第十一讲：机械能守恒和能量守恒 暑假讲义-2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第十一讲：机械能守恒和能量守恒 一、重力做功与重力势能的关系 1．重力做功的特点例题、关于重力势能，下列说法中正确的是(　　) A．物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定 B．物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大 C．一个物体的重力势能从－5 J变化到－3 J，重力势能减少了 D．重力势能的减少量等于重力对物体做的功 答案　D (1)重力做功与路径无关，只与始末位置的高度差有关． (2)重力做功不引起物体机械能的变化． 2．重力势能 (1)表达式：Ep＝mgh. (2)重力势能的特点 重力势能是物体和地球所共有的，重力势能的大小与参考平面的选取有关，但重力势能的变化与参考平面的选取无关． 3．重力做功与重力势能变化的关系 (1)定性关系：重力对物体做正功，重力势能减小；重力对物体做负功，重力势能增大； (2)定量关系：重力对物体做的功等于物体重力势能的减小量．即WG＝－(Ep2－Ep1)＝－ΔEp.例题、关于弹性势能，下列说法中正确的是(　　) A．任何发生弹性形变的物体，都具有弹性势能 B．任何具有弹性势能的物体，一定发生了弹性形变 C．物体只要发生形变，就一定具有弹性势能 D．弹簧的弹性势能只跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关 答案　AB 答案　C 二、弹性势能 1．定义：发生弹性形变的物体之间，由于有弹力的相互作用而具有的势能． 2．弹力做功与弹性势能变化的关系： 弹力做正功，弹性势能减小；弹力做负功，弹性势能增加．即W＝－ΔEp. 三、机械能守恒定律 1．内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变． 2．表达式：mgh1＋mv＝mgh2＋mv.例题、下列几种运动中，机械能一定守恒的是(　　) A．做匀速直线运动的物体 B．做匀变速直线运动的物体 C．做平抛运动的物体 D．做匀速圆周运动的物体 答案　C 3．机械能守恒的条件 (1)系统只受重力或弹簧弹力的作用，不受其他外力． (2)系统除受重力或弹簧弹力作用外，还受其他内力和外力，但这些力对系统不做功． (3)系统内除重力或弹簧弹力做功外，还有其他内力和外力做功，但这些力做功的代数和为零． (4)系统跟外界没有发生机械能的传递，系统内、外也没有机械能与其他形式的能发生转化．例题、如图所示，在竖直平面内有由圆弧AB和圆弧BC组成的光滑固定轨道，两者在最低点B平滑连接．AB弧的半径为R，BC弧的半径为.一小球在A点正上方与A相距处由静止开始自由下落，经A点沿圆弧轨道运动． (1)求小球在B、A两点的动能之比； (2)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点． 答案　(1)5∶1　(2)能 四、单个物体机械能守恒问题 1．表达式 2．一般步骤 例题、如图所示，质量为m的小环(可视为质点)套在固定的光滑竖直杆上，一足够长且不可伸长的轻绳一端与小环相连，另一端跨过光滑的定滑轮与质量为M的物块相连，已知M＝2m.与定滑轮等高的A点和定滑轮之间的距离为d＝3 m，定滑轮大小及质量可忽略．现将小环从A点由静止释放，小环运动到C点速度为0，重力加速度取g＝10 m/s2，则下列说法正确的是(sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)(　　) 3．选用技巧 在处理单个物体机械能守恒问题时通常应用守恒观点和转化观点，转化观点不用选取零势能面． 五、系统机械能守恒问题 1．对多个物体组成的系统要注意判断物体运动过程中，系统的机械能是否守恒． 2．注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系． 3．列机械能守恒方程时，一般选用ΔEk＝－ΔEp或ΔEA＝－ΔEB的形式． 六、能量守恒定律 1．内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变． 2．表达式A．A、C间距离为4 m B．小环最终静止在C点 C．小环下落过程中减少的重力势能始终等于物块增加的机械能 D．当小环下滑至绳与杆的夹角为60°时，小环与物块的动能之比为2∶1 答案　AD ΔE减＝ΔE增． 3．基本思路 (1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等； (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 针对训练 题型1：机械能守恒的判断 1．下列说法正确的是（　　） A．如果物体受到的合力为零，则其机械能一定守恒 B．如果物体受到的合力做功为零，则其机械能一定守恒 C．物体沿光滑曲面自由下滑的过程中，其机械能不一定守恒 D．做匀加速运动的物体，其机械能可能守恒 2．蹦极是一项非常刺激的户外休闲活动．北京青龙峡蹦极跳塔高度为68米，身系弹性蹦极绳的蹦极运动员从高台跳下，下落高度大约为50米．假定空气阻力