专题12 机械能守恒定律及应用（知识精讲）-【新教材精创】2019-2020学年高一物理新教材知识讲学（人教必修第二册）

专题12 机械能守恒定律及应用 知识精讲 一 知识结构图 内容 考点 关注点 机械能守恒定律及应用 机械能 机械能内涵 机械能守恒定律 适用条件 机械能守恒定律的应用 应用思路与方法 二.学法指导 1通过框图与例题理解机械能内涵. 2. 通过对守恒条件的细化理解机械能守恒过程对应的情况。 3.通过解题思路的展现、例题的验证掌握机械能守恒定律的应用. 三.知识点贯通 知识点1 物理观念——机械能内涵问题 例题1．一质量为m的物体以速度v在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动，假设t=0时刻物体在轨迹最低点且重力势能为零，那么，下列说法正确的是 （ ） A．物体运动的过程中，重力势能随时间的变化关系为 B．物体运动的过程中，动能随时间的变化关系为 C．物体运动的过程中，机械能守恒，且机械能为 D．物体运动的过程中，机械能随时间的变化关系为、 例题2．如图，物体从某一高度自由下落到竖直立于地面的轻质弹簧上．在a点时物体开始与弹簧接触，到b点时物体速度为零．则从a到b的过程中，物体(　　) A．动能一直减小 B．重力势能一直减小 C．所受合外力先增大后减小 D．动能和重力势能之和一直减小 知识点二 物理观念——机械能守恒定律 (1)内容：在只有重力（或系统内弹力）做功的情形下，物体的重力势能（或弹性势能）和动能发生相互转化，但总的机械能保持不变. (2)条件：只有重力或弹力做功.可以从以下三个方面理解： 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. ③其他力做功，但做功的代数和为零. (3)判定方法 做功条件分析法： 应用系统机械能守恒的条件进行分析.分析物体或系统的受力情况（包括内力和外力），明确各力做功的情况，若对物体或系统只有重力或弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则系统的机械能守恒. 能量转化分析法： 从能量转化的角度进行分析.若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转化成其他形式的能（如内能增加），则系统的机械能守恒. 增减情况分析法： 直接从机械能的各种形式的能量的增减情况进行分析.若系统的动能与势能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒；若系统的动能不变，而势能发生了变化，或系统的势能不变，而动能发生了变化，则系统的机械能不守恒；若系统内各个物体的机械能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒. ④典型过程 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. 例题3：下列关于机械能是否守恒的论述,正确的是（ ） A.做变速曲线运动的物体,机械能可能守恒 B.沿水平面运动的物体,机械能一定守恒 C.合外力对物体做功等于零时,物体的机械能一定守恒 D.只有重力对物体做功时,机械能一定守恒 例题4：在竖直平面内，一根光滑金属杆弯成图示形状，相应的曲线方程为（单位：m），式中k=1 m-1。将一光滑小环套在该金属杆上，并从x=0处以的初速度沿杆向下运动，取重力加速度，下列说法正确的是 A．小环沿金属杆运动过程中，机械能不守恒 B．小环运动到时的速度大小是5m/s C．小环运动到时的速度大小是 D．小环运动到时的速度大小是 知识点三 科学思维——机械能守恒定律的应用 (1)应用步骤 确定研究对象，即要明确以哪几个物体组成的系统为研究对象. 正确分析研究对象内各物体所受的力. 分析时应注意：重力、弹力、摩擦力都是成对出现的，要分清哪几个力是内力，哪几个力是外力. 看外力是否对物体做功，内力中有没有重力和弹力以外的力做功，由此即可判断系统的机械能是否守恒. ④根据机械能守恒定律列出方程并求解. (2)表达形式 观点Ｉ：守恒观点 E1=E2或Ep1+Ek1=Ep2+Ek2 表示系统在初状态的机械能等于末状态的机械能．常用于单个物体，应用时需要选参考平面（零势能面）． 观点II：转化观点 ΔEk+ΔEp=0 表示系统动能的减少（或增加）等于势能的增加（或减少）．初、末态高度可未知，但高度变化已知.，应用时不需要选参考平面（零势能面） 观点III:转移观点 ΔEＡ+ΔEB=0 表示系统一部分A机械能的减少（或增加）等于另一部分B机械能的增加（或减少）.适用于系统，应用时不需要选参考平面（零势能面）． (3)内力做功与系统机械能守恒 对于系统来说，除重力外无其他外力做功只是系统机械能守恒的必要条件之一，另一个重要条件是系统内只有保守内力做功，非保