一根不可伸长的细线两端分别系着物体A、B,且且mA=2mB。由图示

16、位置从静止开始释放物体。由图示位置从静止开始释放物体A,当物体当物体B到达到达圆柱顶点时圆柱顶点时,求细线的拉力对物体求细线的拉力对物体B所做的功。所做的功。解析解析:由于圆柱面是光滑的由于圆柱面是光滑的,故系统的机械能守恒。系统重故系统的机械能守恒。系统重力势能的减少量力势能的减少量返回目录返回目录由由Ep减减=Ek增增,得得 返回目录返回目录四、功能关系的理解和应用1.功能关系功能关系功是能量转化的量度。不同形式的能量之间的转化是通过功是能量转化的量度。不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的做功实现的,做功的过程就是各种形式的能量之间转化的过做功的过程就是各种形式的能量之间转化的过程程,

17、而且做了多少功而且做了多少功,就有多少能量发生转化。就有多少能量发生转化。返回目录返回目录2.几种常见的功能几种常见的功能关系关系 返回目录返回目录【例题【例题4】(多选多选)滑沙是人们喜爱的游乐活动滑沙是人们喜爱的游乐活动,下图是滑沙下图是滑沙场地的一段斜面场地的一段斜面,其倾角为其倾角为30,设参加活动的人和滑车总质量设参加活动的人和滑车总质量为为m,人和滑车从距底端高为人和滑车从距底端高为h处的顶端处的顶端A沿滑道由静止开始沿滑道由静止开始匀加速下滑匀加速下滑,加速度为加速度为0.4g,人和滑车可视为质点人和滑车可视为质点,则从顶端向则从顶端向下滑到底端下滑到底端B的过程中的过程中,下列

18、说法正确的是下列说法正确的是()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人和滑车获得的动能为0.8mghC.整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为整个下滑过程中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人和滑车克服摩擦力做功为0.6mgh返回目录返回目录解析解析:沿斜面的方向有沿斜面的方向有ma=mgsin 30-Ff,所以所以Ff=0.1mg,人和人和滑车减少的重力势能转化为动能和内能滑车减少的重力势能转化为动能和内能,故故A错误错误;人和滑车人和滑车下滑的过程中重力和摩擦力做功下滑的过程中重力和摩擦力做功,获得的

19、动能为获得的动能为Ek=(mgsin少的机械能为少的机械能为E=mgh-Ek=mgh-0.8mgh=0.2mgh,故故C正确正确;整整个下滑过程中克服摩擦力做功等于人和滑车减少的机械能个下滑过程中克服摩擦力做功等于人和滑车减少的机械能,所以人和滑车克服摩擦力做功为所以人和滑车克服摩擦力做功为0.2mgh,故故D错误。错误。答案答案:BC返回目录返回目录科学思维科学思维功能功能关系的选用原则关系的选用原则1.若只涉及动能的变化若只涉及动能的变化,则用动能定理分析。则用动能定理分析。2.若只涉及重力势能的变化若只涉及重力势能的变化,则用重力做功与重力势能变化则用重力做功与重力势能变化的关系分析。的

20、关系分析。返回目录返回目录【变式训练【变式训练4】在奥运比赛项目中在奥运比赛项目中,高台跳水是我国运动员高台跳水是我国运动员的强项。质量为的强项。质量为60 kg的跳水运动员进入水中后受到水的阻的跳水运动员进入水中后受到水的阻力做竖直向下的减速运动力做竖直向下的减速运动,设水对他的阻力大小恒为设水对他的阻力大小恒为2 600 N,那么在他减速下降那么在他减速下降2 m的过程中的过程中,下列说法正确的是下列说法正确的是(g取取10 m/s2)()A.他的动能减少了他的动能减少了5 200 JB.他的重力势能减少了他的重力势能减少了1 200 JC.他的机械能减少了他的机械能减少了4 000 JD.他的机械能保持不变他的机械能保持不变返回目录返回目录解析解析:在运动员减速下降在运动员减速下降2 m的过程中的过程中,运动员受重力和阻力运动员受重力和阻力,由动能定理得由动能定理得(mg-F)h=Ek,解得解得Ek=-4 000 J,A错误错误;他的重他的重力势能减少了力势能减少了mgh=1 200 J,B正确正确;除了重力、弹力之外的力除了重力、弹力之外的力做的功等于机械能的变化做的功等于机械能的变化,故他的机械能减少了故他的机械能减少了Fh=5 200 J,C、D错误。错误。答案答案:B新教材人教版高中物理课件新教材人教版高中物理课件