2013年高中物理得分宝典系列 10专题二 第4章 实验 验证机械能守恒定律

2013年高中物理得分宝典系列 10专题二 第4章 实验 验证机械能守恒定律内容摘要：

1、：验证机械能守恒定律 能量守恒定律与能源考纲解读考纲内容 要求 名师解读机械能守恒定律 实验：验证机械能守恒定律1机械能守恒定律是高中物理重要的规律，是高考考查的重点，高考命题常以新情境来考查，而且经常与其他知识综合出题。 单独考查的题型一般为选择题，综合其它知识考查的一般为计算题，难度中等。 2验证机械能守恒定律是近几年高考实验考查的重点，重点考查实验原理、实验数据处理及实验误差分析，特别是利用新情境验证机械能守恒定律更是考查的热点，难度中等。 基础巩固1机械能包括 能和 能，重力做功 能和 能可以转化，弹力做功 能和 能可以转化。 2机械能守恒定律：在 做功的物体系统内， 与 可以 ，而总的 保持 2、不变。 3机械能守恒的条件： 4机械能守恒定律的表达式为： 或。 5如果存在 力做功且不为零，则系统的机械能会发生变化。 功能关系为。 6能量守恒定律：能量既不会 、也不会 ，它只会从一个物体到另一个物体，或从一种形式 为另一种形式，而 保持不变。 7散失到周围环境中的内能再也不会自动聚集起来供人类重新利用，这种现象叫做。 这种现象表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上 了，从便于利用的变成了不便于利用的了。 这是能源危机更深层次的含意，也是“自然界的能量虽然守恒，但还要节约能源”的根本原因，这种现象从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的 性。 自我校 3、对：1动；势；动；重力势；弹性势；动2只有重力或弹力；动能；势能；相互转化；机械能3只有重力或弹簧的弹力做功，其它力不做功；其它力做功的代数和为零4E ；E KE P=05除重力和弹簧的弹力以外的； 机其 它 6消灭；创生；转移；转化；能的总量7能量耗散；降低；方向实验探究123迷你实验或拓展实验哪个跳得高。 （1）器材：一个实心球和一支圆珠笔（2）实验方法：把笔插进球里，要插得足够深，但不要将整个笔头插进去，以手拿笔提起时球不会掉下来为宜。 一手拿笔，手臂伸直，插着笔的球朝下，（注意：不要在灯底下做这个游戏，以免发生事故）准备好了，松手。 看哪样东西跳得高，是球呢。 还是笔呢。 练一练：球着地后，笔像 4、射箭一样从球里弹出来，如果在室内做这个游戏，笔会弹到天花板上。 相反，球根本不跳，或者比平时跳得低，这时为什么呢。 参考答案：在通常情况下，从 100 厘米高的距离落下的球可以弹到 90 厘米左右的高度，仅仅失去很小一部分的动能，但是，把笔插进球里，球着地时，不仅能影响到球，也能影响到笔。 如果没有笔，球落地时的动能会使球弹跳起来；插上一支笔，球的一部分动能就转移到笔上了，笔就会弹得很高。 由于笔的质量比较小，同样的动能可以使笔弹起的高度是球的若干倍。 所以球是无法弹到笔那样的高度。 重点突破一、直击考点考点一 机械能守恒定律常考类型题：对机械能守恒定律的理解及用判断机械能是否守恒定律的选择题，用机械能守 5、恒定律结合动能定理、功能关系、能量守恒解题的计算题。 （一）对机械能守恒定律的理解及守恒的判断方法 1对机械能守恒条件的理解机械能守恒的条件是：只有重力或弹力做功。 可以从以下两个方面理解：（1）只受重力作用，例如：在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动，物体的机械能守恒；（2）受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹簧弹力做功。 例如物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力不做功，物体的机械能守恒。 2判断机械能是否守恒的几种方法（1）利用机械能的定义判断（直接判断）：若物体在水平面上匀速运动，其动能、势能均不变，机械能不变。 若一个物体沿斜面匀速下滑，其动能不变，重力势能减少， 6、其机械能减少；（2）用做功判断：若物体或系统只有重力（或弹簧的弹力）做功，虽受其他力，但其他力不做功，机械能守恒；（3）用能量转化来判断：若物体系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化，则物体系统机械能守恒；（4）对一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等，除非题目特别说明，否则机械能必定不守恒。 【例 1】下列叙述中正确的是（）做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒B做匀速直线运动的物体的机械能可能守恒C外力对物体做功为零，物体的机械能一定守恒D系统内只有重力和弹力做功时，系统的机械能一定守恒【解析】做匀速直线运动的物体，若只有重力对它做功时，机械能守恒，若重力以外的其他外力对物 7、体做功的代数和不为零，则物体的机械能不守恒。 故选项 A 错误，选项 力对物体做功为零时，有两种情况：若重力不做功，则其他力对物体做功的代数和也必为零，此时物体的机械能守恒；若重力做功，其他外力做功的代数和不为零，此时机械能不守恒，故选项 C 错误；由机械能守恒条件知选项 D 正确。 【答案】评】机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力为零；判断机械能是否守恒时，要根据不同情景恰当地选取判断方法。 （二）用机械能守恒定律解题1应用机械能守恒定律的一般步骤（1）正确选取研究对象，必须明确研究对象是一个系统，而不能是一个单一的物体；（2）分析研究对象在运动过程中的受力情况，明确各力的做功情况 8、，判断机械能是否守恒；（3）选取零势能面，确定研究对象在初、末状态的机械能；（4）根据机械能守恒定律列出方程；（5）解方程求出结果，并对结果进行必要的讨论和说明。 （三）机械能守恒的三种表达式1守恒式：选取某一平面为零势能面，如果含有弹簧则弹簧处于原长时弹性势能为零，系统末状态的机械能和初状态的机械能相等。 即：E k 末 + = + ；2转化式：系统的动能和势能发生相互转化时，若系统势能的减少量等于系统动能的增加量，系统机械能守恒。 即：E p 减 = ；3转移式：系统中有 A、B 两个物体或更多物体，若 A 机械能的减少量等于 B 机械能的增加量，系统机械能守恒。 即：E A 减 =。 说明：如果 9、系统（除地球外）只有一个物体，用守恒观点列方程较方便；对于由两个或两个以上物体组成的系统，用转化或转移的观点列方程较简便。 【例 2】有一光滑水平板，板的中央有一小孔，孔内穿入一根光滑轻线，轻线的上端系一质量为 M 的小球，轻线的下端系着质量分别为 两个物体，当小球在光滑水平板上沿半径为 R 的轨道做匀速圆周运动时，轻线下端的两个物体都处于静止状态（图 545）。 若将两物体之间的轻线剪断，则小球的线速度为多大时才能在水平板上做匀速圆周运动。 【解析】该题用守恒观点和转化观点分别解答如下：解法一：（守恒观点）：选小球为研究对象，设小球沿半径为 R 的轨道做匀速圆周运动时的线速度为 ，根据牛顿第二0 10、 当剪断两物体之间的轻线后，轻线对小球的拉力减小。 不足以维持小球在半径为 R 的轨道上继续做匀速圆周运动，于是小球沿切线方向逐渐偏离原来的轨道，同时轻线下端的，且小球的线速度逐渐减小。 假设物体 的高度为 h，小球的线速度减小为 v 时，小球在半径为 的轨道上再次做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有：)(再选小球、物体 地球组成的系统为研究对象，研究两物体间的轻线剪断后物体上升过程。 由于只有重力做功，所以系统的机械能守恒。 选小球做匀速圆周运动的水平面为零势面，设小球沿半径为 R 的轨道做匀速圆周运动时，m 1 到水平板的距离为 H，根据机械能守恒定律有：)(22110 以上三式联立解得 四）用功能 11、关系解题做功的过程是能量转化的过程，功是能量转化的量度。 能量守恒和转化定律是自然界最基本的定律之一。 而在不同形式的能量发生相互转化的过程中，功扮演着重要的角色。 需要强调的是：功是过程量，它和一段位移（一段时间）相对应；而能是一种状态量，它和一个时刻相对应。 两者的单位是相同的（都是 J） ，但不能说功就是能，也不能说“功变成了能”。 外力做的总功等于物体动能的增量：W 外 =就是动能定理。 重力做的功等于物体重力势能的增量：W G= 重力以外的其他力做的功等于物体机械能的增量：W 其它 =E， （W 其它 表示除重力以外的其它力做的功）。 一对相互作用的滑动摩擦力做的总功，等于系统增加的内能（摩擦 12、生热）：f d=Q（d 为这两个物体间相对移动的路程）。 【例 3】一质量均匀不可伸长的绳索，重力为 G，A 、B 两端固定在天花板上，如图所示，今在最低点 C 施加一竖直向下的力，将绳索拉至 D 点，在此过程中，绳索 重心位置将 （） A升高 B降低 C先降低后升高 D始终不变【解析】物体的重心不一定在物体上，对于一些不规则的物体要确定重心是比较困难的，本题绳子的重心是不容易标出的，因此，要确定重心的变化，只有通过别的途径确定。 当用力将物体缓慢地从 C 点拉到 D 点时，外力在不断的做功，而物体的动能不增加，因此外力做功必定使物体的重力势能增加，故物体的重心将升高。 【答案】 A【点评】本题容 13、易错误地认为，C 点向下移到 D 点，物体的重心下降，其实在向下拉的时候，整个绳索一部分下降，但有一部分上升，整个的重心还是上升了。 （五）用能量守恒定律解题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。 应用能量守恒定律的两条思路：某种形式的能的减少量，一定等于其他形式能的增加量。 某物体能量的减少量，一定等于其他物体能量的增加量。 【例 4】如图所示，质量为 m 的滑块，放在光滑的水平平台上，平台右端 B 与水平传送带相接，传送带的运行速度为 为 L。 今将滑块缓慢向左压缩固定在平台上的轻弹簧，到达某处时突然释放，当滑块滑到传送带右端 C 时，恰好与传送带速度相同。 滑块与传送带间的动摩擦因数为。 （1）试分析滑块在传送带上的运动情况；（2）若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度，求释放滑块时，弹簧具有的弹性势能；（3）若滑块离开弹簧时的速度大于传送带的速度，求滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量。 （3）设滑块在传送带上运动的时间为 t，则 t 时间内传送带的位移 sv 0vLs解得。