第18课 机械能守恒定律综合应用-【帮课堂】2021-2022学年高一物理同步精品讲义（沪科版2020必修第二册）

第18课 机械能守恒定律综合应用 ( 目标导航 ) 1、知道动能、重力势能、机械能的变化和什么力做功相关 2、知道机械能不守恒的两类常见情况：外力对系统做功和系统内的摩擦力做功，会求解机械能的改变量 3、会解决简单的系统机械能守恒的问题 ( 知识精讲 ) （1）如图，同学们骑过自行车，在上坡前，为什么要用力蹬脚踏板，如何从功与能的角度去理解？ 【答案】上坡前用力蹬几下脚踏板，是为了增大自行车上坡前的速度，从而增大动能，上坡时动能转化为更多的重力势能，自行车就越容易上坡。 （2）如图，同学们在玩过山车时，为什么过山车都要爬到比较高的顶端，随后的最高点“小山丘”设计的比开始时的“小山丘”低，如何从功与能的角度去理解？ 【答案】过山车的重力势能在处于最高点时达到最大值，当它开始下行时，它的势能不断减小，动能不断增大；由于摩擦，损耗了少量的机械能，所以随后的“小山丘”设计的比开始时的低。 自行车上坡 过山车 问题延伸： 你还能举出生活中功与能、及能量相互转化的例子吗？ 【答案】①三峡大坝中水的机械能转化为电能。 ②蹦极运动中，跳跃者从高处下落到橡皮绳自然下垂时，质量不变、高度减小，速度增大，是重力势能转化为动能；从自然下垂到最低点时，速度先增大后迅速减小，动能先增大后减小，橡皮绳的形变程度增大，弹性势能增大，在最低点时，重力势能几乎全部转化为弹性势能。 知识点01 功能关系的理解与应用 1、功能关系的概述 不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的，做功的过程就是能量之间转化的过程．功是能量转化的量度．做了多少功，就有多少能量发生转化。 含义： ①做功的过程就是能量转化的过程； ②能量的转化必须通过做功实现； ③做多少功就有多少某种形式的能转化为其它形式的能。 2、功与能的关系 由于功是能量转化的量度，某种力做功往往与某一种具体形式的能量转化相联系，应用功能关系解题的关键是深刻理解不同功能关系的含义： ①重力做功是物体重力势能变化的原因，重力做多少功，重力势能就减少多少； ②弹力做功是弹簧弹性势能变化的原因，弹力做多少功，弹性势能就减少多少； ③合力做功是物体动能变化的原因，合力做多少功，动能就增加多少； ④除重力和系统内弹力之外的其他力做功是机械能变化的原因，其他力做多少功，机械能就增加多少． 涉及机械能的具体功能关系如下： 功 能的变化 表达式 重力做功 正功 重力势能减少 重力势能变化 WG＝Ep1－Ep2 负功 重力势能增加 弹力做功 正功 弹性势能减少 弹性势能变化 W弹＝Ep1－Ep2 负功 弹性势能增加 合力做功 正功 动能增加 动能变化 W合＝Ek2－Ek1 负功 动能减少 除重力(或系统内弹力)外其他力做功 正功 机械能增加 机械能变化 W外＝E2－E1 负功 机械能减少 3、功能关系的应用 （1）涉及弹簧的功能关系 （2）涉及圆周运动的功能关系 （3）涉及多过程问题的功能关系分析 【典例1】 如果一个物体在运动的过程中克服重力做了80 J的功，则(　　)． A．物体的重力势能一定增加80 J B．物体的机械能一定增加80 J C．物体的动能一定减少80 J D．物体的机械能一定减少80 J 【解析】不确定除重力之外是否有其它外力做功，所以动能和机械能的变化无法判断。 【答案】A 【典例2】 （多选）一物体沿斜面向上运动，运动过程中质点的机械能E与竖直高度h关系的图象如图所示，其中O～h1过程的图线为水平线，h1～h2过程的图线为倾斜直线．根据该图象，下列判断正确的是 (　 　) A．物体在O～h1过程中除重力外不受其他力的作用 B．物体在O～h1过程中只有重力做功其他力不做功 C．物体在h1～h2过程中合外力与速度的方向一定相反 D．物体在O～h2过程中动能可能一直保持不变 【解析】O～h1过程中机械能守恒，除重力之外其它力不做功，但受其它力作用，所以A错误，B正确；在h1～h2过程中机械能减少，重力势能增加，所以动能减少，故合外力做负功，合外力方向与运动方向相反，C正确，D错误。 【答案】BC 【即学即练1】 如图所示，物体以100J的初动能从斜面底端向上滑行，第一次经过P点时，它的动能比最初减少了60J，势能比最初增加了45J，可以推测如果物体从斜面返回底端出发点，末动能为（ ） A．60J B．50J C．48J D．20J 【解析】物体损失的动能等于物体克服合外力做的功（包括克服重力做功和克服摩擦