人教版高中物理必修二第15讲：机械能守恒定律及实验验证（学生版）

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1、机械能守恒定律及实验验证奧彭大脑体操）蜒教学目标）1.理解机械能守恒定律及实验。2.学会运用动量定理机械能守恒解决问题。心趣味引入）心知识梳理）机械能守恒定律1.动能和势能（重力势能和弹性势能）统称为机械能：.2..这个结论叫做机械能守恒定律.3.判断机械能守恒的方法一般有两种：（1）对某一物体，若只有重力（或系统内弹簧的弹力）做功，其他力不做功（或其他力做功的代数和为零），则该物体的机械能守恒.（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他形式的能（如没有内能产生），则系统的机械能守恒.4.应用机械能守恒定律解题的

2、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，弄清各力做功情况，判断是否符合机械能守恒的条件.（3）恰当地选取参考平面，确定研究对彖在过程的起始状态和末了状态的机械能（包括动能和重力势能）.（4）根据机械能守恒定律列方程，进行求解.，心特色讲解〕类型一：机车启动问题例1.质量为500t的机车以恒定的功率由静止出发，经5min行驶2.25km,速度达到最大值54km/h,设阻力恒定且取^=10m/s2.问：（1）机车的功率戶多大？（2）机车的速度为36km/h时机车的加速度自多大？解析:因为机车的功率恒定，由公式宀尸卩可知随

3、着速度的增加，机车的牵引力必定逐渐减小，机车做变加速运动，虽然牵引力是变力，但由W=P・Z可求出牵引力做功，由动能定理结合/-A•环可求出机车的功率.利用求出的功率和最大速度可求阻力，再根据尸=£,求出36km/h吋的牵引v力，再根据牛顿第二定律求出机车的加速度乩（1）以机车为研究对象，机车从静止出发至达速度最大值过程，根据H区,有P・t_Ff•s=J-①2当机车达到最大速度时，卜'=片・所以P=F・vn=Ff・%.②当机车速度尸36km/h时机车的牵引力F=P二3.75x10、7=3-75X1NN.v10pFf=——=2.5X10"N.联立（1）、（2）式有P=mv»>—=3.75X

4、105W.2（VnJ-s）（2）由刀=2可求出机车受到的阻力儿n根据尸合=〃加可得机车r=36km/h时的加速度尸口L=3.75X10—2.5X2m/s，=2.5x10"m/s2.m500xlO3类型二:动能定理机械能圆周综合问题例2.（2015福建）如图，质量为必的小车静止在光滑的水平面上，小车段是半径为斤的四分之一圆弧光滑轨道，比段是长为厶的水平粗糙轨道，两段轨道相切于〃点，一质量为胡的滑块在小车上从/点静止开始沿轨道滑下，重力加速度为g。（1）若固定小车，求滑块运动过程中对小车的最大压力；（2）若不固定小车，滑块仍从/点由静止下滑，然后滑入兀轨道，最后从C点滑出小车，已知滑块质量

5、m=—t在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,滑块与轨道BC2间的动摩擦因数为“，求：滑块运动过程中，小车•的最大速度咛滑块从〃到Q运动过程中，小车的位移大小s。解析:试题分析：（1）rti图知，滑块运动到〃点时对小车的压力最大1从M到B,根据动能定理：mgR=—m%-02*2在〃点：Fn一mg=m—R联立解得FL3略根据牛顿第三定律得，滑块对小车的最大压力为3〃矽（2）①若不固定小车，滑块到达〃点时，小车的速度最大根据动量守恒可得：mv-Mvm从/到〃，根据能量守恒：mgR=-mv2+Lmv；22联立解得：%=②设滑块到C处时小车的速度为r,则滑块的速度为2r/,

6、根据能量守恒：mgR=—m（2v）2+—Mv2+jMngL22解得：訥L小车的加速度：G二如二丄悠M2根据v；-v2=2as解得：s二£/3答案：（1）3〃矽（2）①％②sW/3类型三：动能定理，牛顿第二定律，运动学公式，功率和功的计算例3.（2015浙江）我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器。舰载机总质量为3X104蚣，设起飞过程中发动机的推力恒为1.0x1057V；弹射器有效作用长度为100m,推力恒定。要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80m/so弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和,假设所受阻力为总推力的20%,则A.弹射器的推力大小为1.1X1O6/

7、VB.弹射器对舰载机所做的功为1.1X10VC.弹射器对舰载机做功的平均功率为8.8x107WD.舰载机在弹射过程中的加速度大小为32m/s杆转到竖直位置瞬时，角速度G多大？/^杆转到竖直位置的过程中，〃端小球的机械能增量多大？解析：设发动机的推力为人，弹射器的推力为佗，则阻力为/=0.2（人+厲），根据动能定理可得［0.2（/^+F2）~0.2（F,+E,）］5=-mv解析：（1）在月〃杆由释放转到竖直位置的过稈中，以〃球的最低点为零势能点，