2020年初高中物理衔接教材专题讲座第16讲机械能

2020年初高中物理衔接教材专题讲座一、学习目标：1、通过动能定理的推导理解理论探究的方法及其科学思维的重要意义；2、记住重力势能的概念，会用重力势能的表达式进行计算；4、会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件。二、学习要点：1、动能定理的理解与深化性应用；2、重力势能的概念及重力做功跟物体重力势能改变的关系；3、应用机械能守恒定律解决具体问题．衔接点1动能【基础知识梳理】动能的定义：物体的动能等于物体的质量与物体速度的二次方的乘积的一半．动能的表达式：212kEmv动能的单位：国际单位是焦耳(J)名师点睛：对动能的理解：①动能是标量，且只有正值②动能具有瞬时性，在某一时刻，物体具有一定的速度，也就具有一定的动能。③动能具有相对性，对不同的参考系，物体速度有不同的瞬时值，也就具有不同的动能，一般都以地面为参考系研究物体的运动。④物理意义：描述运动状态的物理量。质量为m的物体在水平方向上受到恒定的牵引力F和阻力f作用，经A处时的动能为2112mv，发生一段位移x后到达位置B时的动能2212mv，请利用牛顿定律及运动学公式试推导在这过程中，合力对物体做功与物体动能的变化关系。2020年初高中物理衔接教材专题讲座动能定理：★动能定理的内容：合外力所做的功等于物体动能的变化★动能定理的表达式：21-kkkWEEE名师点睛：对动能定理的理解①动能定理说明了功和能的密切关系，即做功的过程是能量转化的过程②等号并不意味着“功转化成动能”，而是“功引起动能的变化”。体会“功是能量转化的量度”③注意：动能定理的计算式是标量式，v为相对同一参考系的速度★动能定理适用范围：①恒力做功或变力做功②曲线运动或直线运动③单个物体或几个物体④一个过程或全过程【典例引路剖析】【例题1】关于同一物体的动能和动量，下列说法中正确的是（）A.动能不变，动量一定不变B.动能变了，动量一定变C.动量不变，动能可能变D.动量变了，动能一定变【答案】B【解析】动能不变，说明速度的大小不变，但是方向不一定不变，则动量不一定不变，选项A错误；动能变了，则速度一定变化，则动量一定变，选项B正确；动量不变，则速度的大小和方向均不变，2020年初高中物理衔接教材专题讲座动能一定不变，选项C错误；动量变了，可能是速度的方向变了，则动能可能不变，选项D错误；故选B.【例题2】物体在两个相互垂直的力作用下运动，力F1对物体做功6J，物体克服力F2做功8J，则物体的动能（）A.增加14JB.增加10JC.增加2JD.减少2J【答案】D点睛：本题考查动能定理的应用，要注意明确克服力做功，即为此力做负功；同时要注意体现功的标量性，明确总功等于各力做功的代数和.【变式训练】1、下列关于动能的说法中，正确的是（）A.物体的动能不变，则其速度也一定不变B.物体的速度不变，则其动能也不变C.物体在合外力作用下做变速运动，动能一定变化D.物体的动能不变，所受的合外力必定为零【答案】B【解析】在匀速圆周运动中，动能不变，速度时刻改变，故A错误；速度不变，是指大小和方向都不变，所以动能不变，故B正确；物体在合外力作用下做变速运动，如匀速圆周运动，则动能不变，故C错误；物体的动能不变，说明物体所受的合外力不做功或做功的代数和为零，所以合外力不一定为零，故D错误。所以B正确，ACD错误。2、改变物体质量和速度都可改变物体动能，在下列情况下物体的动能变化最大的是：（）A.物体的质量不变，运动速度增大到原来的2倍B.物体的速度不变，质量增大到原来的2倍C.物体的质量变为原来的3倍，运动速度减为原来的一半D.物体的质量变为原来的一半，速度增加为原来的4倍【答案】D【解析】质量不变，速度增大到原来的2倍，根据动能的表达式Ek=12mv2，物体的动能变为原来4倍．速度不变，质量增大到原来的2倍，根据动能的表达式Ek=12mv2，物体的动能变为原来2倍．质2020年初高中物理衔接教材专题讲座3、一质量为为4kg的滑块，以4m/s的速度在光滑的水平面上向右滑行，从某时刻起，在滑块上作用一个方向向左的水平力F=4N，经过一段时间，滑块的速度方向变为向左，大小仍为4m/s，在这段时间里水平力做功为（）A.8JB.0C.16JD.32J【答案】B【解析】根据动能定理得：W=12mv22-12mv12=12m（42-42）=0．故B正确，ACD错误．故选B．点睛：运用动能定理解题不需要考虑速度的方向，动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动，既适用于恒力做功，也适用于变力做功．衔接点2势能【基础知识梳理】★重力势能的定义：物体由于位于高处而具有的能量叫做重力势能。★讨论交流设想你要从某座高楼的第17层下到第8层，你可以乘电梯下，也可以沿楼梯走下两种方式下楼，重力对你做的功是否相等？★探究物体分别走直线，斜线，曲线时重力做功是否相等★重力做功的特点：重力对物体做的功跟路径无关，仅由物体的质量和始、末两个位置的高度决定。重力做功的表达式：12GWmghmghh1，h2分别代表始、末两个位置的高度★重力势能的表达式：PEmgh特别提醒：h是指物体的重心高度重力势能的单位：焦耳(J)重力势能是标量★重力势能的相对性由于高度具有相对性，所以重力势能也具有相对性。高度的相对性不影响对相关重力势能的问题的研究，因为高度差是一定的。2020年初高中物理衔接教材专题讲座★参考平面选定某一个水平面，并把这个水平面的高度定为零，则物体在该平面上的重力势能为零(又称零势面)。在参考平面上方的物体，重力势能是正值；在参考平面下方的物体，重力势能是负值。物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。★重力势能的定义：物体由于位于高处而具有的能量叫做重力势能。★讨论交流设想你要从某座高楼的第17层下到第8层，你可以乘电梯下，也可以沿楼梯走下两种方式下楼，重力对你做的功是否相等？★探究物体分别走直线，斜线，曲线时重力做功是否相等★重力做功的特点：重力对物体做的功跟路径无关，仅由物体的质量和始、末两个位置的高度决定。重力做功的表达式：12GWmghmghh1，h2分别代表始、末两个位置的高度★重力势能的表达式：PEmgh特别提醒：h是指物体的重心高度重力势能的单位：焦耳(J)重力势能是标量★重力势能的相对性由于高度具有相对性，所以重力势能也具有相对性。高度的相对性不影响对相关重力势能的问题的研究，因为高度差是一定的。★参考平面选定某一个水平面，并把这个水平面的高度定为零，则物体在该平面上的重力势能为零(又称零势面)。在参考平面上方的物体，重力势能是正值；在参考平面下方的物体，重力势能是负值。物体具有负的重力势能，表示物体在该位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能要少。二、弹性势能★物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能。★物体的形变量越大，弹性势能就越大★一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能★势能是系统共有的说明：不只是重力势能，任何形式的势能，都是相应的物体系统由于其中各物体之间，或物体内的各部分之间存在相互作用而具有的能，是由各物体的相对位置决定的．2020年初高中物理衔接教材专题讲座【典例引路剖析】【例题1】一实心立方体铁块和一实心立方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，取水平地面为参考平面，则下列说法正确的是（）A.铁块的重力势能大于木块的重力势能B.铁块的重力势能小于木块的重力势能C.铁块的重力势能等于木块的重力势能D.以上三种情况都有可能【答案】B【例题2】如图所示，桌面高度为h，质量为m的小球，从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设桌面处的重力势能为零，关于重力势能的说法正确的是（）A.重力势能是矢量，有正负之分B.刚开始下落时的重力势能为mg（H+h）C.落地时的重力势能为零D.落地时的重力势能为—mgh【答案】D【解析】重力势能只有大小没有方向，故为标量，故A错误；因为以桌面为零势能面，故刚开始下落时的重力势能为：mgH，故B错误；落地时相对于桌面的高度为-h，故落地时的重力势能为-mgh，故C错误，D正确。所以D正确，ABC错误。【变式训练】1、有两个形状和大小均相同的圆台形容器，如图所示放置．两容器中装有等高的水，且底部都粘有一个质量和体积都相同的木质球．使两球脱离底部，最终木球浮于水面静止．木球上升过程中体积不变，该过程中重力对两球做的功分别为Ｗ甲和Ｗ乙，则（）A.｜Ｗ甲｜＞｜Ｗ乙｜B.｜Ｗ甲｜＝｜Ｗ乙｜C.｜Ｗ甲｜＜｜Ｗ乙｜D.无法确定2020年初高中物理衔接教材专题讲座【答案】A2、如图所示，质量分布均匀的球位于水平地面上，球的质量为m、半径为R。以地面为参考平面，球的重力势能为（）A.mgRB.12mgRC.0D.-mgR【答案】A【解析】重心离零势能面的高度为R，所以小球的重力势能为mgh=mgR，故A正确；BCD错误。3、一物体在自由下落过程中，重力做了2J的功，则（）A.该物体重力势能减少，减少量小于2JB.该物体重力势能减少，减少量等于2JC.该物体重力势能减少，减少量大于2JD.该物体重力势能增加，增加量等于2J【答案】B【解析】下落过程中重力方向和位移方向相同，所以重力做正功，重力势能减小，重力做了多少功，就有多少重力势能发生变化，故重力势能减小量等于2J，B正确．衔接点3机械能守恒【基础知识梳理】机械能守恒定律（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能会发生相互转化，但机械能的总量保持不变。（2）表达式：12EE1122PkPkEEEE（3）条件：只有重力做功或弹簧弹力做功（4）对机械能守恒条件的理解：①物体只受重力，不受其他力；②物体只受重力和弹簧弹力，不受其他力；③物体受重力和弹簧弹力，还受其他力，但其他力不做功；2020年初高中物理衔接教材专题讲座【典例引路剖析】【例题1】在下面各个实例中，除1外都不考虑空气阻力，判断哪些机械能是守恒的，并说明理由。1.伞兵带着张开的降落伞在空气中匀速下落。2.抛出的手榴弹做抛物线运动。3.物体沿着光滑的曲面滑下。4.拉着物体沿着光滑的斜面匀速上升。5.在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧，把弹簧压缩后，又被弹回来（考察小球和弹簧组成的系统）6.用细绳拴着一个小球，使小球在光滑水平桌面内做匀速圆周运动。7.套在光滑圆环上的小球在竖直面内做圆周运动解析：1.机械能不守恒，因为除重力做功外，降落伞还要克服空气阻力做功。2.机械能守恒，因为除受重力外，没有其它力对手榴弹做功。3.机械能守恒，因为除重力做功外，曲面弹力始终与位移垂直，不做功。4.机械能不守恒，因为除重力外，还有拉力对物体做功。5.机械能守恒，因为除弹簧弹力外，没有其它力对小球做功。6.机械能守恒，因为小球在水平面上运动,重力和支持力不做功,重力势能不变;绳的拉力始终与位移垂直，也不做功，小球做匀速圆周运动，动能也不变。7.机械能守恒，因为除重力外，环的弹力不做功。小球的动能和重力势能相互转化，但机械能保持不变。【典例引路剖析】【例题1】如图所示，在水平桌面上的A点有一个质量为m的物体以初速度v0被拋出，不计空气阻力，当它到达B点时，其动能为()A.201+mgh2mvB.2012mv+mgHC.mgH－mghD.2012mv+mgHh【答案】A【解析】试题分析：小球做抛体运动，只受重力，机械能守恒，根据守恒定律列式求解即可．小球做抛体运动，只受重力，机械能守恒，减小的重力势能等于增加的动能，即2020年初高中物理衔接教材专题讲座2201122mghmvmv，解得2201122mvmghmv，A正确．【例题2】如图所示，小球在竖直向下的力F作用下，将竖直轻弹簧压缩，若将力F撤去，小球将向上弹起并离开弹簧，则小球在上升过程中（）A.小球的机械能守恒B.弹性势能为零时，小球动能最大C.小球在刚离开弹簧时，小球动能最大D.小球在刚离开弹簧时，小球机械能最大【答案】D点睛：解决本题的关键会通过物体的受力判断物体的运动，知道弹力和重力相等时，速度