第一篇:機(jī)械能守恒定律的經(jīng)典習(xí)題
機(jī)械能守恒定律的經(jīng)典習(xí)題
例1 氣球受到的浮力為其重量的1.5倍,由地面上升到離地40米高處時(shí),由氣球上脫離出一個(gè)物體,問從物體脫離氣球時(shí)起,再經(jīng)過多少時(shí)間此物體的動(dòng)能恰為其勢能的兩倍?(取g=10米/秒)
選題目的:本題對于學(xué)生掌握整體分析法解題有幫助
揭示思路:首先要把整個(gè)體系的運(yùn)動(dòng)過程搞清楚,氣球從地面上開始作初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),在40米高處它獲得了速度物體的脫離出,可看作是一個(gè)由脫離點(diǎn)以,此時(shí)
2速度上拋的物體。
設(shè)物體運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能恰為勢能的兩倍。這樣我們就得先判斷C點(diǎn)是在A點(diǎn)的上方還是下方。
物體在A點(diǎn)時(shí)的熱能
而動(dòng)能
因此EKA 解法1,可分段運(yùn)算。 先計(jì)算物體由A→B的上升高度和所用時(shí)間:物體從A點(diǎn)脫離氣球是以初速做豎直上拋運(yùn)動(dòng),所以要先求 。氣球從地面上升,是浮力做正功,重力做負(fù)功,那么獲得功能: 所以: 消去M得 物體上拋至最高點(diǎn)B位移為 則體從A→B所用時(shí)間: 然后再計(jì)算物體從B落至C的情況: 根據(jù)題意可知是物體在高度為60米處自由下落,在C處其EKC=2EPC,這樣我們就可以利“思維基礎(chǔ)7”的例子的解法,求出C點(diǎn)距地面的高度hc。 因?yàn)镋KC=2EPC 所以C點(diǎn)機(jī)械能總量為EC=3EPC 根據(jù)機(jī)械能守恒定律知:EB=EC 即mghB=3mghc ∴hc=hB=20米 則物體從BC的位移為40米。 因此下落時(shí)間為 那么總時(shí)間t=t上+t下=4.83秒 解法2:根據(jù)EKC=2EPC 可知: 你可以利用運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律求出vc和hc來,代入上式即可求出。你試一試。 你可能還會(huì)創(chuàng)造一些解法,這是培養(yǎng)你創(chuàng)造性能力的好方法,你不妨動(dòng)一動(dòng)腦子。 例2 固定在火車車廂內(nèi)的光滑斜面,傾角為,車廂以速度 前進(jìn),斜面上質(zhì)量為m的滑決從點(diǎn)A自由下滑距離為s,如圖所示.試分析:以地面為參照系,質(zhì)量為m的滑塊機(jī)械能是否守恒? 選題目的:注意不同參照系中機(jī)械能守恒的問題 解析:以地面為參照系,取過A點(diǎn)的水平面為零勢能面,則 式中 為滑塊從點(diǎn)A相對斜面下滑距離s,后到達(dá)點(diǎn)B時(shí)相對地 和車廂速度 的矢的速度,其大小為滑塊在點(diǎn)B時(shí)相對車廂的速度量和的大小,和 夾角為 . 如圖所示,以車廂為參照物,滑塊從點(diǎn)A下滑到點(diǎn)B的過程中,只有重力做功,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,得 由余弦定理,得 將上述表達(dá)式,代入 式中,有 即 故以地面為參照系,質(zhì)量為m的滑塊機(jī)械能不守恒. 例3 粗細(xì)均勻的U形玻璃管,豎直放置,將其左側(cè)開口用軟橡皮塞封住,從右側(cè)開口注入適量水銀后,經(jīng)測量,兩側(cè)水銀面高度差為h,水銀柱總長為4h,如圖(a) 輕輕地將橡皮塞拔出,試問:兩側(cè)水銀面平齊時(shí),液面上升(下降)的速度多大(不計(jì)水銀在管中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力)? 選題目的:對于學(xué)生把握機(jī)械能守恒定律在流體及非固聯(lián)物系統(tǒng)中的應(yīng)用有一定的幫助。 分析與解 : 由于水銀在玻璃管中流動(dòng)時(shí)阻力很小,可以不計(jì),故機(jī)械能守恒. 開始時(shí)右側(cè)水銀面比左側(cè)面高h(yuǎn),取左側(cè)水銀面所處水平面 為重力勢能參照面(如圖(a)),這時(shí)右側(cè)管中參照面上方長度為h的水銀柱的重力勢能為 由于參照面下方總有長度為3h的水銀柱、它的重力勢能不發(fā)生變化,可以不予考慮,拔去橡皮塞,在重力作用下右側(cè)水銀面下降,左側(cè)水銀面上升,設(shè)兩側(cè)水銀面平齊時(shí),水銀柱的速度為v,這時(shí)整個(gè)水銀柱的動(dòng)能為 這時(shí),參照面上方兩段水銀柱的重力勢能為 根據(jù)機(jī)械能守恒定律,及 ,即 。將上述 表達(dá)式代入,經(jīng)化簡可得兩側(cè)水銀面平齊時(shí),水銀面上升(下降)的速度為 例4 如圖所示,小鐵球A、B分別固定在長度均為L的輕線、輕桿的下端,線、桿的上端分別固定于O點(diǎn),且均能繞O點(diǎn)無摩擦地轉(zhuǎn)動(dòng).要求小球能繞過最高點(diǎn),求小球在最低點(diǎn)的最小速度、各為多大? 選題目的:對于學(xué)生掌握機(jī)械能守恒定律在圓周動(dòng)的應(yīng)用有一定的幫助 運(yùn) 分析:線或桿對小球的彈力,在小球繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中,始終與瞬時(shí)速度相垂直,所以彈力不做功.只有重力作功,小球的機(jī)械能守恒.要注意到線與桿對球約束的差異,線可受拉力不能受壓力.所以A球達(dá)最高點(diǎn)線的拉力的最小值為零,線不可能給小球以支持力,球速不能小于 ;桿可受拉力也可受壓力,所以B球達(dá)最高點(diǎn)桿可以給小球以支持力,球速允許等于零. 解:要求A球作圓周運(yùn)動(dòng)達(dá)到最高點(diǎn),并具有最小的速度,則要求線處于要松的臨界狀態(tài),即拉球的彈力等于零的狀態(tài).A球在最高點(diǎn)由所受的重力提供向心力. 由牛頓第二定律得 由機(jī)械能守恒定律,設(shè)球的最低點(diǎn)重力勢能為零,則 的最小值為 要求B球達(dá)到最高點(diǎn),且具有最小的速度,則由于桿可以給球支持力F,當(dāng) 時(shí)。 由機(jī)械能守恒定律得 的最小值為 點(diǎn)評:在解答有關(guān)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),一定要注意臨界條件的判斷,物體能否作完整的圓周運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵在于能否通過最高點(diǎn).繩子約束的物體,通過最高點(diǎn)的臨界條件是彈力等于零,而速度不等于零;桿約束的物體,通過最高點(diǎn)的臨界條件是速度等于零兩彈力不等于零. 例5 如圖所示,質(zhì)量不計(jì)的長繩,沿水平方向跨放在相距2L的兩個(gè)小滑輪A和B上,繩的兩端各掛一個(gè)質(zhì)量均為m的物體P;若將質(zhì)量為M()的物體Q,掛在AB的中點(diǎn)C處并由靜止釋放,求Q沿豎直方向下落的最大距離(不考慮滑輪的質(zhì)量及摩擦力). 選題目的:對于學(xué)生領(lǐng)會(huì)機(jī)械能守恒定律在滑輪系統(tǒng)的應(yīng)用有較大的幫助。 分析與解: 把物體P和物體Q以及連接它們的繩子作為一個(gè)系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)中只有重力做功,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒. 系統(tǒng)由靜止開始,當(dāng)Q沿豎直方向下降最大距離H時(shí),速度顯然為零.這時(shí)兩個(gè)物體P沿豎直方向上升h,它們的速度也為零(如圖所示);不難看出 Q下降,重力勢能減少M(fèi)gH;兩個(gè)物體P上升,重力勢能增加2mgh;根據(jù)機(jī)械能守恒定律有 解上式,可得【綜合評述】 ①重物Q下降到最低點(diǎn)時(shí),速度為零,但這時(shí)它的加速度不為零!Q下降到最低點(diǎn)時(shí),它所受的合外力豎直向上,Q有豎直向上的加速度!同樣,旁邊兩個(gè)物體P有豎直向下的加速度. ②為了說明問題,并使讀者能獲得較為明確、深刻的印象。假定,在此條件下,在。 的條件下,系統(tǒng)的平衡位置即物體P、Q所受合外力為零位置在什么地方呢? 不難判斷,P、Q所受合外力為零時(shí),繩中張力它受繩AC、BC的拉力的合力和重力作用: ,對Q來講,即,可知這時(shí)繩AC、BC與豎直方向的夾角〔 ,即繩AC、BC間的夾角〕為120°;這時(shí)物體Q與最高位置之間的距離 例6 如圖所示,已知光滑水平面上的光滑斜面體質(zhì)量為m,鐵球的質(zhì)量也為m,球心與懸點(diǎn)之間的距離為L,斜面體在水平力作用下,系統(tǒng)恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),這時(shí)懸掛鐵球的細(xì)繩與豎直方向的夾角等于。撤去水平力F,斜面體最終將以速度v沿光滑水平面做勻速運(yùn)動(dòng);鐵球?qū)砘財(cái)[動(dòng),擺動(dòng)時(shí)最高位置與最低位置的高度差為h。求解v和h的值: 選題目的:學(xué)生領(lǐng)會(huì)機(jī)械能守恒定律的優(yōu)點(diǎn)和溫習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)有較大的幫助。 分析與解: (1)由于斜面體和水平面都光滑,撤去F后,擺球和斜面體組成的系統(tǒng),只有擺球所受的重力做功,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒。 撤去水平力F后,斜面體沿光滑水平面向右運(yùn)動(dòng).?dāng)[球沿圓弧運(yùn)動(dòng);當(dāng)擺線到達(dá)豎直位置時(shí),擺球與斜面體的水平速度(設(shè)為v)相等,由機(jī)械能守恒定律可知 (2)斜面體與擺球分離后,擺球系統(tǒng)的總能量為 ,振動(dòng)中機(jī)械能守恒,動(dòng)能與重力勢能相互轉(zhuǎn)化,擺球的最高位置與最低位置的高度差h由機(jī)械能守恒定律決定: 例7 質(zhì)量 kg的汽車開上一山坡。汽車沿山坡每前進(jìn)100m,其高度升高2m。上坡時(shí)汽車速度為5m/s,沿山坡行駛500m后速度變?yōu)?0m/s。已知車行駛中所受阻力大小是車重的0.01倍,試求: (1)此過程中汽車所受牽引力做功多少? (2)汽車所受平均牽引力多大?取。 選題目的:對于學(xué)生理解功能原理和動(dòng)能定理的區(qū)別有較大的幫助。 引導(dǎo)學(xué)生思考與分析: (1)如何依據(jù)意哪些問題? (2)用什么區(qū)別? 求解本題?應(yīng)用該規(guī)律求解問題時(shí)應(yīng)注 求解本題,與應(yīng)用動(dòng)能定理 有 歸納學(xué)生分析的結(jié)果,教師明確給出例題求解的主要過程: 取汽車開始時(shí)所在位置為參考平面,應(yīng)用物體機(jī)械能變化規(guī)律 解題時(shí),要著重分析清楚重力、彈力以外其它力對物體所做的功,以及此過程中物體機(jī)械能的變化。這既是應(yīng)用此規(guī)律解題的基本要求,也是與應(yīng)用功能定理解題的重要區(qū)別。 機(jī)械能守恒定律的經(jīng)典習(xí)題 例1 氣球受到的浮力為其重量的1.5倍,由地面上升到離地40米高處時(shí),由氣球上脫離出一個(gè)物體,問從物體脫離氣球時(shí)起,再經(jīng)過多少時(shí)間此物體的動(dòng)能恰為其勢能的兩倍?(取g=10米/秒) 選題目的:本題對于學(xué)生掌握整體分析法解題有幫助 揭示思路:首先要把整個(gè)體系的運(yùn)動(dòng)過程搞清楚,氣球從地面上開始作初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),在40米高處它獲得了速度物體的脫離出,可看作是一個(gè)由脫離點(diǎn)以,此時(shí) 2速度上拋的物體。 設(shè)物體運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能恰為勢能的兩倍。這樣我們就得先判斷C點(diǎn)是在A點(diǎn)的上方還是下方。 物體在A點(diǎn)時(shí)的熱能 而動(dòng)能 因此EKA 解法1,可分段運(yùn)算。 先計(jì)算物體由A→B的上升高度和所用時(shí)間:物體從A點(diǎn)脫離氣球是以初速做豎直上拋運(yùn)動(dòng),所以要先求 。氣球從地面上升,是浮力做正功,重力做負(fù)功,那么獲得功能: 所以: 消去M得 物體上拋至最高點(diǎn)B位移為 則體從A→B所用時(shí)間: 然后再計(jì)算物體從B落至C的情況: 根據(jù)題意可知是物體在高度為60米處自由下落,在C處其EKC=2EPC,這樣我們就可以利“思維基礎(chǔ)7”的例子的解法,求出C點(diǎn)距地面的高度hc。 因?yàn)镋KC=2EPC 所以C點(diǎn)機(jī)械能總量為EC=3EPC 根據(jù)機(jī)械能守恒定律知:EB=EC 即mghB=3mghc ∴hc=hB=20米 則物體從BC的位移為40米。 因此下落時(shí)間為 那么總時(shí)間t=t上+t下=4.83秒 解法2:根據(jù)EKC=2EPC 可知: 你可以利用運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律求出vc和hc來,代入上式即可求出。你試一試。 你可能還會(huì)創(chuàng)造一些解法,這是培養(yǎng)你創(chuàng)造性能力的好方法,你不妨動(dòng)一動(dòng)腦子。 例2 固定在火車車廂內(nèi)的光滑斜面,傾角為,車廂以速度 前進(jìn),斜面上質(zhì)量為m的滑決從點(diǎn)A自由下滑距離為s,如圖所示.試分析:以地面為參照系,質(zhì)量為m的滑塊機(jī)械能是否守恒? 選題目的:注意不同參照系中機(jī)械能守恒的問題 解析:以地面為參照系,取過A點(diǎn)的水平面為零勢能面,則 式中 為滑塊從點(diǎn)A相對斜面下滑距離s,后到達(dá)點(diǎn)B時(shí)相對地 和車廂速度 的矢的速度,其大小為滑塊在點(diǎn)B時(shí)相對車廂的速度量和的大小,和 夾角為 . 如圖所示,以車廂為參照物,滑塊從點(diǎn)A下滑到點(diǎn)B的過程中,只有重力做功,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,得 由余弦定理,得 將上述表達(dá)式,代入 式中,有 即 故以地面為參照系,質(zhì)量為m的滑塊機(jī)械能不守恒. 例3 粗細(xì)均勻的U形玻璃管,豎直放置,將其左側(cè)開口用軟橡皮塞封住,從右側(cè)開口注入適量水銀后,經(jīng)測量,兩側(cè)水銀面高度差為h,水銀柱總長為4h,如圖(a) 輕輕地將橡皮塞拔出,試問:兩側(cè)水銀面平齊時(shí),液面上升(下降)的速度多大(不計(jì)水銀在管中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力)? 選題目的:對于學(xué)生把握機(jī)械能守恒定律在流體及非固聯(lián)物系統(tǒng)中的應(yīng)用有一定的幫助。 分析與解 : 由于水銀在玻璃管中流動(dòng)時(shí)阻力很小,可以不計(jì),故機(jī)械能守恒. 開始時(shí)右側(cè)水銀面比左側(cè)面高h(yuǎn),取左側(cè)水銀面所處水平面 為重力勢能參照面(如圖(a)),這時(shí)右側(cè)管中參照面上方長度為h的水銀柱的重力勢能為 由于參照面下方總有長度為3h的水銀柱、它的重力勢能不發(fā)生變化,可以不予考慮,拔去橡皮塞,在重力作用下右側(cè)水銀面下降,左側(cè)水銀面上升,設(shè)兩側(cè)水銀面平齊時(shí),水銀柱的速度為v,這時(shí)整個(gè)水銀柱的動(dòng)能為 這時(shí),參照面上方兩段水銀柱的重力勢能為 根據(jù)機(jī)械能守恒定律,及 ,即 。將上述 表達(dá)式代入,經(jīng)化簡可得兩側(cè)水銀面平齊時(shí),水銀面上升(下降)的速度為 例4 如圖所示,小鐵球A、B分別固定在長度均為L的輕線、輕桿的下端,線、桿的上端分別固定于O點(diǎn),且均能繞O點(diǎn)無摩擦地轉(zhuǎn)動(dòng).要求小球能繞過最高點(diǎn),求小球在最低點(diǎn)的最小速度、各為多大? 選題目的:對于學(xué)生掌握機(jī)械能守恒定律在圓周動(dòng)的應(yīng)用有一定的幫助 運(yùn) 分析:線或桿對小球的彈力,在小球繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中,始終與瞬時(shí)速度相垂直,所以彈力不做功.只有重力作功,小球的機(jī)械能守恒.要注意到線與桿對球約束的差異,線可受拉力不能受壓力.所以A球達(dá)最高點(diǎn)線的拉力的最小值為零,線不可能給小球以支持力,球速不能小于 ;桿可受拉力也可受壓力,所以B球達(dá)最高點(diǎn)桿可以給小球以支持力,球速允許等于零. 解:要求A球作圓周運(yùn)動(dòng)達(dá)到最高點(diǎn),并具有最小的速度,則要求線處于要松的臨界狀態(tài),即拉球的彈力等于零的狀態(tài).A球在最高點(diǎn)由所受的重力提供向心力. 由牛頓第二定律得 由機(jī)械能守恒定律,設(shè)球的最低點(diǎn)重力勢能為零,則 的最小值為 要求B球達(dá)到最高點(diǎn),且具有最小的速度,則由于桿可以給球支持力F,當(dāng) 時(shí)。 由機(jī)械能守恒定律得 的最小值為 點(diǎn)評:在解答有關(guān)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),一定要注意臨界條件的判斷,物體能否作完整的圓周運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵在于能否通過最高點(diǎn).繩子約束的物體,通過最高點(diǎn)的臨界條件是彈力等于零,而速度不等于零;桿約束的物體,通過最高點(diǎn)的臨界條件是速度等于零兩彈力不等于零. 例5 如圖所示,質(zhì)量不計(jì)的長繩,沿水平方向跨放在相距2L的兩個(gè)小滑輪A和B上,繩的兩端各掛一個(gè)質(zhì)量均為m的物體P;若將質(zhì)量為M()的物體Q,掛在AB的中點(diǎn)C處并由靜止釋放,求Q沿豎直方向下落的最大距離(不考慮滑輪的質(zhì)量及摩擦力). 選題目的:對于學(xué)生領(lǐng)會(huì)機(jī)械能守恒定律在滑輪系統(tǒng)的應(yīng)用有較大的幫助。 分析與解: 把物體P和物體Q以及連接它們的繩子作為一個(gè)系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)中只有重力做功,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒. 系統(tǒng)由靜止開始,當(dāng)Q沿豎直方向下降最大距離H時(shí),速度顯然為零.這時(shí)兩個(gè)物體P沿豎直方向上升h,它們的速度也為零(如圖所示);不難看出 Q下降,重力勢能減少M(fèi)gH;兩個(gè)物體P上升,重力勢能增加2mgh;根據(jù)機(jī)械能守恒定律有 解上式,可得【綜合評述】 ①重物Q下降到最低點(diǎn)時(shí),速度為零,但這時(shí)它的加速度不為零!Q下降到最低點(diǎn)時(shí),它所受的合外力豎直向上,Q有豎直向上的加速度!同樣,旁邊兩個(gè)物體P有豎直向下的加速度. ②為了說明問題,并使讀者能獲得較為明確、深刻的印象。假定,在此條件下,在。 的條件下,系統(tǒng)的平衡位置即物體P、Q所受合外力為零位置在什么地方呢? 不難判斷,P、Q所受合外力為零時(shí),繩中張力它受繩AC、BC的拉力的合力和重力作用: ,對Q來講,即,可知這時(shí)繩AC、BC與豎直方向的夾角〔 ,即繩AC、BC間的夾角〕為120°;這時(shí)物體Q與最高位置之間的距離 例6 如圖所示,已知光滑水平面上的光滑斜面體質(zhì)量為m,鐵球的質(zhì)量也為m,球心與懸點(diǎn)之間的距離為L,斜面體在水平力作用下,系統(tǒng)恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),這時(shí)懸掛鐵球的細(xì)繩與豎直方向的夾角等于。撤去水平力F,斜面體最終將以速度v沿光滑水平面做勻速運(yùn)動(dòng);鐵球?qū)砘財(cái)[動(dòng),擺動(dòng)時(shí)最高位置與最低位置的高度差為h。求解v和h的值: 選題目的:學(xué)生領(lǐng)會(huì)機(jī)械能守恒定律的優(yōu)點(diǎn)和溫習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)有較大的幫助。 分析與解: (1)由于斜面體和水平面都光滑,撤去F后,擺球和斜面體組成的系統(tǒng),只有擺球所受的重力做功,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒。 撤去水平力F后,斜面體沿光滑水平面向右運(yùn)動(dòng).?dāng)[球沿圓弧運(yùn)動(dòng);當(dāng)擺線到達(dá)豎直位置時(shí),擺球與斜面體的水平速度(設(shè)為v)相等,由機(jī)械能守恒定律可知 (2)斜面體與擺球分離后,擺球系統(tǒng)的總能量為 ,振動(dòng)中機(jī)械能守恒,動(dòng)能與重力勢能相互轉(zhuǎn)化,擺球的最高位置與最低位置的高度差h由機(jī)械能守恒定律決定: 例7 質(zhì)量 kg的汽車開上一山坡。汽車沿山坡每前進(jìn)100m,其高度升高2m。上坡時(shí)汽車速度為5m/s,沿山坡行駛500m后速度變?yōu)?0m/s。已知車行駛中所受阻力大小是車重的0.01倍,試求: (1)此過程中汽車所受牽引力做功多少? (2)汽車所受平均牽引力多大?取。 選題目的:對于學(xué)生理解功能原理和動(dòng)能定理的區(qū)別有較大的幫助。 引導(dǎo)學(xué)生思考與分析: (1)如何依據(jù)意哪些問題? (2)用什么區(qū)別? 求解本題?應(yīng)用該規(guī)律求解問題時(shí)應(yīng)注 求解本題,與應(yīng)用動(dòng)能定理 有 歸納學(xué)生分析的結(jié)果,教師明確給出例題求解的主要過程: 取汽車開始時(shí)所在位置為參考平面,應(yīng)用物體機(jī)械能變化規(guī)律 解題時(shí),要著重分析清楚重力、彈力以外其它力對物體所做的功,以及此過程中物體機(jī)械能的變化。這既是應(yīng)用此規(guī)律解題的基本要求,也是與應(yīng)用功能定理解題的重要區(qū)別。 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 (一)一、選擇題(每小題4分,共32分) 1.一個(gè)人站在高出地面h處,拋出一個(gè)質(zhì)量為m的物體.物體落地時(shí)的速率為v,不計(jì)空氣阻力,則人對物體所做的功為() A.mggh B.mggh//22 C.122 mv 2D. 122 mv--mggh 2 2.從同一高度以相同的速率分別拋出質(zhì)量相等的三個(gè)小球,一個(gè)豎直上拋,一個(gè)豎直下拋,另一個(gè)平拋,則它們從拋出到落地() ①運(yùn)行的時(shí)間相等 ②加速度相同 ③落地時(shí)的速度相同 ④落地時(shí)的動(dòng)能相等 以上說法正確的是 A.①③ B.②③ C.①④ D.②④ 3.水平面上甲、乙兩物體,在某時(shí)刻動(dòng)能相同,它們僅在摩擦力作用下停下來.圖7-7-27中的aa、b分別表示甲、乙兩物體的動(dòng)能E和位移s的圖象,則 圖7-27 ①若甲、乙兩物體與水平面動(dòng)摩擦因數(shù)相同,則甲的質(zhì)量較大 ②若甲、乙兩物體與水平面動(dòng)摩擦因數(shù)相同,則乙的質(zhì)量較大 ③若甲、乙質(zhì)量相同,則甲與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)較大 ④若甲、乙質(zhì)量相同,則乙與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)較大 以上說法正確的是() A.①③ B.②③ C.①④ D.②④ 4.當(dāng)重力對物體做正功時(shí),物體的() A.重力勢能一定增加,動(dòng)能一定減小 B.重力勢能一定增加,動(dòng)能一定增加 C.重力勢能一定減小,動(dòng)能不一定增加 D.重力勢能不一定減小,動(dòng)能一定增加 5.自由下落的小球,從接觸豎直放置的輕彈簧開始,到壓縮彈簧有最大形變的過程中,以下說法中正確的是() A.小球的動(dòng)能逐漸減少 B.小球的重力勢能逐漸減少 C.小球的機(jī)械能守恒 D.小球的加速度逐漸增大 6.一個(gè)質(zhì)量為m的物體以aa=2g的加速度豎直向下運(yùn)動(dòng),則在此物體下降h高度的過程中,物體的 ①重力勢能減少了2mgh ②動(dòng)能增加了2mgh ③機(jī)械能保持不變 ④機(jī)械能增加了mgh 以上說法正確的是() A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ 7.如圖7-7-28所示,將懸線拉至水平位置無初速釋放,當(dāng)小球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí),細(xì)線被一與懸點(diǎn)同一豎直線上的小釘B擋住,比較懸線被小釘子擋住的前后瞬間,圖7-28 ①小球的機(jī)械能減小 ②小球的動(dòng)能減小 ③懸線的張力變大 ④小球的向心加速度變大 以上說法正確的是() A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 8.如圖7-7-29所示,B物體的質(zhì)量是A物體質(zhì)量的1/2,在不計(jì)摩擦阻力的情況下,A物體自H高處由靜止開始下落.以地面為參考平面,當(dāng)物體A的動(dòng)能與其勢能相等時(shí),物體距地面的高度是() 圖7-29 A. 1H 51D.HH 3B. 2HH C. 4HH 5 二、非選擇題(共28分) 9.(4分)某地強(qiáng)風(fēng)的風(fēng)速約為v=20 m/s,設(shè)空氣密度為??=1..3 kg/m3.如果把通過橫截面積S=20 m2的風(fēng)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電能,則利用上述已知量計(jì)算電功率的公式應(yīng)為P=______,大小約為______W(取一位有效數(shù)字). 10.(4分)如圖7-7-30所示,將一根長L=0..4 m的金屬鏈條拉直放在傾角??=30°的光滑斜面上,鏈條下端與斜面下邊緣相齊,由靜止釋放后,當(dāng)鏈條剛好全部脫離斜面時(shí),其速度大小為_____m/s.(g取10 m/s2) 圖7-30 11.(6分)如圖7-7-31所示,輕桿兩端各系一質(zhì)量均為m的小球A、B,輕桿可繞O的光滑水平軸在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),A球到O的距離為L1,B球到O的距離為L2,且L1>L22,輕桿水平時(shí)無初速釋放小球,不計(jì)空氣阻力,求桿豎直時(shí)兩球的角速度為______. 圖7-31 12.(7分)如圖7-7-32所示,質(zhì)量為m的物體以某一初速v0從A點(diǎn)向下沿光滑的軌道運(yùn)動(dòng),不計(jì)空氣阻力,若物體通過最低點(diǎn)B的速度為33gR,求: (1)物體在A點(diǎn)時(shí)的速度; 圖7-32 (2)物體離開C點(diǎn)后還能上升多高. 13.(7分)如圖7-7-33所示,以速度v0=1212 m//ss沿光滑地面滑行的光滑小球,上升到頂部水平的跳板上后由跳板飛出,當(dāng)跳板高度h多大時(shí),小球飛行的水平距離s2s最大?這個(gè)距離是多少?(gg=1010 m//ss2) 圖7-33 參考答案 一、選擇題(每小題4分,共32分) 1.解析:設(shè)物體拋出時(shí)的初速度為vv0,因不計(jì)空氣阻力,故物體在運(yùn)動(dòng)過程中僅有重力做功,故機(jī)械能守恒,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有 11mmvv022+mmgghh=mmvv22 2211mmvv022=mmvv22--mmgghh 2 2則人對物體所做的功為 W人= 故選項(xiàng)D正確. 答案:D 2.解析:三個(gè)小球在運(yùn)動(dòng)過程中加速度均為重力加速度g,②對;因初速度方向不同,運(yùn)行時(shí)間不同,①錯(cuò);根據(jù)機(jī)械能守恒定律知④對;因速度是矢量,三小球落地的速度方向不一樣,故速度不相同故③錯(cuò).D選項(xiàng)正確. 答案:D 3.解析:由動(dòng)能定理得:E=E0--fs,故圖中斜率大小代表滑動(dòng)摩擦力大?。蔲aa>fb.當(dāng)k相同時(shí),由f=kmg知,maa>mb,①對,②錯(cuò);當(dāng)m相同時(shí),μaa>μb,③對,④錯(cuò).故A選項(xiàng)正確. 答案:A 4.解析:重力做正功,重力勢能一定減少;但物體受力情況不詳,無法判定物體運(yùn)動(dòng)速度的變化情況,無法判斷物體動(dòng)能的變化情況.故C選項(xiàng)正確. 答案:C 5.B 6.D 7.解析:懸線被釘子擋住的前、后瞬間,重力和懸線拉力F均不對小球做功,故小球的機(jī)械能及動(dòng)能均不變,故①、②均錯(cuò). 對最低點(diǎn)的小球,有: 2 向心加速度aa=vv2//RR,擋住前以O(shè)為圓心做圓周運(yùn)動(dòng);擋住后以B為圓心做圓周運(yùn)動(dòng),故擋住后半徑R變小,aa變大,④對. 根據(jù)牛頓第二定律,有: FF--mmgg=mmaa,aa變大,F(xiàn)變大,③對. 故選項(xiàng)CC正確. 答案:CC 8.解析:設(shè)當(dāng)A的動(dòng)能等于A的勢能時(shí),A離地高度為hh,A和B的共同速率為v.另外A的質(zhì)量mA=22m,B的質(zhì)量mB=m.本題A、B運(yùn)動(dòng)過程中,A、B系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,即A減少的勢能等于A、B兩物體增加的動(dòng)能之和. 1122 22(mv2)+mv2 2 2122mgg(H--h)=22mggh+(22mggh) h=H,故選項(xiàng)B正確. 522mgg(H--h)= 答案:B 二、非選擇題(共28分) 9.解析:功率的意義是單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化的能量:P=W/ t=ΔE/Δt.因此只要求出單位時(shí)間內(nèi)通過截面S的動(dòng)能,則可求出P的表達(dá)式. 設(shè)空氣在時(shí)間t內(nèi)截面S的質(zhì)量為m,則 m=??V體=??Svt.在t內(nèi)通過截面S的風(fēng)的動(dòng)能為Ek=mv2/2=??Sv3t/2. 因?yàn)轱L(fēng)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電能,所以其電功率為 P=Ek/t=??Sv3/2,把已知量代入得P≈105 W. 答案:??Sv3/2;1×105 10.解析:鏈條下滑的過程中,僅有重力做功,機(jī)械能守恒. mg(LL1 sin??+)=mv2 v=g(Lsin??L)?6 m/s 22 2答案:6 11.解析:設(shè)桿豎直時(shí)A、B兩球的速度分別為vA、vB,A、B系統(tǒng)機(jī)械能守恒,選初始位置為零勢能面,得0=mggL22+ 1122 mvB2--mggL1+mvA2 222g(L1?L2)22(L1?L2) 又vA=?? L1,vB=?? L22,解得??= 答案:2g(L1?L2)22(L1?L2) 12.解析:以物體為研究對象不計(jì)空氣阻力,僅有重力做功,全過程中機(jī)械能守恒. (1)從A到B,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有 1122mv02+mgg·33RR=mvB2 222 v0=vB?6gR?3gR (2)從B經(jīng)C到最高點(diǎn),根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有 答案:(1)3gR(22)3..5R 13.解析:由光滑地面至頂部水平跳板的過程中,僅有重力做功,機(jī)械 能守恒.根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有 得:v=v0?2gh 小球由跳板飛出后做平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律知,小球飛行的距離ss為: ss=vtt=v0?2gh2212 mvB2=mgg(R+hCC)hCC=3..5R 21122 mv02=mv2+mggh 222h g22v0v02 =22()?(h?)2 4g4g2v0 可見,當(dāng)滿足條件h==3..6m時(shí) 4g 小球飛出后的水平距離最大,其值為 2v0 ssm==7..2 m 2g 答案:3..6 m;7..2 m 《機(jī)械能守恒定律》說課稿 尊敬的各位專家,下午好! 我說課的主題是“機(jī)械能守恒定律”。下面我對這節(jié)課分五個(gè)方面進(jìn)行說明:教材分析、學(xué)情分析、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)過程、板書設(shè)計(jì)。 一、教材分析 《機(jī)械能守恒定律》是人教版高中新教材必修2第七章第8節(jié),本節(jié)內(nèi)容從理論推導(dǎo)過程中,強(qiáng)化學(xué)生對動(dòng)能定理的進(jìn)一步理解;從思維方式上看,它符合由特殊到一般,再到特殊的認(rèn)識(shí)規(guī)律,并在探究、推理過程中注重培養(yǎng)學(xué)生的演繹推理能力,分析歸納能力和探索發(fā)現(xiàn)能力,領(lǐng)悟物理規(guī)律的研究方法。機(jī)械能守恒定律屬物理規(guī)律教學(xué),是對功能關(guān)系的進(jìn)一步認(rèn)識(shí),是學(xué)生理解能量的轉(zhuǎn)化與守恒的鋪墊,為今后學(xué)習(xí)動(dòng)量守恒、電荷守恒打下基礎(chǔ)。它結(jié)合動(dòng)量守恒定律是解決力學(xué)綜合題的核心,而這類問題又常伴隨著較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程和受力特點(diǎn)是充分考查學(xué)生抽象思維能力、分析能力、應(yīng)用能力的關(guān)鍵點(diǎn),所以在高考中也是必考點(diǎn)——占整個(gè)力學(xué)部分的30%左右。根據(jù)新課標(biāo)要求通過本節(jié)課教學(xué)要實(shí)現(xiàn)如下教學(xué)目標(biāo)。 二、學(xué)情分析 學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過有關(guān)機(jī)械能的基本概念,在前幾節(jié)功、重力勢能、動(dòng)能和動(dòng)能定理等內(nèi)容的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上,機(jī)械能守恒定律的建立已經(jīng)“水到渠成”。學(xué)生可根據(jù)已學(xué)知識(shí)在適當(dāng)引導(dǎo)下自行推證機(jī)械能守恒的表達(dá)式,機(jī)械能守恒定律較牛頓運(yùn)動(dòng)定律更為簡便,學(xué)生易掌握和運(yùn)用。 三、教學(xué)目標(biāo) 根據(jù)上述教材結(jié)構(gòu)與內(nèi)容分析,依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn),考慮到學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、心理特征,制定如下教學(xué)目標(biāo): 1、知識(shí)與技能 1)知道什么是機(jī)械能; 2)知道物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化; 3)理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容; 4)掌握機(jī)械能守恒的條件; 5)學(xué)會(huì)在具體問題中,能判定機(jī)械能是否守恒,并能列出機(jī)械能守恒的方程式; 6)初步學(xué)會(huì)從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來解釋物理現(xiàn)象,分析問題的方法,提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合分析、解決問題的能力。 2、情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 1)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題,并利用已有知識(shí)探索學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力; 2)通過教學(xué)過程中各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì),如:觀察、實(shí)驗(yàn)等,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣; 3)通過能量守恒的教學(xué),使學(xué)生樹立科學(xué)觀點(diǎn),理解和運(yùn)用自然規(guī)律,并用來解決實(shí)際問題。 3、過程與方法: 1)學(xué)會(huì)在具體的問題中判定物體的機(jī)械能是否守恒。 2)初步掌握運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化和守恒來解釋物理現(xiàn)象及分析問題的方法。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 本著課程標(biāo)準(zhǔn),在吃透教材、了解學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,我確立了如下的教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)。 重點(diǎn): 1)掌握機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)、建立過程,理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容; 2)在具體的問題中能判定機(jī)械能是否守恒,并能列出定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 難點(diǎn): 1)從能的轉(zhuǎn)化和功能關(guān)系出發(fā)理解機(jī)械能守恒的條件; 2)能正確判斷研究對象在所經(jīng)歷的過程中機(jī)械能是否守恒,能正確分析物體系統(tǒng)所具有的機(jī)械能,尤其是分析、判斷物體所具有的重力勢能。 四、教學(xué)方法 主要采用了講授法、討論法、歸納法相結(jié)合的啟發(fā)式教學(xué)方法。通過師生一起探索得出物理規(guī)律及適用條件,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性,充分體現(xiàn)“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的教學(xué)原則。采用情景→問題→分析與活動(dòng)→總結(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)模式,以老師指導(dǎo)下的學(xué)生活動(dòng)為主。通過這樣一個(gè)設(shè)計(jì)過程,學(xué)生理解機(jī)械能守恒定律的條件容易多了,整個(gè)難點(diǎn)的克服過程通過這樣四個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì),讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。這種運(yùn)用歸納法的思想,從一個(gè)個(gè)典型的物理情景中總結(jié)出科學(xué)的結(jié)論,可以大大調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。在隨后的課堂練習(xí)和課外作業(yè)中,學(xué)生對守恒條件的認(rèn)識(shí)和理解很準(zhǔn)確到位,提高課堂教學(xué)的效果。 五、教學(xué)過程(引入新課) 用多媒體展示下述物理情景:A.運(yùn)動(dòng)員投出鉛球;B.彈簧的一端接在氣墊導(dǎo)軌的一端,另一端和滑塊相連,讓滑塊在水平的軌道上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。(激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并且為本節(jié)課結(jié)束時(shí)的反饋埋下伏筆。為下面的實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)) 1.動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化 (演示實(shí)驗(yàn))依次演示自由落體、豎直上拋、滾擺、單擺和彈簧振子,提醒學(xué)生注意觀察物體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能、勢能的變化情況。 【提問】通過上述分析,我們得到動(dòng)能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化,那么在動(dòng)能勢能的轉(zhuǎn)化過程中,動(dòng)能和勢能的和有什么變化呢? 2.探究規(guī)律找出機(jī)械能不變的條件 1)只受重力做功作用分析 設(shè)一質(zhì)量為m的物體在自由下落過程中,經(jīng)過離地高度為h1(任選的)A點(diǎn)時(shí)速度為V1,下落到離地高度為h2(任選的)的B點(diǎn)時(shí)的速度為V2。由學(xué)生用學(xué)習(xí)過的知識(shí)(牛頓定律或動(dòng)能定理),分析下落過程中A、B兩位置的機(jī)械能之間的數(shù)量關(guān)系。 物體從A運(yùn)動(dòng)到B,WG=1/2(mv22)-1/2(mv12)=EK2-EK1 再由重力做功與重力勢能的關(guān)系有: WG=mgh1-mgh2= EP1-EP2 得到:EK2-EK1= EP1-EP2 移項(xiàng)后,得:EP1 +EK1= EP2 +EK2 即EA=EB 【引申】如果物體是沿光滑斜面下滑,上述結(jié)論成立嗎? 2)只有彈力做功分析 氣墊導(dǎo)軌上的水平彈簧振子,觀察振動(dòng)過程。 由學(xué)生分析振動(dòng)過程的能量轉(zhuǎn)化和實(shí)驗(yàn)結(jié)論,結(jié)合前面已經(jīng)探究過的彈力做功與彈性勢能的關(guān)系,類比重力做功,進(jìn)行定性分析。 歸納結(jié)論 ① 物體只受重力,不受其他力,如自由落體運(yùn)動(dòng); ② 除重力外,物體受其他力,但其他力不做功; ③ 除重力外,物體受其他力,其他力做功,但其他力對物體所做的總功為零。 3)結(jié)論:在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動(dòng)能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能保持不變,這就叫機(jī)械能守恒定律。 3、能力訓(xùn)練 例1 在距離地面20m高處以15m/s的初速度水平拋出一小球,不計(jì)空氣阻力,取g= 10m/s2,求小球落地速度大小。 引導(dǎo)學(xué)生思考分析,提出問題:(1)前面學(xué)習(xí)過應(yīng)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法處理平拋運(yùn)動(dòng),現(xiàn)在能否應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決這類問題? (2)小球拋出后至落地之前的運(yùn)動(dòng)過程中,是否滿足機(jī)械能守恒的條件?如何應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題? 提出問題:請考慮用機(jī)械能守恒定律解決問題與用運(yùn)動(dòng)合成解決問題的差異是什么? 4、應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的基本步驟: 1)根據(jù)題意,選取研究對象(物體或相互作用的物體系)。 2)分析研究對象在運(yùn)動(dòng)過程中所受各力的做功情況,判斷是否符合機(jī)械能守恒的條件。3)若符合定律成立的條件,先要選取合適的零勢能的參考平面,確定研究對象在運(yùn)動(dòng)過程的初、末狀態(tài)的機(jī)械能值。 4)根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程,并代入數(shù)值求解。 5、總結(jié)歸納 本課學(xué)習(xí),我們通過演示實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)了動(dòng)能和勢能之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,了解了只有重力做功或只有彈簧彈力做功的情況下,物體的機(jī)械能總量不變,通過簡單的實(shí)例分析、加深對機(jī)械能守恒定律的理解。 【作業(yè)】書面完成課本78頁“問題與練習(xí)”中3、4題。 六、板書設(shè)計(jì) 機(jī)械能守恒定律定理 一、動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化 二、機(jī)械能不變的條件 1、只受重力做功作用 2、只有彈力做功 三、機(jī)械能守恒定律 1、機(jī)械能守恒 2、應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的基本步驟 3、例題:分析 我的說課結(jié)束,敬請各位專家多提寶貴意見。謝謝! 《機(jī)械能守恒定律》 一、選擇題 1.關(guān)于機(jī)械能是否守恒的敘述,正確的是()A.做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能一定守恒 B.做變速運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能可能守恒 C.外力對物體做功為零時(shí),機(jī)械能一定守恒 D.若只有重力對物體做功,物體的機(jī)械能一定守恒 2.某班同學(xué)從山腳下某一水平線上同時(shí)開始沿不同路線爬山,最后所有同學(xué)都陸續(xù)到達(dá)山頂上的平臺(tái)。則下列結(jié)論正確的是 A.體重相等的同學(xué),克服重力做的功一定相等 B.體重相同的同學(xué),若爬山路徑不同,重力對它們做的功不相等 C.最后到達(dá)山頂?shù)耐瑢W(xué),克服重力做功的平均功率最小 D.先到達(dá)山頂?shù)耐瑢W(xué),克服重力做功的平均功率最大 3.某同學(xué)在一高臺(tái)上,以相同的速率分別把三個(gè)球豎直向下、豎直向上、水平拋出,不計(jì)空氣阻力,則 A.三個(gè)小球落地時(shí),重力的瞬時(shí)功率相等 B.從拋出到落地的過程中,重力對它們做功的平均功率相等 C.從拋出到落地的過程中,重力對它們做功相等 D.三個(gè)小球落地時(shí)速度相同 4.一個(gè)物體以一定的初速度豎直上拋,不計(jì)空氣阻力,那么如圖2所示,表示物體的動(dòng)能Ek隨高度h變化的圖象A、物體的重力勢能Ep隨速度v變化的圖象B、物體的機(jī)械能E隨高度h變化的圖象C、物體的動(dòng)能Ek隨速度v的變化圖象D,可能正確的是() 5.質(zhì)量為m的汽車在平直公路上以恒定功率P從靜止開始運(yùn)動(dòng),若運(yùn)動(dòng)中所受阻力恒定,大小為f。則 A.汽車先做勻加速直線運(yùn)動(dòng),后做勻速直線運(yùn)動(dòng) B.汽車先做加速度減小的加速直線運(yùn)動(dòng),后做勻速直線運(yùn)動(dòng) C.汽車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小為 D.汽車勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力大小等于f 6.質(zhì)量為m的小球用長為L的輕繩懸于O點(diǎn),如圖4所示,小球在水平力F作用下由最低點(diǎn)P緩慢地移到Q點(diǎn),在此過程中F做的功為() A.FLsinθ B.mgLcosθ C.mgL(1-cosθ)D.FLtanθ 7.質(zhì)量為m的滑塊,以初速度vo沿光滑斜面向上滑行,不計(jì)空氣阻力。若以距斜面底端h 高處為重力勢能參考面,當(dāng)滑塊從斜面底端上滑到距底端高度為h的位置時(shí),它的動(dòng)能是 A. B.mgh C. D. 8.一蹦極運(yùn)動(dòng)員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺(tái)下落,到最低點(diǎn)時(shí)距水面還有數(shù)米距離。假定空氣阻力可忽略,運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn),下列說法正確的是 A.運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)前重力勢能始終減小 B.蹦極繩張緊后的下落過程中,彈性力做負(fù)功,彈性勢能增加 C.蹦極過程中,運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 D.蹦極過程中,重力勢能的改變與重力勢能零點(diǎn)的選取有關(guān) 9.如圖1所示,分別用質(zhì)量不計(jì)不能伸長的細(xì)線與彈簧分別吊質(zhì)量相同的小球A、B,將兩球拉開使細(xì)線與彈簧都在水平方向上,且高度相同,而后由靜止放開A、B兩球,兩球在運(yùn)動(dòng)中空氣阻力不計(jì),到最低點(diǎn)時(shí)兩球在同一水平面上,則兩球在最低點(diǎn)時(shí)的速度 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.無法判定 10.質(zhì)量為m的物體從高度為h、傾角為θ的光滑斜面的頂端從靜止開始滑下,若不計(jì)空氣阻力,則物體 A.滑到斜面底端時(shí)減少的機(jī)械能等于mgh B.滑到斜面底端時(shí)增加的動(dòng)能等于mgh C.滑到斜面底端時(shí)重力對物體做的功功率等于 D.小球滑到斜面底端時(shí)的速度大小與斜面傾角無關(guān) 11.如圖2所示,質(zhì)量不同的兩物體通過輕繩相連,M>m,滑輪光滑且質(zhì)量不計(jì),輕繩的伸長不計(jì),空氣阻力不計(jì)。由靜止釋放兩物體,則物體M下降h距離過程中 A.兩物體減少的機(jī)械能總量等于 B.輕繩的拉力對m做的功等勢mgh C.M的速度大小等于 D.m的速度大小等于 12.平拋一物體,落地時(shí)速度方向與水平方向的夾角為θ。取地面為重力勢能參考平面,則物體被拋出時(shí),其重力勢能和動(dòng)能之比為()A.tanθ B.cotθ C.cotθ D.tanθ 二、填空題 13.從某一高度平拋一小球,不計(jì)空氣阻力,它在空中飛行的第1s內(nèi)、第2s內(nèi)、第3 s內(nèi)動(dòng)能增量之比ΔEk1∶ΔEk2∶ΔEk3=________。14.(10分)(原創(chuàng))某同學(xué)利用如圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 (1)請指出該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中存在的兩處明顯錯(cuò)誤:①,② ; (2)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先,再 ;(接通電源開關(guān),釋放紙帶) (3)實(shí)驗(yàn)中需要對比是否相等的兩個(gè)量是 和,實(shí)驗(yàn)中 測量重物的質(zhì)量(必須,不需)。 15.(6分)如圖4所示。光滑弧形軌道末端水平、離地面的高度為H,將鋼球從軌道上高度h處靜止釋放,鋼球的落點(diǎn)距軌道末端的水平距離為s。當(dāng)s2與h滿足s2=(用H、h表示)時(shí),便可證明小球下滑運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒。 三、計(jì)算題 16.(10分)物體在水平恒力F作用下,在水平面上由靜止開始運(yùn)動(dòng),當(dāng)位移為L時(shí)撤去水平恒力F,此后物體繼續(xù)向前滑行3L后靜止。若路面情況相同,求物體運(yùn)動(dòng)中受到的摩擦力和最大動(dòng)能。 17.(12分)物體的質(zhì)量為m,沿光滑的彎曲軌道滑下,軌道的形狀如圖9所示,與彎曲軌道相接的圓軌道的半徑為R,要使物體沿光滑圓軌道能通過最高點(diǎn),物體應(yīng)從離軌道最低處多高的地方由靜止開始滑下? 18.(10分)質(zhì)量為m的汽車在平直公路上加速行駛,當(dāng)速度為v1時(shí),立即以不變的功率P繼續(xù)加速行駛。再通過s路程時(shí)速度增加至最大速度v2。設(shè)汽車行駛中所受阻力不變,求汽車速度由v1增至v2所用的時(shí)間。19.(14分)如圖5所示,一固定在豎直平面內(nèi)的光滑的半圓形軌道ABC,其半徑R=0.5m,軌道在C處與水平地面相切,在C處放一質(zhì)量等于0.1kg的小物塊,給它一水平向左的初速 2度vo=5m/s,結(jié)果它沿CBA運(yùn)動(dòng),通過A點(diǎn)后落在水平地面上的D點(diǎn)。取重力加速度g=10m/s,不計(jì)空氣阻力,求: (1)物體經(jīng)過A點(diǎn)時(shí),軌道對它的支持力; (2)C、D間的距離s; 20.(12分)一個(gè)質(zhì)量m=0.20kg的小球系于輕質(zhì)彈簧的一端,且套在光滑豎立的圓環(huán)上,彈簧的上端固定于環(huán)的最高點(diǎn)A,環(huán)的半徑R=0.5m,彈簧的原長L0=0.5m,勁度系數(shù)為4.8N/m,如圖10所示,若小球從圖中所示位置B點(diǎn)由靜止開始滑動(dòng)到最低點(diǎn)C時(shí),彈簧的彈性勢能Ep彈=0.6J,求 (1)小球到C點(diǎn)時(shí)的速度vc的大小。(2)小球在C點(diǎn)對環(huán)的作用力。(g=10m/s) 參考答案與解析: 1.【答案】BD 【解析】判斷機(jī)械能是否守恒,依據(jù)是重力以外的力是否做了功,不管物體是做勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng),也不管物體是做直線運(yùn)動(dòng)還是做曲線運(yùn)動(dòng),只要重力以外的力不做功,機(jī)械能就一定守恒。外力做功為零,并不意味著重力以外的力做功為零,所以,機(jī)械能不一定守恒。選項(xiàng)B、D正確。 2.A 解析:所有同學(xué)爬山過程中,初末位置的高度差相等,都是由低處到高處,重力都做負(fù)功,即克服重力做功。有與重力的功與路徑無關(guān),體重相等的同學(xué),重力的功相等,克服重力的功相等。選項(xiàng)A正確B錯(cuò)誤;最先到達(dá)山頂?shù)耐瑢W(xué)所用時(shí)間最短,但克服重力的功可能較小,平均功率不一定最大。最后到達(dá)山頂?shù)耐瑢W(xué)所用時(shí)間最長,但克服重力的功可能較大,平均功率不一定最小。 3.C 解析:各小球下落高度相等,重力的功相等,但下落時(shí)間不同,重力的平均功率不等。由于不計(jì)空氣阻力,小球運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械能守恒,它們落地時(shí)的速度大小相等,但方向不同,重力的瞬時(shí)功率不等。 4.【答案】 ABCD 【解析】 設(shè)物體的初速度為v0,物體的質(zhì)量為m,由機(jī)械能守恒定律得mv02=mgh+mv2,所以,物體的動(dòng)能與高度h的關(guān)系為Ek=mv02-mgh,圖象A正確。物體的重力勢能與速度v的關(guān)系為Ep=mv02-mv2,則Ep-v圖象為開口向下的拋物線(第一象限中的部分),圖象B可能正確。由于豎直上拋運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒,所以,E-h(huán)圖象為一平行h軸的直線,C圖象正確。由Ek=以,D圖象可能正確。 5.BC mv2知,Ek-v圖象為一開口向上的拋物線(第一象限中部分),所解析:由于汽車保持恒定功率P不變,由可知,隨著速度的增大,牽引力將減小,汽車做加速度減小的加速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)牽引力減小到等于阻力f時(shí),便做勻速直線運(yùn)動(dòng),牽引力不再變化。由公式 及 可知,汽車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小為。 6.【答案】 C 【解析】 水平力做功使小球的重力勢能增加,水平力對小球做多少功,小球的重力勢能增加多少。所以,水平力對小球做的功為 W=mgL(1-cosθ)。C選項(xiàng)正確。7.D 解析:滑塊開始上滑時(shí)的機(jī)械能總量為(),由于不計(jì)空氣阻力,斜面支持力垂直于斜面不做功,只有重力對滑塊做功,機(jī)械能守恒,機(jī)械能總量不變,物體在h高度處重力勢能為零,動(dòng)能為 8.ABC。 解析:不管選那個(gè)位置為重力勢能參考面,運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低位置前高度總是減小的,因此重力勢能一直是減小的。繩緊張后,隨著運(yùn)動(dòng)員的下降,繩伸長,對運(yùn)動(dòng)員作用向上的彈力,此力做負(fù)功,同時(shí)伸長量增大,彈性勢能增加。由于空氣阻力可以忽略,蹦極過程中,對于運(yùn)動(dòng)員、地球、繩系統(tǒng)來說,只有重力與彈力做功,系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。重力勢能與重力勢能參考平面的選取有關(guān),而重力勢能的變化量則與此無關(guān)。 9.A 解析:A球運(yùn)動(dòng)中只有重力做功,機(jī)械能守恒;B球運(yùn)動(dòng)中有重力、彈力做功,機(jī)械能也守恒。兩球從開始到經(jīng)過最低點(diǎn),減少的重力勢能相等,A球減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化成了它的動(dòng)能,B求減少的重力勢能一部分轉(zhuǎn)化成了它的動(dòng)能,還有一部分轉(zhuǎn)化成了彈簧的彈性勢能。 10.BD 解析:物體滑動(dòng)過程中,斜面的支持力不做功,空氣阻力不計(jì),機(jī)械能守恒。增加的大動(dòng)能等于減少的重力勢能。選項(xiàng)A錯(cuò)誤BD正確;由于重力方向豎直向下,因此物體滑至斜面底端時(shí),重力的功率為 11.D 解:由于M>m,釋放后M下降,m上升,運(yùn)動(dòng)中只有重力做功,輕繩彈力對兩物體做功 。選項(xiàng)C錯(cuò)誤。的代數(shù)和等于零,系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。故有:。解得兩物體的速度大小為:;運(yùn)動(dòng)過程中,m加速上升,輕繩的拉力不等于mg,它的功不等于mgh。 12.【答案】 D 【解析】 設(shè)物體拋出點(diǎn)的高度為h,初速度為v0,則落地時(shí)速度為v=v0/cosθ,平拋過程只有重力做功,物體機(jī)械能守恒,得mgh+mv02=mv2=m,所以mgh=mv02·tan2θ。 13.【答案】 1:3:5 【解析】平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)為自由落地運(yùn)動(dòng),在第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)物體的豎直位移之比為 h1:h2:h3=1:3:5,則在第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)重力做功之比為mgh1:mgh2:mgh3=1:3:5,由動(dòng)能定理得,物體在第1 s內(nèi)、第2 s內(nèi)、第3 s內(nèi)動(dòng)能增量之比為ΔEk1: ΔEk2: ΔEk3=1:3:5 14.(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在了直流電源上,釋放紙帶時(shí)重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn);(2)先接通電源開關(guān),再釋放紙帶;(3)重物減少的重力勢能和增加的動(dòng)能,不需。 解析:(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用4-6V交流電源,為使紙帶上打出較多的點(diǎn),應(yīng)使重物處在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,釋放紙帶。(2)由于是從重物自由落體開始時(shí)刻測量的,為保證打點(diǎn)開始時(shí)刻與重物開始下落時(shí)刻同步,應(yīng)先接通電源再釋放紙帶。由于是比較與是否相等,不需要測量重物質(zhì)量。 15.解析:由于軌道末端水平,小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)落地,因此有:。若小求沿軌道下滑過程中機(jī)械能守恒,應(yīng)有: 。解得:。。 解析:物體在水平恒力F作用下能從靜止開始運(yùn)動(dòng),說明F大于地面對物體的摩擦力。所以運(yùn)動(dòng)開始后物體先做勻加速運(yùn)動(dòng),在撤去F前速度一直增大,動(dòng)能一直增大。這一過程中,物體手F、滑動(dòng)摩擦力、重力、地面支持力四個(gè)的作用,只有重力和摩擦力做功。設(shè)物體的質(zhì)量為m,摩擦力為f,最大動(dòng)能為Ek。則這一過程中,各力功的代數(shù)和為,動(dòng)能的增量為Ek。由動(dòng)能定理有: 。撤去F后的運(yùn)動(dòng)過程中,物體在重力、支持力、摩擦力的作用下勻減速運(yùn)動(dòng)到靜止,只有摩擦力做功。同理,由動(dòng)能定理有: 17.(12分) 。解以上兩式得:。 【解析】物體恰能通過圓軌道的最高點(diǎn),有mg=m ① 3分) 物體下滑過程中機(jī)械能守恒,有ΔEp=ΔEk,(3分) 即 mg(h-2R)= mv2 ②(3分) 由①、②解得 h= R.(3分)18. 解析:汽車速度為v2時(shí),由瞬時(shí)功率及共點(diǎn)力平衡條件有:。速度由v1增至v2過程中,對汽車的運(yùn)動(dòng)運(yùn)用動(dòng)能定理有:。解得:。 19.(1)0;(2)s=1m 解析:設(shè)小物塊的質(zhì)量為m,過A處時(shí)的速度為v,物體從C到A的運(yùn)動(dòng)過程中只有重力做功,機(jī)械能守恒,故有:;對物體經(jīng)過A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),由牛頓第二定律有:;設(shè)物體由A到D經(jīng)歷的時(shí)間為t,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有:,20.(12分) 。代入數(shù)據(jù)解得:N=0,s=1m。 【解析】(1)小球從B到C過程中,滿足機(jī)械能守恒,取C點(diǎn)為重力勢能的參考平面 mgR(1+cos600)= (3分) 解得 (3分) (2)根據(jù)胡克定律 F彈= kx = 4.8×0.5=2.4N(3分) 小球在C點(diǎn)時(shí)應(yīng)用牛頓第二定律得(豎直向上的方向?yàn)檎较颍?/p> F彈+FN-mg=m(3分)∴ FN = mg-F彈+ m =0.2×10-2.4+0.2×=3.2N(3分) 根據(jù)牛頓第三定律得,小球?qū)Νh(huán)的作用力為3.2N,方向豎直向下。(3分) 《機(jī)械能守恒定律》說課稿 我說課的題目是“機(jī)械能守恒定律”,選自高一物理必修2的第7章第8節(jié),下面我對這節(jié)課分六部分進(jìn)行說明:學(xué)情分析、教材分析、設(shè)計(jì)思想、學(xué)法指導(dǎo)、教學(xué)方法、教學(xué)過程和設(shè)計(jì)意圖。 一、學(xué)情分析 學(xué)生已經(jīng)在初中學(xué)習(xí)過有關(guān)機(jī)械能的基本概念,對“機(jī)械能”并不算陌生,接受起來相對輕松。通過前幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí),同學(xué)們對“機(jī)械能”這一概念較初中有了更深認(rèn)識(shí),在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律學(xué)生比較容易理解。 二、教材分析 (一)教材所處的地位和作用 本節(jié)課是本章的重點(diǎn)內(nèi)容,要求學(xué)生能初步掌握機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容并能用來解決一些簡單問題。機(jī)械能守恒條件的判定、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用,是教學(xué)的重點(diǎn)。運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解答相關(guān)的問題,這一內(nèi)容在整個(gè)高中力學(xué)中又起著承前啟后的作用,在物理學(xué)理論和應(yīng)用方面十分重要,不同運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化和守恒的思想能指引我們揭露自然規(guī)律、取得豐碩成果。但這種思想和有關(guān)的概念、規(guī)律,由于其抽象性強(qiáng),學(xué)生不易理解、掌握。學(xué)生要真正的掌握和靈活運(yùn)用還是很困難。機(jī)械能守恒定律的探究建立在前面所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上,教材上通過多個(gè)具體實(shí)例,先猜測動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系,引出對機(jī)械能守恒定律及守恒條件的探究,聯(lián)系重力勢能和重力做功及彈性勢能與彈力做功的關(guān)系的學(xué)習(xí),由定性分析到定量計(jì)算,逐步深入,最后得出結(jié)論,并通過應(yīng)用使學(xué)生領(lǐng)會(huì)定律在解決實(shí)際問題時(shí)的優(yōu)越性。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),力圖通過生活實(shí)例和物理實(shí)驗(yàn),展示相關(guān)情景,激發(fā)學(xué)生的求知欲,引出對機(jī)械能守恒定律的探究,體現(xiàn)從“生活走向物理”的理念,通過建立物理模型,由淺入深進(jìn)行探究,讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)的研究方法,并通過規(guī)律應(yīng)用鞏固知識(shí),體會(huì)物理規(guī)律對生活實(shí)踐的作用。 (二)教學(xué)目標(biāo)的確定依據(jù) 根據(jù)教材特點(diǎn)(注重思想性、探究性、邏輯性、方法性和哲理性)和學(xué)生的特點(diǎn)以及高中新課程的總目標(biāo)(進(jìn)一步提高科學(xué)素養(yǎng),滿足全體學(xué)生終身發(fā)展需求)和理念(探究性、主體性、發(fā)展性、和諧性)和三維教學(xué)目標(biāo)(知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀)的要求特制定教學(xué)目標(biāo)。 (三)教學(xué)目標(biāo) 1.知識(shí)與技能 (1)知道什么是機(jī)械能。 (2)知道物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。 (3)理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容。 (4)掌握機(jī)械能守恒的條件。 (5)學(xué)會(huì)在具體問題中,能判定機(jī)械能是否守恒,并能列出機(jī)械能守恒的方程式。 (6)初步學(xué)會(huì)從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來解釋物理現(xiàn)象,分析問題的方法,提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合分析、解決問題的能力。 2.過程與方法 (1)學(xué)會(huì)在具體的問題中判定物體的機(jī)械能是否守恒; (2)初步學(xué)會(huì)從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來解釋物理現(xiàn)象,分析問題。 3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀 (1)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題,并利用已有知識(shí)探索學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力。 (2)通過教學(xué)過程中各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì),如:觀察、實(shí)驗(yàn)等,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 (3)通過能量守恒的教學(xué),使學(xué)生樹立科學(xué)觀點(diǎn),理解和運(yùn)用自然規(guī)律,并用來解決實(shí)際問題。 (四)教學(xué)重難點(diǎn) (創(chuàng)設(shè)情境)用多媒體展示下述物理情景:A.運(yùn)動(dòng)員投出鉛球;B.彈簧的一端接在氣墊導(dǎo)軌的一端,另一端和滑塊相連,讓滑塊在水平的軌道上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 (設(shè)計(jì)意圖:為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并且為本節(jié)課結(jié)束時(shí)的反饋埋下伏筆。同時(shí)為下面的實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。) (二)進(jìn)行新課 1.動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化 (演示實(shí)驗(yàn))依次演示自由落體、豎直上拋、滾擺、單擺和彈簧振子,提醒學(xué)生注意觀察物體運(yùn)動(dòng)中動(dòng)能、勢能的變化情況。 (學(xué)生觀察)觀察、體驗(yàn)到高度大時(shí)速度小,速度小時(shí)高度大,進(jìn)而得到重力勢能大時(shí)動(dòng)能小,勢能小時(shí)動(dòng)能大。在引導(dǎo)學(xué)生分析物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化過程中得出重力勢能增大(減?。┑倪^程就是動(dòng)能減少(增大)的過程。 (提出問題)通過上述分析,我們得到動(dòng)能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化,那么在動(dòng)能勢能的轉(zhuǎn)化過程中,動(dòng)能和勢能的和有什么變化呢? 2.探究規(guī)律找出機(jī)械能不變的條件 2.1 只受重力做功作用分析 現(xiàn)以自由落體為例(展示物理模型),引導(dǎo)學(xué)生自主探究。 設(shè)一質(zhì)量為m的物體在自由下落過程中,經(jīng)過離地高度為h1(任選的)A點(diǎn)時(shí)速度為V1,下落到離地高度為h2(任選的)的B點(diǎn)時(shí)的速度為V2。由學(xué)生用學(xué)習(xí)過的知識(shí)(牛頓定律或動(dòng)能定理),分析下落過程中A、B兩位置的機(jī)械能之間的數(shù)量關(guān)系。 物體從A運(yùn)動(dòng)到B,WG= mv2- 2mv1=EK2-EK1 2再由重力做功與重力勢能的關(guān)系有: WG=mgh1-mgh2= EP1-EP2 得到:EK2-EK1= EP1-EP2 ① 移項(xiàng)后,得:EP1 +EK1= EP2 +EK2 ② 即EA=EB 上述結(jié)論是在運(yùn)動(dòng)過程只受重力作用的時(shí)候得到的,是否具有普遍意義呢?作為課后作業(yè),請同學(xué)們課后進(jìn)一步分析物體做平拋和豎直上拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況。 如果物體是沿光滑斜面下滑,上述結(jié)論成立嗎? 2.2 只有彈力做功分析 提出問題:勢能包括重力勢能和彈性勢能,只有彈力做功時(shí),機(jī)械能也守恒嗎? (多媒體展示)氣墊導(dǎo)軌上的水平彈簧振子,觀察振動(dòng)過程。 由學(xué)生分析振動(dòng)過程的能量轉(zhuǎn)化和實(shí)驗(yàn)結(jié)論,結(jié)合前面已經(jīng)探究過的彈力做功與彈性勢能的關(guān)系,類比重力做功,進(jìn)行定性分析。 引導(dǎo)學(xué)生分析守恒條件,歸納結(jié)論(注意要加深對條件的理解) 1.物體只受重力,不受其他力,如自由落體運(yùn)動(dòng)。第二篇:機(jī)械能守恒定律的經(jīng)典習(xí)題
第三篇:《機(jī)械能守恒定律》說課稿
第四篇:機(jī)械能守恒定律練習(xí)題
第五篇:機(jī)械能守恒定律說課稿