高一物理-机械能守恒(讲解及练习)
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第五章:机械能守恒定律第一讲:功和功率考点一:恒力功的分析与计算1.(单选)起重机以1 m/s2的加速度将质量为1 000 kg的货物由静止开始匀加速向上提升,g取10 m/s2,则在1 s内起重机对货物做的功是( ).答案D A.500 J B.4 500 J C.5 000 JD.5 500 J2.(单选)如图所示,三个固定的斜面底边长度相等,斜面倾角分别为30°、45°、60°,斜面的表面情况都一样。
完全相同的三物体(可视为质点)A、B、C分别从三斜面的顶部滑到底部,在此过程中( ) 选DA.物体A克服摩擦力做的功最多B.物体B克服摩擦力做的功最多C.物体C克服摩擦力做的功最多D.三物体克服摩擦力做的功一样多3、(多选)在水平面上运动的物体,从t=0时刻起受到一个水平力F的作用,力F和此后物体的速度v随时间t的变化图象如图所示,则( ).答案ADA.在t=0时刻之前物体所受的合外力一定做负功B.从t=0时刻开始的前3 s内,力F做的功为零C.除力F外,其他外力在第1 s内做正功D .力F 在第3 s 内做的功是第2 s 内做功的3倍 4.(单选)质量分别为2m 和m 的A 、B 两种物体分别在水平恒力F 1和F 2的作用下沿水平面运动,撤去F 1、F 2后受摩擦力的作用减速到停止,其v -t 图象如图所示,则下列说法正确的是( ).答案 CA .F 1、F 2大小相等B .F 1、F 2对A 、B 做功之比为2∶1C .A 、B 受到的摩擦力大小相等D .全过程中摩擦力对A 、B 做功之比为1∶25. (单选)一物体静止在粗糙水平地面上.现用一大小为F 1的水平拉力拉动物体,经过一段时间后其速度变为v .若将水平拉力的大小改为F 2,物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v .对于上述两个过程,用W F 1、W F 2分别表示拉力F 1、F 2所做的功,W f1、W f2分别表示前后两次克服摩擦力所做的功,则( )A .W F 2>4W F 1,W f2>2W f1B .W F 2>4W F 1,W f2=2W f1C .W F 2<4W F 1,W f2=2W f1D .W F 2<4W F 1,W f2<2W f1 答案 C6.如所示,建筑工人通过滑轮装置将一质量是100 kg 的料车沿30°的斜面由底端匀速地拉到顶端,斜面长L 是4 m ,若不计滑轮的质量和各处的摩擦力,g 取10 N/kg ,求这一过程中:(1)人拉绳子的力做的功;(2)物体的重力做的功;(3)物体受到的各力对物体做的总功。
高中物理机械能及守恒定律专题及解析高中物理机械能及守恒定律专题及解析一、机械能的概念及计算公式机械能是指一个物体同时具有动能和势能的能量,它是物体运动时的总能量。
机械能可以通过以下公式计算:机械能 = 动能 + 势能其中,动能的公式为:动能 = 1/2 ×质量 ×速度²势能的公式为:势能 = 质量 ×重力加速度 ×高度二、机械能守恒定律的表述及应用机械能守恒定律指的是,在一个封闭系统中,如果只有重力做功,没有其他非保守力做功,那么该系统的机械能守恒,即机械能的总量不会发生变化。
这一定律可以通过以下实验进行验证:将一个小球从一定高度上自由落下,当小球下落到一定高度时,用一个弹性绳接住小球,使其反弹上升,然后再次自由下落。
实验结果表明,当小球反弹的高度恰好等于初始下落高度时,机械能守恒定律成立。
在实际应用中,机械能守恒定律常常用于解决与能量转换和效率有关的问题。
例如,我们可以利用机械能守恒定律计算斜面上物体的滑动速度或滑动距离,来评估机械装置的效率。
此外,机械能守恒定律还可以用于解决弹簧振子、单摆等周期性运动问题。
三、机械能守恒定律的应用实例分析1. 斜面上物体滑动问题假设一个物体从斜面的顶端自由滑下,忽略空气阻力和摩擦力,那么当物体滑到斜面的底端时,动能和势能的变化可以用机械能守恒定律来表达。
设物体的质量为m,斜面的高度差为h,斜面的倾角为θ。
假设物体在斜面上的速度为v,那么动能和势能的变化可以表示为:动能的变化:ΔK = K(终) - K(始) = 1/2 × m × v² - 0 = 1/2 × m ×v²势能的变化:ΔU = U(终) - U(始) = m × g × h × sinθ - 0 = m × g× h × sinθ根据机械能守恒定律,动能的变化等于势能的变化,即:1/2 × m × v² = m × g × h × sinθ通过求解上述方程,可以得到物体在斜面上的滑动速度v的数值。
高一物理机械能守恒试题答案及解析1.从地面以仰角θ斜向上抛一质量为m的物体,初速度为V,不计空气阻力,取地面为零势能面,重力加速度为g。
当物体的重力势能是其动能的3倍时,物体离地面的高度为。
【答案】【解析】设物体离地面的高度为H,且速度为v,由题意知:,再由机械能守恒定律得:,联立解得:。
【考点】考查了机械能守恒2.如图甲所示,质量不计的弹簧竖直固定在水平面上,t=0时刻,将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放,小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点,然后又被弹起离开弹簧,上升到一定高度后再下落,如此反复.通过安装在弹簧下端的压力传感器,测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示,则()A.t1时刻小球动能最大B.t2时刻小球动能最大C.t2~t3这段时间内,小球的动能先增加后减少D.t2~t3这段时间内,小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能【答案】C【解析】 t1时刻小球小球刚与弹簧接触,与弹簧接触后,先做加速度不断减小的加速运动,当弹力增大到与重力平衡,即加速度减为零时,速度达到最大,故A错误;t2时刻,弹力最大,故弹簧的压缩量最大,小球运动到最低点,速度等于零,故B错误;t2~t3这段时间内,小球处于上升过程,先做加速度不断减小的加速运动,后做加速度不断增大的减速运动,故C正确;t2~t3段时间内,小球和弹簧系统机械能守恒,故小球增加的动能和重力势能之和等于弹簧减少的弹性势能,故D错误;故选C.【考点】牛顿定律及动能定理的应用。
3.半径为r和R(r<R)的光滑半圆形槽,其圆心均在同一水平面上,如图所示,质量相等的两物体分别自半圆形槽左边缘的最高点无初速地释放,在下滑过程中两物体A.机械能均逐渐减小B.经最低点时动能相等C.在最低点对轨道的压力相等D.在最低点的机械能不相等【答案】C【解析】圆形槽光滑,两小球下滑过程中,均只有重力做功,机械能均守恒,即机械能均保持不变,故A错误;根据机械能守恒定律得:,同理有:,由于,则,故B错误;设在最低点时轨道对小球的支持力为,则根据牛顿第二定律,得:,得:,与圆形槽的半径无关.根据牛顿第三定律可知物体在最低点对轨道的压力与轨道半径也无关,则在最低点时两球对轨道的压力相等,故C正确;取圆形槽圆心所在水平面为参考平面,则在最高点时,两球机械能均为零,而且相等,下滑过程中机械能均守恒,则在最低点时机械能仍相等,故D错误。
高一物理---能量守恒定律1.假设列车从静止开始匀加速运动,经过500m的路程后,速度达到360km/h。
整个列车的质量为1.00×105kg,如果不计阻力,在匀加速阶段、牵引力的最大功率是A.4.67×106kW B.1.0×105kW C.1.0×108kW D.4.67×109kW2.在一种叫做“蹦极跳”有的运动中,质量为m的游戏者系一根长为L、弹性优良的轻质柔软橡皮绳,从高处由静止开始下落1.5L时到达最低点。
若在下落过程中不计空气阻力,则以下说法正确的是A.速度先增大后减小B.加速度先减小后增大C.动能增加了mgL D.重力势能减少了mgL3.跳伞运动员在刚跳离飞机、其降落伞尚未打开的一段时间内,下列说法中正确的是A空气阻力做正功B重力势能增加C动能增加D空气阻力做负功.4.一升降机在箱底装有若干个弹簧,设在某次事故中,升降机吊索在空中断裂,忽略摩擦力,则升降机在从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中,A升降机的速度不断减小B升降机的加速度不断变大C先是弹力做的负功小于重力做的正功,然后是弹力做的负功大于重力做的正功D到最低点时,升降机加速度的值一定大于重力加速度的值。
5.下列四个选项的图中,木块均在固定的斜面上运动,其中图A、B、C中的斜面是光滑的,图D中的斜面是粗糙的,图A、B中的F为木块所受的外力,方向如图中箭头所示,图A、B、D中的木块向下运动,图C中的木块向上运动,在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是6.在平坦的垒球运动场上,击球手挥动球棒将垒球水平击出,垒球飞行一段时间后落地。
若不计空气阻力,则A.垒球落地时瞬间速度的大小仅由初速度决定B.垒球落地时瞬时速度的方向仅由击球点离地面的高度决定C .垒球在空中运动的水平位移仅由初速度决定D .垒球在空中运动的时间仅由击球点离地面的高度决定7.竖直上抛一球,球又落回原处,已知空气阻力的大小正比于球的速度。
一、第八章 机械能守恒定律易错题培优(难)1.如图所示,两质量都为m 的滑块a ,b (为质点)通过铰链用长度为L 的刚性轻杆相连接,a 套在竖直杆A 上,b 套在水平杆B 上两根足够长的细杆A 、B 两杆分离不接触,且两杆间的距离忽略不计。
将滑块a 从图示位置由静止释放(轻杆与B 杆夹角为30°),不计一切摩擦,已知重力加速度为g 。
在此后的运动过程中,下列说法中正确的是( )A .滑块a 和滑块b 所组成的系统机械能守恒B .滑块b 的速度为零时,滑块a 的加速度大小一定等于gC .滑块b 3gLD .滑块a 2gL【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】A .由于整个运动过程中没有摩擦阻力,因此机械能守恒,A 正确;B .初始位置时,滑块b 的速度为零时,而轻杆对滑块a 有斜向上的推力,因此滑块a 的加速度小于g ,B 错误;C .当滑块a 下降到最低点时,滑块a 的速度为零,滑块b 的速度最大,根据机械能守恒定律o 21(1sin 30)2b mgL mv +=解得3b v gL =C 正确;D .滑块a 最大速度的位置一定在两杆交叉点之下,设该位置杆与水平方向夹角为θ 根据机械能守恒定律o 2211(sin 30sin )22a b mgL mv mv θ+=+ 而两个物体沿杆方向速度相等cos sin b a v v θθ=两式联立,利用三角函数整理得212(sin )cos 2a v gL θθ=+利用特殊值,将o =30θ 代入上式可得.521a v gL gL =>因此最大值不是2gL ,D 错误。
故选AC 。
2.如图甲所示,质量为4kg 的物块A 以初速度v 0=6m/s 从左端滑上静止在粗糙水平地面上的木板B 。
已知物块A 与木板B 之间的动摩擦因数为μ1,木板B 与地面之间的动摩擦因数为μ2,A 、B 运动过程的v -t 图像如图乙所示,A 始终未滑离B 。
高一物理机械能及其守恒条件试题答案及解析1.如图所示,细绳跨过定滑轮悬挂两物体M和m,且M>m,不计摩擦,系统由静止开始运动过程中().A.M、m各自的机械能分别守恒B.M减少的机械能等于m增加的机械能C.M减少的重力势能等于m增加的重力势能D.M和m组成的系统机械能守恒【答案】BD【解析】两个物体运动过程中均做匀变速直线运动,但M向下走受到向上的拉力,m向上走受到向上的拉力,故二者机械能均不守恒,但是因为没有机械能之外的能量产生,所以该系统的机械能守恒,故BD正确。
【考点】系统机械能守恒定律的应用2.半径为r和R(r<R)的光滑半圆形槽,其圆心均在同一水平面上,如图所示,质量相等的两物体分别自半圆形槽左边缘的最高点无初速度地释放,在下滑过程中两物体()A.机械能均逐渐减小B.经最低点时对轨道的压力大小相等C.两球在最低点加速度大小不等D.机械能总是相等的【答案】BD【解析】由于两球从同一高度下滑,且两小球在圆形槽中滑行时机械能守恒,故在下滑过程中机械能也总相等,故选项A 错误,D正确;到达最低点的速度为,在最低点由牛顿定律,可得F=3mg,选项B正确;在最低点的加速度,与圆弧槽的半径无关,故选项C 错误。
【考点】机械能守恒定律及牛顿定律。
3.下列运动过程中,机械能一定守恒的是:A.做自由落体运动的小球B.在竖直平面内做匀速圆周运动的物体C.在粗糙斜面上匀加速下滑的物块D.匀速下落的跳伞运动员【答案】A【解析】判断机械能是否守恒有两种方法,一是根据条件判断;二是直接判断动能和势能的总和是否保持不变.做自由落体运动的小球,只有重力做功,A正确;做竖直面上的匀速圆周运动的物体,在运动中重力势能改变,而动能不变,机械能不守恒,故B错误.沿粗糙斜面加速滑下的物块,由于摩擦力做功,所以机械能一定不守恒,C错误;跳伞员带着张开的降落伞匀速下降,动能不变,重力势能减小,所以机械能减小,故D错误。
【考点】考查了机械能守恒定律4.神舟号载人飞船在发射至返回的过程中,以下哪些阶段返回舱的机械能是守恒的A.飞船升空的阶段B.飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段C.返回舱在大气层外向着地球做无动力飞行阶段D.降落伞张开后,返回舱下降的阶段【答案】BC【解析】根据机械能守恒的条件,只有重力(或引力)做功时机械能守恒。
第八章 机械能守恒定律第四节 机械能守恒定律[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念围绕功能关系的基本线索,建立“通过做功的多少,定量的研究能量及其相互转化”的观念,进而理解机械能守恒定律。
科学思维 初步学会从能量守恒的角度来解释物理现象,分析物理问题。
科学探究 体会自然界中“守恒”思想和利用“守恒”思想解决问题的方法。
科学态度与责任通过机械能守恒的学习,使学生树立科学观点,理解和利用自然规律,解决实际问题。
1.机械能(1)定义:物体的动能与重力势能(弹性势能)之和称为机械能。
(2)表达式:E =E p +E k ,其中E 表示机械能。
2.机械能守恒定律(1)内容:在只有重力或弹力这类力做功的情况下,物体系统的动能与势能相互转化,但机械能的总量保持不变。
(2)表达式:12mv 22+mgh 2=12mv 21+mgh 1或E k2+E p2=E k1+E p1。
3.机械能的理解(1)机械能⎩⎪⎨⎪⎧动能:E k=12mv 2势能⎩⎪⎨⎪⎧重力势能:E p=mgh 弹性势能(2)机械能的性质①状态量:做机械运动的物体在某一位置时,具有确定的机械能。
②相对性:其大小与参考系、零势能面的选取有关。
③系统性:是物体、地球和弹性系统所共有的。
(3)动能和势能可以相互转化。
4.守恒条件的理解只有重力或弹力做功的物体系统,可从三个方面理解: (1)受力:物体系统只受重力或弹力作用。
(2)做功:物体系统存在其他力作用,但其他力不做功,只有重力或弹力做功。
(3)转化:相互作用的物体组成的系统只有动能和势能的相互转化,无其他形式能量的转化。
注意:“只有重力或弹力做功”并非“只受重力或弹力作用”,也不是合力的功等于零,更不是某个物体所受的合力等于零。
知识点二 机械能守恒定律的应用 1.公式的证明如图,质量为m 的小球从光滑曲面上滑下。
当它到达高度为h 1的位置A 时,速度的大小为v 1,滑到高度为h 2的位置B 时,速度的大小为v 2。
图1Hh 地面 天花板图2一、学习要点1、知道什么是机械能,知道物体的动能和势能可以相互转化。
2、理解机械能守恒定律的内容。
3、能判定机械能是否守恒,并能列出机械能守恒的表达式。
二、学习内容(一)机械能及机械能守恒1、 和 统称机械能。
2、机械能与参考平面的选择有关,选择不同的参考平面,机械能__________。
3、机械能守恒定律:在只有 或 做功的情况下,动能和势能 ,但总的机械能 。
问题1:如何理解机械能的相对性?例1、质量为m 的小球置于桌面,桌面离地面高度为h ,桌面离天花板的距离为H ,如图1所示。
(1)若以桌面为参考平面,则小球的机械能为__________; (2)若以地面为参考平面,则小球的机械能为__________; (3)若以天花板为参考平面,则小球的机械能为________。
练习1、质量为0.5kg 的物体从离地面10m 高处开始做自由落体运动,下落1s 后,物体的动能为_________,重力势能减少_________。
若以地面为参考面,则物体下落1s 末的机械能为_________; 若以下落的初始位置为参考面,则物体下落1s 末的机械能为 (g 取10m/s 2)。
练习2、质量为m 的小球,从离地面高h 处以初速度v 0竖直上抛,小球能上升到离抛出点的最大高度为H ,若选取该最高点位置为零势能参考位置,不计阻力,则小球落回到抛出点时的机械能是( ) A .0 B .mgHC .2012mv mgh D .mgh 点评:机械能与零势面的选择有关,同一点选择的零势能点不同,其机械能的值不同。
问题2:如何判断物体的机械能守恒?例2、(双选题)以下运动中机械能守恒的是( )A .物体沿斜面匀速下滑B .物体从高处以g/3的加速度竖直下落C .细绳一端拴一小球,使之在水平面内作匀速圆周运动D .物体沿光滑的曲面滑下练习3、图2所示的四个选项的图中,木块均在固定的斜面上运动,其中图A 、B 、C 中斜面是光滑的,图D 中的斜面是粗糙的,图A 、B 中的F 为木块所受的外力,方向如图中箭头所示,图A 、B 、D 中的木块向下运动,图C 中的木块向上运动。
机械能守恒定律目录一.练经典---落实必备知识与关键能力 (1)二.练新题---品立意深处所蕴含的核心价值 (1)一.练经典---落实必备知识与关键能力1.(2022·山东学考)若忽略空气阻力的影响,下列运动过程中物体机械能守恒的是()A.被掷出后在空中运动的铅球B.沿粗糙斜面减速下滑的木块C.随热气球一起匀速上升的吊篮D.随倾斜传送带加速上行的货物【答案】A【解析】:机械能守恒的条件是只有重力做功,被掷出后在空中运动的铅球只有重力做功,机械能守恒;沿粗糙斜面下滑的木块除重力外还有摩擦力做功,机械能不守恒;随热气球一起匀速上升的吊篮在上升过程中动能不变,重力势能随高度增大而增大,机械能不守恒;随倾斜传送带加速上行的货物在上行过程中动能增大,重力势能增大,机械能不守恒。
故A正确。
2.(多选)如图所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()A.甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,A机械能守恒B.乙图中,A置于光滑水平面,物体B沿光滑斜面下滑,物体B机械能守恒C.丙图中,不计滑轮质量和任何阻力时A加速下落,B加速上升过程中,A、B组成的系统机械能守恒D.丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒【答案】CD【解析】:甲图中重力和弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但物体A机械能不守恒,A错误。
乙图中物体B除受重力外,还受弹力,弹力对B做负功,机械能不守恒,但从能量特点看A、B组成的系统机械能守恒,B错误。
丙图中A、B组成的系统只有重力做功,动能和势能相互转化,总的机械能守恒,C正确。
丁图中动能不变,势能不变,机械能守恒,D正确。
3.(2022·浙江7月学考)如图所示,质量为m的小球从距桌面h1高处的A点由静止释放,自由下落到地面上的B点,桌面离地高为h2。
选择桌面为参考平面,则小球()A.在A点时的重力势能为-mgh1B .在A 点时的机械能为mg (h 1+h 2)C .在B 点时的重力势能为mgh 2D .在B 点时的机械能为mgh 1 【答案】D【解析】: 选择桌面为参考平面,小球在A 点的重力势能为mgh 1,A 错误;小球在A 点的机械能等于重力势能和动能之和,而动能为零,所以在A 点的机械能为mgh 1,B 错误;小球在B 点的重力势能为-mgh 2,小球在B 点的机械能与在A 点的机械能相同,也是mgh 1,C 错误,D 正确。
机械能守恒定律【学习目标】1.明确机械能守恒定律的含义和适用条件.2.能准确判断具体的运动过程中机械能是否守恒. 3.熟练应用机械能守恒定律解题.4.知道验证机械能守恒定律实验的原理方法和过程.5.掌握验证机械能守恒定律实验对实验结果的讨论及误差分析. 【要点梳理】 要点一、机械能 要点诠释:(1)物体的动能和势能之和称为物体的机械能.机械能包括动能、重力势能、弹性势能。
(2)重力势能是属于物体和地球组成的重力系统的,弹性势能是属于弹簧的弹力系统的,所以,机械能守恒定律的适用对象是系统.(3)机械能是标量,但有正、负(因重力势能有正、负).(4)机械能具有相对性,因为势能具有相对性(须确定零势能参考平面),同时,与动能相关的速度也具有相对性(应该相对于同一惯性参考系,一般是以地面为参考系),所以机械能也具有相对性. 只有在确定了参考系和零势能参考平面的情况下,机械能才有确定的物理意义.(5)重力势能是物体和地球共有的,重力势能的值与零势能面的选择有关,物体在零势能面之上的势能是正值,在其下的势能是负值.但是重力势能差值与零势能面的选择无关. (6)重力做功的特点:①重力做功与路径无关,只与物体的始、未位置高度筹有关. ②重力做功的大小:W =mgh .③重力做功与重力势能的关系:P G W E =-△.要点二、机械能守恒定律 要点诠释:(1)内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内动能和势能可以相互转化,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)守恒定律的多种表达方式.当系统满足机械能守恒的条件以后,常见的守恒表达式有以下几种:①1122k P k P E E E E +=+,即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能与势能之和. ②P k E E =-△△或P k E E =-△△,即动能(或势能)的增加量等于势能(或动能)的减少量. ③△E A =-△E B ,即A 物体机械能的增加量等于B 物体机械能的减少量.后两种表达式因无需选取重力势能零参考平面,往往能给列式、计算带来方便. (3)机械能守恒条件的理解.①从能量转化的角度看,只有系统内动能和势能相互转化,无其他形式能量之间(如内能)的转化②从系统做功的角度看,只有重力和系统内的弹力做功,具体表现在:a .只有重力做功的物体,如:所有做抛体运动的物体(不计空气阻力),机械能守恒.b .只有重力和系统内的弹力做功.如图(a)、(b)、右图所示.图(a)中小球在摆动过程中线的拉力不做功,如不计空气阻力,只有重力做功,小球的机械能守恒.图(b)中A、B间,B与地面间摩擦不计,A自B上自由下滑过程中,只有重力和A、B间的弹力做功,A、B组成的系统机械能守恒.但对B来说,A对B的弹力做功,但这个力对B来说是外力,B的机械能不守恒.如下图,不计空气阻力,球在摆动过程中,只有重力和弹簧与球间的弹力做功,球与弹簧组成的系统机械能守恒,但对球来说,机械能不守恒.要点三、运用机械能守恒定律解题的步骤要点诠释:(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)恰当地选取零势能面,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方程,并求解结果.4.机械能守恒定律与动能定理的区别(1)机械能守恒定律和动能定理都是从做功和能量转化的角度来研究物体在力的作用下运动状态的改变,表达这两个规律的方程都是标量方程,这是它们的共同点.(2)机械能守恒定律的研究对象是物体组成的系统,动能定理的研究对象是一个物体(质点).(3)机械能守恒定律是有条件的,就是只允许重力和弹力做功;而动能定理的成立没有条件的限制,它不但允许重力和弹力做功,还允许其他力做功.(4)机械能守恒定律着眼于系统初、末状态的机械能的表达式,动能定理着眼于过程中合外力做的功及初、末状态的动能的变化.要点四、如何判断机械能是否守恒要点诠释:(1)对某一物体,若只有重力做功,其他力不做功,则该物体的机械能守恒.(2)对某一系统,物体间只有动能和势能的转化,系统跟外界没有发生机械能的传递,也没有转化成其他形式的能(如内能),则系统的机械能守恒.对于某个物体系统包括外力和内力,只有重力或弹簧的弹力做功,其他力不做功或者其他力做的功的代数和等于零,则该系统的机械能守恒,也就是说重力做功或弹力做功不能引起机械能与其他形式的能的转化,只能使系统内的动能和势能相互转化(3)机械能守恒的条件绝不是合外力做的功等于零,更不是合外力等于零,例如水平飞来的子弹打入静止在光滑水平面上的木块内的过程中,合外力的功及合外力都是零,但系统克服内部阻力做功,将部分机械能转化为内能,因而机械能的总量在减少.(4)一些绳子突然绷紧,物体间碰撞后合在一起等,除非题目特别说明,机械能一般不守恒.要点五、实验:验证机械能守恒定律要点诠释:1.实验原理通过实验,分别求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量.若二者相等,说明机械能守恒,从而验证机械能守恒定律:△E P=△E k.2.实验器材打点计时器及电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线.3.实验步骤(1)如图所示装置,将纸带固定在重物上,让纸带穿过打点计时器.(2)用手握着纸带,让重物静止在靠近打点计时器的地方,然后接通电源,松开纸带,让重物自由落下,纸带上打下一系列小点.(3)从打出的几条纸带中挑选打的点呈一条直线且点迹清晰的纸带进行测量,记下第一个点的位置O ,并在纸带上从任意点开始依次选取几个计数点1、2、3、4、…,并量出各点到O 点的距离h 1、h 2、h 3、…,计算相应的重力势能减少量mgh n ,如图所示.(4)依步骤(3)所测的各计数点到O 点的距离h 1、h 2、h 3、…,根据公式1102n n h h v T+--=计算物体在打下点1、2、…时的即时速度v 1、v 2、….计算相应的动能212n mv . (5)比较212n mv 与n mgh 是否相等. 4.实验结论在重力作用下,物体的重力势能和动能可以互相转化,但总的机械能守恒. 5.误差分析重物和纸带下落过程中要克服阻力,主要是纸带与计时器之间的摩擦力,计时器平面不在竖直方向,纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因,电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器,交流电的频率f 不是50 Hz 也会带来误差,f <50Hz ,使动能E k <E P 的误差进一步加大f >50 Hz ,则可能出现E k >E P 的结果.本实验中的重力加速度g 必须是当地的重力加速度,而不是纸带的加速度a .【典型例题】类型一、对守恒条件的理解例1、下列说法中正确的是( )A .用绳子拉着物体匀速上升,只有重力和绳的拉力对物体做功,机械能守恒B .做竖直上抛运动的物体,只有重力对它做功,机械能守恒C .沿光滑斜面自由下滑的物体,只有重力对物体做功,机械能守恒D .用水平拉力使物体沿光滑水平面做匀加速直线运动,机械能守恒【思路点拨】本题考察机械能守恒的条件。
高一物理机械能守恒例题解析推荐文章高中物理必修1连接体模型例题解析总结热度:高中物理的能量守恒定律知识点热度:高中物理电场典型例题的分析热度:高一物理动量与动量守恒知识点归纳热度:高中物理必修二第七章知识点热度:机械能守恒是高一物理课本中的重要知识点,学生可以根据例题来学好能机械能守恒内容。
下面店铺给大家带来的高一物理机械能守恒例题及解析,希望对你有帮助。
高一物理机械能守恒例题一.由“机械能=动能+势能”判断:若速度和高度不变,质量减小,动能减小,重力势能减小,机械能减小;若质量和速度不变,高度减小,动能不变,重力势能减小,机械能减小。
例1.直升飞机在空中匀速下降的过程中,以下说法正确的是:()A.直升飞机的动能不变,机械能也不变;B.直升飞机的重力势能减小,机械能也减小;C.直升飞机的动能转化为重力势能;D.直升飞机的重力势能转化为动能。
解析:这道题涉及到决定动能、势能的因素和机械能是动能和势能的总和以及能量转化的知识。
因为同一架飞机来说质量不变,匀速运动的飞机速度没有变,所以动能没有变,随着飞机的下降,高度减小,重力势能减小,由于“机械能=动能+势能”,则机械能减小。
故正确答案选B。
二.外力对物体做功,也由“机械能=动能+势能”来判断:若质量和速度不变,高度增加,动能不变,重力势能增大,机械能增大。
例2.起重机竖直方向匀速吊起某一重物G,在这一过程中,物体的:()A.动能增加,重力势能减小,机械能不变;B.动能不变,重力势能增加,机械能增加;C.动能减小,重力势能增加,机械能不变;D.动能减小,重力势能不变,机械能减小。
解析:本题主要考查影响动能和势能大小的因素,由于起重机吊物体是沿竖直方向匀速上升,质量和速度不变,动能不变;但由于起重机吊起物体,使物体逐渐升高,起重机克服了物体的重力做功,它的重力势能会越来越大,由于机械能等于不变的动能和增大的重力势能之和,故正确答案选B。
三.在动能和势能的相互转化的过程中,如果题目中有“光滑”、“自由”、“不计阻力”等词语,说明不计摩擦,则机械能不变例3.一个小孩从公园光滑的滑梯的顶端滑到底端,对于机械能的变化情况,下列说法正确的是()A.重力势能减小,动能不变,机械能减小;B.重力势能减小,动能增加,机械能减小;C.重力势能减小,动能增加,机械能增加;D.重力势能减小,动能增加,机械能不变。
高一物理机械能守恒解析及典型例题(1)只有重力做功时机械能守恒.设一个质量为m 的物体自然下落,经过高度为1h 的A 点(初位置)时速度为1v ,下落到高度为2h 的B 点(末位置)时速度为2v (图8-42),由动能定理得:21222121mv mv W G -=.又由重力做功与重力势能的关系得:21mgh mgh W G -= 则2121222121mgh mgh mv mv -=-或2221212121mgh mv mgh mv +=+ 这表明,在自由落体中,物体的动能与重力势能之和保持不变,则机械能守恒.事实上,上面推导过程中涉及重力做功与动能变化、势能变化的关系,与物体的运动轨迹形状无关,因而物体只受重力作曲线运动(如平抛运动、斜抛运动等)时,机械能也一定守恒.(2)只有弹力作用时机械能守恒.如图8-43所示,一个质量为m 的小球被处于压缩状态的弹簧弹开,速度由1v 增大到2v ,由动能定理得:1221222121k k N E E mv mv W -=-= 由弹力做功与弹性势能的关系得:21p p N E E W -= 则2112p p k k E E E E -=-即2211p k p k E E E E +=+,物体的动能与弹性势能之和保持不变,机械能守恒.(3)既有重力做功,又有弹力做功,并且只有这两个力做功时,机械能也守恒.如图8—44所示,一根轻弹簧一端固定在天花板上,另一端固定一质量为m 的小球,小球在竖直平面内从高处荡下,在速度由1v 增大到2v 的过程中,由动能定理得21222121mv mv W W N G -=+ 又由重力做功与重力势能的关系得21p p G E E W -= 由弹力做功与弹性势能的关系得''21p p N E E W -= 则212221212121mv mv 'E 'E E E p p p p -=-+- 即2222211121'21'mv E E mv E E p p p p ++=++,物体的动能、重力势能和弹性势能之和保持不变,机械能守恒.(4)有除重力和弹力之外的力做功,将使机械能增大或减小,机械能不守恒.例如,升降机匀速提升重物时,重物的动能不变,势能在增大,总的机械能不守恒,原因是除重力做功外,升降机也对重物做功,且做正功,通过做功将电能转化为重物的机械能.又例如,在水平面上运动的汽车刹车后,逐渐减速并停止,汽车的重力势能不变,动能在减小,总的机械能在减少,原因是汽车受到摩擦力做功,且做负功,通过做功将机械能转化为内能.(5)有除重力和弹力之外的力做功,但力所做功的代数和为零,则机械能守恒.例如,汽车在水平面上匀速行驶时,虽然受牵引力与摩擦力的作用,但其动能和势能均不变,机械能守恒.原因是牵引力与摩擦力做功的代数和为零例2 一轻绳通过无摩擦的定滑轮与在倾角为30°的光滑斜面上的物体m 1连接,另一端和套在竖直光滑杆上的物体m 2连接.已知定滑轮到杆的距离为3m ,物体m 2由静止从AB 连线为水平的位置开始下滑1m 时,m 1、m 2恰受力平衡如图所示.试求:(1)m 2在下滑过程中的最大速度.(2)m 2沿竖直杆能够向下滑动的最大距离一物块由静止开始从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点,在此过程中重力对物体做的功等于( )A .物块动能的增加量B .物块重力势能的减少量与物块克服摩擦力做的功之和C .物块重力势能的减少量和物块动能的增加量以及物块克服摩擦力做的功之和D .物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和4.一个质量为0.3 kg 的弹性小球,在光滑水平面上以6 m/s 的速度垂直撞到墙上,碰撞后小球沿相反方向运动,反弹后的速度大小与碰撞前相同.则碰撞前后小球速度变化量的大小Δv 和碰撞过程中墙对小球做功的大小W 为( )A .Δv =0B .Δv =12 m/sC .W =0D .W =10.8 J5.将一物体由地面竖直上抛,如果不计空气阻力,物体能够达到的最大高度为H ,当物体在上升过程中的某一位置时,它的动能是重力势能的2倍,则这一位置的高度为( )A .32H B .2H C .3H D .4H6 、(2010·成都市摸底测试)如图5-3-19所示为某同学设计的节能运输系统.斜面轨道的倾角为37°,木箱与轨道之间的动摩擦因数μ=0.25.设计要求:木箱在轨道顶端时,自动装货装置将质量m =2 kg 的货物装入木箱,木箱载着货物沿轨道无初速滑下,当轻弹簧被压缩至最短时,自动装货装置立刻将货物御下,然后木箱恰好被弹回到轨道顶端,接着再重复上述过程.若g 取10 m/s 2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求:(1)离开弹簧后,木箱沿轨道上滑的过程中的加速度大小;(2)满足设计要求的木箱质量.1.如图8—51所示,小球自a 点由静止自由下落,到b 点时与弹簧接触,到c 点时弹簧被压缩至最短,若不计弹簧的质量和空气阻力,小球由a →b →c 的运动过程中A .小球的动能逐渐减小B .小球的重力势能逐渐减小C .小球的机械能守恒D .小球的加速度逐渐减小2.两个质量相同的小球A 、B ,分别用细线悬挂在等高的 、 1O 、2O 点,A 球的悬线比B球的长,如图8—52所示,把两球均拉到与悬线水平后由静止释放,以悬点所在平面为参考平面,到两球经最低点时的A. A球的速度等于B球的速度B.A球的动能等于B球的动能C.A球的机械能等于B球的机械能D.A球对绳的拉力等于B球对绳的拉力1.下列叙述中正确的是( )A.合外力对物体做功为零的过程中,物体的机械能一定守恒B.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒C.做匀变速运动的物体机械能可能守恒D.当只有重力对物体做功时,物体的机械能守恒2.从地面竖直上抛两个质量不同而动能相同的物体(不计空气阻力),当上升到同一高度时,它们( )A.所具有的重力势能相等B.所具有的动能相等C.所具有的机械能相等D.所具有的机械能不等3.如下图所示,在粗糙斜面顶端固定一弹簧,其下端挂一物体,物体在A点处于平衡状态.现用平行于斜面向下的力拉物体,第一次直接拉到B点,第二次将物体先拉到C点,再回到B点.则这两次过程中( )A.重力势能改变量相等B.弹簧的弹性势能改变量相等C.摩擦力对物体做的功相等D.弹簧弹力对物体做功相等5.物体由静止出发从光滑斜面顶端自由滑下,当所用时间是下滑到底端所用时间的一半时,物体的动能与势能(以斜面底端为零势能参考平面)之比为( )A.1∶4B.1∶3C.1∶2D.1∶210.如下图所示,ABC是一段竖直平面内的光滑的1/4圆弧形轨道,圆弧半径为R,O为圆心,OA水平,CD是一段水平光滑轨道.一根长2R、粗细均匀的细棒,开始时正好搁在轨道两个端点上.现由静止释放细棒,则此棒最后在水平轨道上滑行的速度为 .11.如下图所示,在细线下吊一个小球,线的上端固定在O点,将小球拉开使线与竖直方向有一个夹角后放开,则小球将往复运动,若在悬点O的正下方A点钉一个光滑小钉,球在从右向左运动中,线被小钉挡住,若一切摩擦阻力均不计,则小球到左侧上升的最大高度是( )A.在水平线的上方B.在水平线上C.在水平线的下方D.无法确定12.如下图所示,OA、OB、BC均为光滑面,OA=OB+BC,角α>β,物体从静止由O点放开,沿斜面到A点所需时间为t1,物体从静止由O点放开沿OBC面滑到C点时间为t2,A、C 在同一水平面上,则关于t1与t2的大小的下述说法中正确的是( )A.t1=t2B.t1>t2C.t1<t2D.条件不足,无法判定13.如下图所示,有许多根交于A点的光滑硬杆具有不同的倾角和方向.每根光滑硬杆上都套有一个小环,它们的质量不相等.设在t=0时,各小环都由A点从静止开始分别沿这些光滑硬杆下滑,那么这些小环下滑速率相同的各点联结起来是一个( )A.球面B.抛物面C.水平面D.不规则曲面16.如下图所示,分别用质量不计不能伸长的细线与弹簧分别吊质量相同的小球A、B,将二球拉开使细线与弹簧都在水平方向上,且高度相同,而后由静止放开A、B二球,二球在运动中空气阻力不计,到最低点时二球在同一水平面上,关于二球在最低点时速度的大小是( )A.A球的速度大B.B球的速度大C.A、B球的速度大小相等D.无法判定19.如下图所示,一轻质杆上有两个质量相等的小球A、B,轻杆可绕O点在竖直平面内自由转动.OA=AB=l,先将杆拉至水平面后由静止释放,则当轻杆转到竖直方向时,B球的速度大小为 .3.22.如上图所示,质量相等的重物A 、B 用绕过轻小的定滑轮的细线连在一起处于静止状态.现将质量与A 、B 相同的物体C 挂在水平段绳的中点P ,挂好后立即放手.设滑轮间距离为2a ,绳足够长,求物体下落的最大位移.1.一物体从高处同一点沿不同倾角的光滑斜面滑到同一水平面,则( )A.在下滑过程中,重力对物体做的功相同B.在下滑过程中,重力对物体做功的平均功率相同C.在物体滑到水平面的瞬间,重力对物体做功的瞬时功率相同D.在物体滑到水平面的瞬间,物体的动能相同3.质量为m 的汽车以恒定功率P 在平直公路上行驶,汽车匀速行驶的速率为υ1,若汽车所受阻力不变,则汽车的速度为υ2(υ2<υ1=时,汽车的加速度大小是( ) A.2m v P B. 1m vP C. 2121)(v m v v v P - D. )()(22121v v m v v P +- 6.如下图所示,木块A 放在木块B 上左端,用恒力F 将A 拉至B 的右端,第一次将B 固定在地面上,F 做功为W 1,生热为Q 1;第二次让B 可以在光滑地面上自由滑动,这次F 做的功为W 2,生热为Q 2,则应有( )A.W 1<W 2,Q 1=Q 2B.W 1=W 2,Q 1=Q 2C.W 1<W 2,Q 1<Q 2D.W 1=W 2,Q 1<Q 29.如下图所示,小球做平抛运动的初动能为6J ,不计一切阻力,它落到斜面P 点时的动能为( )A.10JB.12JC.14JD.8J8.有一槽状的光滑直轨道,与水平桌面成某一倾角固定.一可视为质点的滑块,从轨道顶端A 点由静止开始下滑,经中点C 滑至底端B 点.设前半程重力对滑块做功的平均功率为P 1,后半程重力对滑块做功的平均功率为P 2,则P 1∶P 2等于( ) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶2 D.1∶(2+1)。
高一物理机械能守恒试题答案及解析,不计空气阻力,取地面为零势能1.从地面以仰角θ斜向上抛一质量为m的物体,初速度为V面,重力加速度为g。
当物体的重力势能是其动能的3倍时,物体离地面的高度为。
【答案】【解析】设物体离地面的高度为H,且速度为v,由题意知:,再由机械能守恒定律得:,联立解得:。
【考点】考查了机械能守恒平抛的运动轨迹2.如图所示,放置在竖直平面内的光滑杆AB,是按照从高度为h处以初速度v制成的,A端为抛出点,B端为落地点。
现将一小球套于其上,由静止开始从轨道A端滑下。
已知重力加速度为g,当小球到达轨道B端时()A.小球的速率为B.小球竖直方向的速度大小为C.小球在水平方向的速度大小为D.小球在水平方向的速度大小为【答案】D【解析】由机械能守恒定律,mgh=mv2,解得小球到达轨道B端时速率为v=;AB错误;当小球滑到B点时,设小球的速度与水平方向间的夹角为θ,则tanθ=,cosθ=;cosθ=,D正确。
小球在水平方向的速度v=v【考点】本题考查平抛运动、运动的合成与分解。
3.如图所示,竖立在水平地面上的轻弹簧,下端与地面固定,将一个金属球放置在弹簧顶端(球与弹簧不粘连),并用力向下压球,使弹簧作弹性压缩,稳定后用细线把弹簧拴牢,烧断细线,球将被弹起,脱离弹簧后能继续向上运动,那么该球从细线被烧断到刚脱离弹簧的这一运动过程中A.球所受的合力先增大后减小B.球的动能减小而它的机械能增加C.球刚脱离弹簧时弹簧的弹性势能最小D.球刚脱离弹簧时的动能最大【答案】 C【解析】试题分析: 从细线被烧断到弹簧的弹力等于小球的重力的过程中,小球受重力和弹力,弹力逐渐减小到零;开始时弹力大于重力,小球向上做加速运动,加速度逐渐减小到零;之后做减速运动,加速度反向增加;即加速度先减小后增加,合力先减小后增大,故A正确;、当小球的弹簧的弹力等于小球的重力时速度最大,所以小球的动能先增大后减小,所以球刚脱离弹簧时的动能不是最大,故B、D错误;从细线被烧断到刚脱离弹簧的运动过程中,弹簧的压缩量逐渐减小,弹簧的弹性势能逐渐减小,所以球刚脱离弹簧时弹簧的弹性势能最小.故C正确。
一、单个物体的机械能守恒判断一个物体的机械能是否守恒有两种方法:(1)物体在运动过程中只有重力做功,物体的机械能守恒。
物体在运动过程中不受媒质阻力和摩擦阻力,物体的机械能守恒。
所涉及到的题型有四类:(1)阻力不计的抛体类。
(2)固定的光滑斜面类。
(3)固定的光滑圆弧类。
(4)悬点固定的摆动类。
(1)阻力不计的抛体类 包括竖直上抛;竖直下抛;斜上抛;斜下抛;平抛,只要物体在运动过程中所受的空气阻力不计。
那么物体在运动过程中就只受重力作用,也只有重力做功,通过重力做功,实现重力势能与机械能之间的等量转换,因此物体的机械能守恒。
例:在高为h 的空中以初速度v 0抛也一物体,不计空气阻力,求物体落地时的速度大小?分析:物体在运动过程中只受重力,也只有重力做功,因此物体的机械能守恒,选水平地面为零势面,则物体抛出时和着地时的机械能相等2202121t mv mv mgh =+ 得:gh v v t 220+= (2)固定的光滑斜面类在固定光滑斜面上运动的物体,同时受到重力和支持力的作用,由于支持力和物体运动的方向始终垂直,对运动物体不做功,因此,只有重力做功,物体的机械能守恒。
例,以初速度v 0 冲上倾角为θ光滑斜面,求物体在斜面上运动的距离是多少?分析:物体在运动过程中受到重力和支持力的作用,但只有重力做功,因此物体的机械能守恒,选水平地面为零势面,则物体开始上滑时和到达最高时的机械能相等θsin 2120⋅==mgs mgh mv 得:θsin 220g v s = (3)固定的光滑圆弧类在固定的光滑圆弧上运动的物体,只受到重力和支持力的作用,由于支持力始终沿圆弧的法线方向而和物体运动的速度方向垂直,对运动物体不做功,故只有重力做功,物体的机械能守恒。
例:固定的光滑圆弧竖直放置,半径为R ,一体积不计的金属球在圆弧的最低点至少具有多大的速度才能作一个完整的圆周运动?分析:物体在运动过程中受到重力和圆弧的压力,但只有重力做功,因此物体的机械能守恒,选物体运动的最低点为重力势能的零势面,则物体在最低和最高点时的机械能相等22021221t mv R mg mv += 要想使物体做一个完整的圆周运动,物体到达最高点时必须具有的最小速度为:Rg v t = 所以 gR v 50=(4)悬点固定的摆动类和固定的光滑圆弧类一样,小球在绕固定的悬点摆动时,受到重力和拉力的作用。
第七章 机械能同步练习(一)例1 以20m/s 的速度将一物体竖直上抛,若忽略空气阻力,g 取10m/s 2,试求: (1) 物体上升的最大高度;(2) 以水平地面为参考平面,物体在上升过程中重力势能和动能相等的位置。
解析 (1) 设物体上升的最大高度为H ,在物体整个上升过程中应用机械能守恒定律,有2021mv mgH =, 解得102202220⨯==g v H m=20m 。
(2) 设物体重力势能和动能相等的位置距地面的高度为h ,此时物体的速度为v ,则有221mv mgh =。
在物体被抛出到运动至该位置的过程中应用机械能守恒定律,有2022121mv mv mgh =+。
由以上两式解得104204220⨯==g v h m=10m. 点拨 应用机械能守恒定律时,正确选取研究对象和研究过程,明确初、末状态的动能和势能,是解决问题的关键。
本题第(2)问也可在物体从重力势能与动能相等的位置运动至最高点的过程中应用机械能守恒定律,由221mv mgh =,mgH mv mgh =+221, 解得 2202==H h m=10m 。
例2 如图所示,总长为L 的光滑匀质铁链跨过一个光滑的轻小滑轮,开始时下端A 、B 相平齐,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?解析 这里提供两种解法。
解法一(利用E 2=E 1求解):设铁链单位长度的质量为ρ,且选取初始位置铁链的下端A 、B 所在的水平面为参考平面,则铁链初态的机械能为 21414gL L Lg E ρρ=⋅=, 末态的机械能为 2222121Lv mv E ρ==.根据机械能守恒定律有 E 2=E 1, 即224121gL Lv ρρ=,解得铁链刚脱离滑轮时的速度 2gLv =。
解法二(利用△E k =-△E p 求解):如图所示,铁链刚离开滑轮时,相当于原来的BB ’部分移到了AA ’的位置。
重力势能的减少量241221gL L Lg E p ρρ=⋅=∆-, 动能的增加量 221Lv E k ρ=∆。
积盾市安家阳光实验学校机械能守恒律练习与解析1、下列运动中能满足机械能守恒的是A.手榴弹从手中抛出后的运动(不计空气阻力)B.子弹射穿木块C.细绳一端固,另一端拴着一个小球,使小球在光滑水平面上做匀速圆周运动D.吊车将货物匀速吊起E.物体沿光滑圆弧面从下向上滑动F.降落伞在空中匀速下降解析:对于A,手榴弹从手中抛出后,在不计空气阻力的情况下,只受重力的作用,整个运动过程中只有重力做功,没有其他力做功,机械能守恒,A 正确.对B,子弹穿过木块的过程,子弹受到木块施加的摩擦力的作用,摩擦力对子弹做负功,子弹的动能一转化为内能,机械能不守恒,B不正确.对于C,小球在光滑的水平面上运动,受到重力、平面对小球的支持力,还有细绳对小球的拉力,除重力外这些力皆与小球的运动方向垂直,不做功,所以小球在运动过程中无能量转化,保持原有的动能不变,即机械能守恒,C正确.对于D,吊车将货物匀速吊起的过程中,货物受到与其重力大小相、方向相反的拉力作用,上升过程中除重力做功外还有拉力对物体做正功,货物的机械能增加,故D所指运动过程机械能不守恒.对于E,物体沿光滑圆弧面向上运动时,除重力做功外,弧面对物体的弹力不做功,故E所指运动中满足机械能守恒的条件.对F,降落伞在空中匀速下降,除受重力外,还受到与重力大小相、方向相反的空气阻力的作用,空气阻力对降落伞做负功,故它的机械能减少,不守恒.点评:此题考查学生对机械能守恒条件的理解.在分析某过程系统的机械能是否守恒时,首先结合各物体的运动情况分析系统的内力和外力,然后再分析各个力的做功情况,与机械能守恒条件对比,可以作出正确判断.答案:ACE2、一个人站在阳台上,以相同的速率v0分别把三个球竖直向上抛出、竖直向下抛出、水平抛出,不计空气阻力,则三球落地时的速率A.上抛球最大B.下抛球最大C.平抛球最大D.三球一样大解析:物体抛出后不受阻力,只受重力的作用,机械能守恒,故在抛出点的机械能要于落地点的机械能,所以落地时的动能相,速度大小相。
《功》二、功[要点导学]1、功的定义式W=F·l cosα,它是计算功的基本公式,不仅适用于恒力做功的计算,同时也适用于变力做功的计算,但由于中学数学知识的限制,中学阶段仅适用于恒力做功的计算,式中l是指以地面为参考系的位移,α是力F位移l的夹角。
当α=π/2时,W=0,这时F与l垂直,力F不做功;当α<π/2时,W>0,力F做正功,F起动力作用;当π/2<α≤π时,W<0,力F做负功,F起阻力作用。
2、一个力对物体做负功,也可以说成物体克服这个力做功。
竖直向上抛出的球,在上升过程中,重力对球做了-6J的功,也可以说成。
3、功是标量,没有方向,但有正负。
当物体在几个力作用下发生一段位移l时,这几个力对物体所做的总功,等于代数和,也等于__________所做的功。
4、如果一个物体在变力作用下运动,可以用微元法来计算变力所做的功。
先把轨迹分成___________小段,每小段都足够小,可认为是直线,而且物体通过每小段的_______足够短,在这样短的时间里,力的变化________,可以认为是恒定的。
对每小段可以用公式W=Flcosα计算,最后把物体通过各个小段所做的功加在一起,就是变力在整个过程中所做的功。
[范例精析]例1如图所示,水平面上有一倾角为θ的斜面,质量为m的物体静止在斜面上,现用水平力F推动斜面,使物体和斜面一起匀速向前移动距离l,求物体所受各力做的功各是多少?解析先作出示意图,再对斜面上的物体受力分析:重力mg,弹力N=mg cosθ,静摩擦力f=mg sinθ,它们都是恒力。
W G=mglcosπ/2=0, W N=N l cos(π/2-θ)=mg l sinθcosθW f=fl cos(π-θ)=- mglsinθcosθ拓展这三个力对物体做的总功W G+W N+W f=0,也可以先求三个力的合力,再求总功,匀速运动时,F合=0,所以W总=0例2如图所示,小物体m位于光滑的斜面M上,斜面位于光滑的水平地面上,从地面上看,在小物体沿斜面下滑的过程中,斜面对小物体的作用力( )A、垂直于接触面,做功为零B、垂直于接触面,做功不为零C、不垂直于接触面,做功为零D、不垂直于接触面,做功不为零解析由于斜面光滑,所以斜面对物体只有支持力作用,支持力属于弹力,其方向总是垂直于接触面指向被支持的物体,所以此时斜面对小物体的作用力应垂直于接触面;讨论斜面对小物体的作用力是否做功,关键是看小物体是否在此力的方向上发生位移,为此有必要定性画出经过一段时间后小物体发生的对地位移,由于斜面放在光滑的地面上,小物体在斜面上下滑时,斜面将后退,由图可知,此力对小物体是做功的,本正确选为B。
机械能守恒
模块一机械能守恒定律
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1.机械能的定义
力做功的过程,也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程。
我们把物体
的动能,重力势能和弹性势能统称为机械能,用E 表示,单位是J 重力做功
或弹簧弹力做功可以使机械能从一种形式转化为另一种形式。
2.机械能守恒定律
在只有重力或弹簧弹力做功的物体系统内,动能和势能可以互相转化,而系统的机械能保持不变这叫做机械能守恒定律。
由于势能是一个系统内物体所共有的能量,所以机械能守恒定律适用的是一个物体系统而不是单个物体。
对机械能守恒定律同学们可以从两个不同角度理解
(1)初态的机械能等于末态的机械能(需要选择零势能参考平面)
(2)系统内动能的减小量等于势能的增加量(或者势能的减小量等于动能的增加量)
3.机械能守恒的条件除了重力、弹力以外没有其他
力除了重力、弹力以外还受其他力,但其他力不
做功
除了重力、弹力以外还受其他力,且其他力也做功,但做功的代数和为零
实战演练
【例1】下列关于机械能是否守恒的说法中正确的是()
A.做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒B.做匀加
速直线运动的物体的机械能不可能守恒C.运动物体只要
不受摩擦阻力的作用,其机械能一定守恒D.物体只发生
动能和势能的相互转化,其机械能一定守恒
【例2】下列运动中满足机械能守恒的是()A.手
榴弹从手中抛出后的运动(不计空气阻力)
B.子弹射穿木块
C.细绳一端固定,另一端拴着一个小球,使小球在光滑水平面上做匀速圆周运动
D.吊车将货物匀速吊起
E.物体沿光滑圆弧面从下向上滑动F.降落伞在
空中匀速下降
【例3】如图所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()
A.甲图中,物体A 将弹簧压缩的过程中,A 机械能守恒B.乙图中,在大小等
于摩擦力的拉力下沿斜面下滑时,物体B 机械能守恒C.丙图中,不计任何阻力
时,A 加速下落,B 加速上升过程中,A、B 机械能守恒D.丁图中,小球沿水平
面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒
【例4】如图所示,一轻弹簧的一端固定于O 点,另一端系一重物,将重物从与悬点O 在同一水平面且弹簧保持原长的A 点无初速度释放,让它自由下摆,不计空气阻力,则在重物由A 点摆向最低点B 的过程中()
A.弹簧与重物的总机械能守恒B.弹簧的
弹性势能增加C.重物的机械能定恒
D.重物的机械能增加
【例5】 如图所示,一固定斜面倾角为 30 ,一质量为 m 的小物块自斜面底端以一定的初速度,沿斜面
向上做匀减速运动,加速度大小等于重力加速度的大小 g 。
若物块上升的最大高度为 H ,则此 过程中,物块的( )
A .动能损失了 2mgH
B .动能损失了 mgH
C .机械能损失了 mgH
D .机械能损失了 1
mgH
2
【例6】 物体做自由落体运动,E k 代表动能,E p 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的关系的是(
)
A .
B .
C .
D .
【例7】 如图,一轻绳的一端系在固定粗糙斜面上的 O 点,另一端系一小球.给小球一足够大的初速度,
使小球在斜面上做圆周运动.在此过程中( )
A .小球的机械能守恒
B .重力对小球不做功
C .绳的张力对小球不做功
D .在任何一段时间内,小球克服摩擦力所做的功总是等于小球动能的减少
2gh gh
gh
2
【例8】 如图所示,在轻弹簧的下端悬挂一个质量为 m 的小球 A ,若将小球 A 从弹簧原长位置由静止
释 放,小球 A 能够下降的最大高度为 h 。
若将小球 A 换为质量为 2m 的小球 B ,仍从弹簧原长位置 由静止释放,则小球 B 下降 h 时的速度为(重力加速度为 g ,不计空气阻力。
)( )
A .
B .
C .
D . 0
【例9】 如图所示,小球自高 h 处以初速度 v 0 竖直下抛,正好落在弹簧上,把弹簧压缩后又被弹起,
弹 簧质量不计。
空气阻力不计。
则下列说法正确的是( )
A .小球落到弹簧上后立即做减速运动,动能不断减小,但动能与弹性势能总和保持不变
B .在碰到弹簧后的下落过程中,系统的弹性势能与重力势能之和先变小后变大
C .在碰到弹簧后的下落过程中,重力势能与动能之和一直减小
D .小球被弹起后,最高点仍是出发点
【例10】如图所示是为了检验某种防护罩承受冲击能力的装置的一部分, M 为半径为 R = 1.0m 、固定
于 竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道,轨道上端切线水平, M 的下端相切处放置竖直向上的弹 簧枪,可发射速度不同的质量 m = 0.01kg 的小钢珠。
假设某次发射的钢珠沿轨道内侧恰好能经
过 M 的上端点水平飞出,取 g = 10m/s 2 ,弹簧枪的长度不计,则发射该钢珠前,弹簧的弹性势 能为(
)
A . 0.10J
B . 0.15J C
.
0.20J D . 0.25J
【例11】如图所示,把小球拉起使悬线呈水平状态后,无初速度地释放小球。
小球运动到最低点时,悬
线碰到钉子A ,AO 是整个线长的2。
则下列说法中,正确的是()3
A.碰到钉子A 后,悬线对小球的拉力是碰到钉子前的3 倍
B.碰到钉子A 后,小球的速度是碰到钉子前的3 倍
C.碰到钉子前后的瞬间,小球的机械能保持不变D.碰
到钉子A 以后,小球将能越过最高点
【例12】如图中两物体质量分别为m 和2m ,滑轮的质量和摩擦都不计,2m 的物体从静止开始下降h 后的速度是多大?
模块二能量守恒定律
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1.能量守恒定律
能量不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化成另一种形式从一个物体转移到别的物体,在转化或转移过程中,能的总量保持不变。
2.能量耗散
自然界中自发的能量转化和转移也具有某种方向性。
比如在与热现象有关的能量转化过程就是具有方向性的。
如摩擦力做功的过程,要损耗机械能而生热,产生的热不可能自发的全部转化成机械能。
这种现象叫做能量的耗散,在能源的利用过程中,及在能量的转化过程中,能量在数量上虽未减少,但在可利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的了。
实战演练
【例13】有以下物理现象:在平直公路上行驶的汽车制动后滑行一段距离,最后停下;流星在夜空中坠落并发出明亮的光;降落伞在空中匀速下降;条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产
生感应电流.在这些现象所包含的物理过程中,这些运动的物体具有的相同特征是()
A.都有重力做功B.物体都要克服阻力做功C.都有动能转化为
其他形式的能D.都有势能转化为其他形式的能
【例14】在2008 年北京奥运会上,俄罗斯著名撑杆跳运动员伊辛巴耶娃以5.05 m 的成绩第24 次打破世界纪录。
图为她在比赛中的几个画面,下列说法中正确的是()
A.运动员过最高点时的速度为零B.撑杆恢复形变时,其弹性势能全
部转化为运动员的动能C.运动员助跑阶段,身体中的化学能只转化为
人的动能D.运动员在上升过程中对杆先做正功后做负功
【例15】如图所示,一根原长为L 的轻弹簧.竖直放置,下端固定在水平地面上,一个质量为m 的小球,在弹簧的正上方从距地面高为H 处自由下落并压缩弹簧。
若弹簧的最大压缩量为x ,小球下落
过程受到的空气阻力恒为f ,则小球下落的整个过程中,小球动能的增量为,小球
重力势能的增量为,弹簧弹性势能的增量为。
【例16】如图所示,演员正在进行杂技表演。
由图可估算出他将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋所做的功最接近于()
A.0.3J B.3J
C.30J D.300J
【例17】如图所示,一轻弹簧的左端固定,右端与一小球相连,小球处于光滑水平面上,现对小球施加一个方向水平向右的恒力F ,使小球从静止开始运动。
则小球在向右运动的整个过程中()
A.小球和弹簧组成的系统机械能守恒
B.小球和弹簧组成的系统机械能逐渐增大
C.小球的动能逐渐增大D.小球的动能先
增大后减小
【例18】如图所示,一轻质弹簧原长l ,竖直固定在水平面上,一质量为m 的小球从离水平面高为H 处自由下落,正好压在弹簧上,下落过程中小球遇到的空气阻力恒为 f ,小球压缩弹簧的最大压缩量为x 。
则弹簧被压到最短时的弹性势能为()
A.(mg -f )(H-l +x)
B.mg (H-l +x)-f (H-l )
C.mgH -f (l -x)
D.mg (l -x)+f (H-l +x)。