6.8势能机械能守恒定律习题课
基础题:
1.下列关于物体机械能守恒的说法中,正确的是()
A.做匀速运动的物体,其机械能一定守恒B.做匀加速运动的物体,其机械能一定不守恒
C.做匀速圆周运动的物体,其机械能一定守恒
D.除重力做功外,其它力做的功之和为零,物体的机械能一定守恒
2.质量为m的物体,从静止开始,以g/2的加速度竖直下落高度h的过程中()
A.物体的机械能守恒B.物体的机械能减少mgh/2
C.物体的重力势能减少mghD.物体克服阻力做功mgh/2
3.如图所示,长度相同的三根轻杆构成一个正三角形支架。在A处固定质量为2m的小球,B处固定质量为m的小球,支架悬挂在O点,可绕O点并与支架所在平面相垂直的固定轴转动。开始时OB与地面相垂直,放手后开始运动。在不计任何阻力的情况下。下列说法正确的是()
A、A球到达最低点时速度为零
B、A球机械能减少量等于B球机械能增加量
C、B球向左摆动所能达到的最高位置应高于A球开始运动时的高度
D、当支架从左至右回摆时,A球一定能回到起始高度
4.运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程。将人和伞看成一个系统,在这两个过程中,下列说法正确的是()
A.阻力对系统始终做负功B.系统受到的合外力始终向下
C.重力做功使系统的重力势能增加D.任意相等的时间内重力做的功相等
5.物体做自由落体运动,Ek代表动能,Ep代表势能,h代表下落的距离,以水平地面为零势能面。下列所示图像中,能正确反映各物理量之间关系的是()
6、如图所示,在一直立的光滑管内放置一轻质弹簧,上端O点与管口A的距离为2Xo,一质量为m的小球从管口由静止下落,将弹簧压缩至最低点B,压缩量为xo,不计空气阻力,则()
A.小球运动的最大速度大于2VB.小球运动中最大加速度为g
C.弹簧的劲度系数为mg/xoD.弹簧的最大弹性势能为3mgxo
7、蹦极运动员将一根弹性长绳系在身上,弹性长绳的另一端固定在跳台上,运动员从跳台上跳下,如果把弹性长绳看做是轻弹簧,运动员看做是质量集中在重心处的质点,忽略空气阻力,则下列论述中正确的是()
A.运动员的速度最大时,系统的重力势能和弹性势能的总和最大
B.运动员的速度最大时,系统的重力势能和弹性势能的总和最小
C.运动员下落到最低点时,系统的重力势能最小,弹性势能最大
D.运动员下落到最低点时,系统的重力势能最大,弹性势能最大
8、光滑水平面上静置一质量为M的木块,一质量为m的子弹以水平速度v1射入木块,以速度v2穿出,木块速度变为v,在这个过程中,下列说法中正确的是()
A.子弹对木块做的功为1/2mv12一1/2mv22
B.子弹对木块做的功等于子弹克服阻力做的功
C.子弹对木块做的功等于木块获得的动能与子弹跟木块间摩擦产生的内能之和
D.子弹损失的动能转变成木块获得的动能与子弹跟木块间摩擦产生的内能之和
能力题:
9、如图所示,一倾角为30°的光滑斜面底端有一与斜面垂直的固定挡板M,物块A、B之间用一与斜面平行轻质弹簧连结,现用力缓慢沿斜面向下推动物块B,当弹簧具有5J弹性势能时撤去推力释放物块B;已知A、B质量分别为mA=5kg、mB=2kg,弹簧的弹性势能表达式为,其中弹簧的劲度系数k=,x为弹簧形变量,,求:
(1)当弹簧恢复原长时,物块B的速度大小;
(2)物块A刚离开挡板时,物块B的动能.
10.如图所示,位于竖直平面内的光滑轨道,有一段斜的直轨道和与之相切的圆形轨道连接而成,圆形轨道的半径为R。一质量为m的小物块从斜轨道上某处由静止开始下滑,然后沿圆形轨道运动。要求物块能通过圆形轨道最高点,且在该最高点与轨道间的压力不能超过5mg(g为重力加速度)。求物块初始位置相对圆形轨道底部的高度h的取值范围。
13、如图所示,一轻绳绕过无摩擦的两个轻质小定滑轮O1、O2和质量mB=m的小球连接,另一端与套在光滑直杆上质量mA=m的小物块连接,已知直杆两端固定,与两定滑轮在同一竖直平面内,与水平面的夹角θ=60°,直杆上C点与两定滑轮均在同一高度,C点到定滑轮O1的距离为L,重力加速度为g,设直杆足够长,小球运动过程中不会与其他物体相碰.现将小物块从C点由静止释放,试求:
(1)小球下降到最低点时,小物块的机械能(取C点所在的水平面为参考平面);
(2)小物块能下滑的最大距离;
(3)小物块在下滑距离为L时的速度大小.
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第三课时机械能守恒定律
【教学要求】
1.理解和掌握机械能守恒定律。
2.能熟练地运用机械能守恒定律解决实际问题。
【知识再现】
一.重力势能
1.概念:物体由于被举高而具有的能叫重力势能。
2.表达式:,单位:。
3.矢标性:,但有正负,正负的意义是表示。
4.重力势能的变化与重力做功的关系
重力对物体做多少正功,物体的重力势能就多少;重力对物体做多少负功,物体的重力势能就多少.
重力对物体所做的功,等于物体的减少量.
思考:重力做功有什么特点?
二.弹性势能
1.定义:物体由于发生而具有的能叫弹性势能。
2.大小:弹性势能的大小与及有关,弹簧的形变量越大,劲度系数越大,弹赞的弹性势能越。
3.弹力做功与弹性势能变化的关系
弹性势能的改变量仅与弹力做功有关,弹力做多少正功,弹性势能就减少多少;弹力做多少负功,弹性势能就增加。
三.机械能守恒定律
1.机械能:动能和势能统称为机械能。
2.机械能守恒定律
(1)内容:在只有重力(或弹簧的弹力)做功的情况下,物体的动能和重力势能(或弹性势能)发生相互转化,但机械能的总量保持不变,这个结论叫做机械能守恒定律。
(2)表达式:a.
b.
c.
知识点一势能的理解
1.重力势能会式中h表示物体相对于参考平面的高度,是个状态量。
2.势能属于系统所共有。重力势能是物体和地球组成的系统所共有的,而不是物体单独具有的,“物体的重力势能”只是一种简化的说法.同样弹性势能也是弹簧各部分组成的系统所共有。
3.势能的相对性
4.重力做了多少正功,重力势能就减小了多少,重力做了多少负功,重力势能就增加了多少.弹力做多少功,弹性势能就增加多少,弹力做多少正功,弹性势能就减小多少.
【应用1】如图4-3-3所示,质量为m的物体静止在地面上,物体上面连着一个轻弹簧,用手拉住弹簧上端将物体缓缓提高h,不计弹簧的质量,则人做的功应()
A.等于mghB.大于mgh
C.小于mghD.无法确定
导示:人所做的功等于物体重力势能的增加量mgh和弹簧弹性势能的增加量总和。
故选B。
知识点二机械能守恒条件的理解
机械能守恒定律的条件:
(1)对单个物体,只有重力或弹力做功.
(2)对某一系统,物体间只有动能和重力势能及弹性势能相互转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,机械能也没有转变成其它形式的能(如没有内能产生),则系统的机械能守恒.
(3)定律既适用于一个物体(实为一个物体与地球组成的系统),又适用于几个物体组成的物体系,但前提必须满足机械能守恒的条件.
【应用2】(山东省平邑一中2007年10月阶段考试)如图所示,一轻弹簧左端固定在长木板M的左端,右端与小木块m连接,且m、M及M与地面间摩擦不计.开始时,m和M均静止,现同时对m、M施加等大反向的水平恒力F1和F2,设两物体开始运动以后的整个运动过程中,弹簧形变不超过其弹性限度。对于m、M和弹簧组成的系统()
A.由于F1、F2等大反向,故系统机械能守恒
B.当弹簧弹力大小与F1、F2大小相等时,m、M各自的动能最大
C.由于F1、F2大小不变,所以m、M各自一直做匀加速运动
D.由于F1、F2均能做正功,故系统的机械能一直增大
导示:由于F1、F2对系统做功之和不为零,故系统机械能不守恒,A错误;当弹簧弹力大小与F1、F2大小相等时,速度达到最大值,故各自的动能最大,B正确;由于弹力是变化的,m、M所受合力是变化的,不会做匀加速运动,C错误;由于F1、F2先对系统做正功,当两物块速度减为零时,弹簧的弹力大于F1、F2,之后,两物块再加速相向运动,F1、F2对系统做负功,系统机械能开始减少,D错误。
答案:B。
本题涉及到弹簧,功、机械能守恒的条件、力和运动的关系等较多知识。题目情景比较复杂,全面考查考生理解、分析、解决问题的能力。功能关系与弹簧相结合的考题在近年高考中出现得较多,复习中要加以重视。
类型一单个物体机械能守恒守恒问题
【例1】(江苏省海门市2007年高三物理模拟试卷)如图所示,竖直平面内的3/4圆弧形光滑轨道半径为R,A端与圆心O等高,
AD为水平面,B点在O
的正上方,一个小球
在A点以一竖直向下初速度
进入圆轨道并恰能到达B点。求:
⑴小球在A点的初速度为多少?
⑵落点C与A点的水平距离?
导示:(1)A点运动到B点,则
mvA2=mvB2+mgR①
恰能通过最高点B时mg=m②
解①②得vA=③
(2)由B到C平抛运动R=gt2④
soc=vBt⑤
解③④⑤得sAc=soc—R=(—1)R
对研究单个物体机械能守恒问题从能量守恒观点和转化观点进行列式解题。
类型二利用机械能守恒定律解决流体问题
【例2】如图所示,粗细均匀的U形管内装有总长为4L的水。开始时阀门K闭合,左右支管内水面高度差为L。打开阀门K后,左右水面刚好相平时左管液面的速度是多大?(管的内部横截面很小,摩擦阻力忽略不计)
导示:由于不考虑摩擦阻力,故整个水柱的机械能守恒。从初始状态到左右支管水面相平为止,相当于有长L/2的水柱由左管移到右管。系统的重力势能减少,动能增加。该过程中,整个水柱势能的减少量等效于高L/2的水柱降低L/2重力势能的减少。不妨设水柱总质量为8m,则,得。
本题在应用机械能守恒定律时仍然是用建立方程,在计算系统重力势能变化时用了等效方法。需要注意的是:研究对象仍然是整个水柱,到两个支管水面相平时,整个水柱中的每一小部分的速率都是相同的。
类型三用机械能守恒定律定律解决多体类
【例3】(南京外国语学校高三年级第一次月考)一半径为R的半圆形竖直圆柱面,用轻质不可伸长的细绳连接的A、B两球,悬挂在圆柱面边缘两侧,A球质量为B球质量的2倍,现将A球从圆柱边缘处由静止释放,如图所示,已知A始终不离开球面,且细绳足够长,若不计一切摩擦.
(1)求A球沿圆柱面滑至最
低点时速度的大小。
(2)求A球沿圆柱面运动的
最大位移。
导示:(1)设A球沿圆柱面滑至最低点时速
度的大小为v,则据机械能守恒定律可得:
又因为
解得
(2)当A球的速度为0时,A球沿圆柱面运动的位移最大,设为s,则据机械能守恒
定律可得:
解得
1.(南通市2008届高三基础调研测试)如图所示,某人将质量为m的石块从距地面h高处斜向上方抛出,石块抛出时的速度大小为v0,不计空气阻力,石块落地时的动能为
A.
B.
C.
D.
2.物体从高为H处自由落下,以地面为零势能面,当它的动能和势能相等时,物体离地面的高度为h,它的瞬时速度大小是v,则h和v大小为:()
A.,;
B.,;
C.,;
D.,。
3.如图所示,一长为,质量为的匀质柔软链条,放在光滑的水平桌面上,有悬于桌外,求:放手后链条由静止开始运动至其左端刚要离开桌面的瞬间铁链条的速度是多少?
4.(南京市秦淮中学2007年物理高考模拟试卷)如图所示,B是质量为2m、半径为R的光滑半球形碗,放在光滑的水平桌面上。A是质量为m的细长直杆,光滑套管D被固定在竖直方向,A可以自由上下运动,物块C的质量为m,紧靠半球形碗放置。初始时,A杆被握住,使其下端正好与碗的半球面的上边缘接触(如图)。然后从静止开始释放A,A、B、C便开始运动。求:
(1)长直杆的下端运动到碗的最低点时,长直杆竖直方向的速度和B、C水平方向的速度;
(2)运动的过程中,长直杆的下端能上升到的最高点距离半球形碗底部的高度是多少?
参考答案:1.D2.B3.
4.(1)(2)
机械能守恒定律的应用
知识简析
一、应用机械能守恒定律解题的基本步骤
(1)根据题意选取研究对象(物体或系统).
(2)明确研究对象的运动过程,分析对象在过程中的受力情况,弄清各力做功的情况,判断机械能是否守恒.
(3)恰当地选取零势面,确定研究对象在过程中的始态和末态的机械能.
(4)根据机械能守恒定律的不同表达式列式方程,若选用了增(减)量表达式,(3)就应成为确定过程中,动能、势能在过程中的增减量或各部分机械能在过程中的增减量来列方程进行求解.
规律方法1、机械能守恒定律与圆周运动结合
物体在绳、杆、轨道约束的情况下在竖直平面内做圆周运动,往往伴随着动能,势能的相互转化,若机械能守恒,即可根据机械能守恒去求解物体在运动中经过某位里时的速度,再结合圆周运动、牛顿定律可求解相关的运动学、动力学的量.
2、机械能守恒定律的灵活运用
功能问题的综合应用
知识简析一、功能关系
1.能是物体做功的本领.也就是说是做功的根源.功是能量转化的量度.究竟有多少能量发生了转化,用功来量度,二者有根本的区别,功是过程量,能是状态量.
2.我们在处理问题时可以从能量变化来求功,也可以从物体做功的多少来求能量的变化.不同形式的能在转化过程中是守恒的.
3、功和能量的转化关系
①合外力对物体所做的功等于物体动能的增量.W合=Ek2一Ek1(动能定理)
②只有重力做功(或弹簧的弹力)做功,物体的动能和势能相互转化,物体的机械能守恒。
③重力功是重力势能变化的量度,即WG=-ΔEP重=一(EP末一EP初)=EP初一EP末
④弹力功是弹性势能变化的量度,即:W弹=一△EP弹=一(EP末一EP初)=EP初一EP末
⑤除了重力,弹力以外的其他力做功是物体机械能变化的量度,即:W其他=E末一E初
⑥一对滑动摩擦力对系统做总功是系统机械能转化为内能的量度,即:fS相=Q
⑦电场力功是电势能变化的量度,即:WE=qU=一ΔE=-(E末一E初)=E初一E末
⑧分子力功是分子势能变化的量度
4、对绳子突然绷紧,物体间非弹性碰撞等除题目特别说明,必定有机械能损失,碰撞后两物体粘在一起的过程中一定有机械能损失。
二、能的转化和守恒
能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,它只能从一种形式的能转化为另一种形式的能,或者从一个物体转移到另一个物体,能的总量保持不变。
1.应用能量守恒定律的两条思路:
(1)某种形式的能的减少量,一定等于其他形式能的增加量.
(2)某物体能量的减少量,一定等于其他物体能量的增加量.
2.摩擦力做功的过程能量转化的情况
(1)静摩擦力做功的特点
①静摩擦力可以做正功,也可以做负功还可能不做功.
②在静摩擦力做功的过程中,只有机械能从一个物体转移到另一个物体(静摩擦力起着传送机械能的作用),而没有机械能转化为其他形式的能量.
③相互摩擦的系统,一对静摩擦力所做功的代数和总等于零.
(2)滑动摩擦力做功的特点:
①滑动摩擦力可以做正功,也可以对物体做负功,还可以不做功
(如相对运动的两物体之一对地面静止,则滑动摩擦力对该物不做功).
②在相互摩擦的物体系统中,一对相互作用的滑动摩擦力,对物体系统所做总功的多少与路径有关,
其值是负值,等于摩擦力与相对路程的积,即Wf=f滑S相对
表示物体系统损失机械能克服了摩擦力做功,ΔE损=f滑S相对=Q(摩擦生热).
③一对滑动摩擦力做功的过程,能量的转化和转移的情况:
一是相互摩擦的物体通过摩擦力做功将部分机械能转移另一个物体上,
二是部分机械能转化为内能,此部分能量就是系统机械能的损失量.
通过解答此题一定要理解“摩擦生热”指的是滑动摩擦“生热,在相对滑动的过程中,通过摩擦力对系统做功来求解必须求出摩擦力在相对路程上的功
3.用能量守恒定律解题的步骤
①确定研究的对象和范围,分析在研究的过程中有多少种不同形式的能(包括动能、势能、内能、电能等)发生变化.
②找出减少的能并求总的减少量ΔE减,找出增加的能并求总的增加量ΔE增
③由能量守恒列式,ΔE减=ΔE增。
④代入已知条件求解.
文章来源:http://m.jab88.com/j/70877.html
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