第四章 5 机械能守恒定律-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【精讲精练】教科版（教师用书word）

5　机械能守恒定律 [学业要求与核心素养] 1．领会寻找守恒量是科学研究的重要思想方法，体会物理概念的重要意义。 2．知道什么是机械能，理解物体动能和势能的相互转化。 3．理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。 4．能用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。 一、动能和势能的相互转化 1．动能和势能的转化实例 (1)自行车下坡时，重力势能__减少__，动能__增加__。 (2)荡秋千过程中，向上摆动时，动能__减少__，重力势能__增加__，向下摆动时，动能__增加__，重力势能__减少__。 2．动能和势能相互转化时的特点：重力或弹力做正功时，__势__能向__动__能转化，做负功时，__动__能向__势__能转化。 二、机械能守恒定律 1．内容 在只有__重力__或弹力做功的系统内，动能与势能会发生相互转化，但总机械能__保持不变__。 2．表达式 __Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2__或E1＝E2。 3．机械能守恒的条件 除重力和弹力以外，其他力__不做功__。 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．动能增加时，重力一定做正功 B．重力势能增加时，动能一定减少 C．合力做功为零，物体的机械能一定守恒 D．只有重力做功，物体的机械能一定守恒 答案　D 2．下列对机械能守恒定律的理解正确的是(　　) A．物体除受重力、弹力外还受其他力，机械能一定不守恒 B．合力为零，物体的机械能一定守恒 C．在机械能守恒过程中的任意两点，物体的机械能总相等 D．在机械能守恒过程中，只有初末位置的机械能才相等 解析　选项A中，若其他力不做功，则机械能守恒，选项A错误；合力为零，可能存在重力、弹力以外的力做功，机械能不一定守恒，选项B错误；在机械能守恒过程中的任意两点，物体的机械能总相等，并非只有初末位置的机械能才相等，选项C正确、D错误。 答案　C 知识点一　机械能守恒的理解 1．从能量特点看 系统只有动能和势能相互转化，无其他形式能相互转化，则系统机械能守恒。 2．从做功特点看 (1)只受重力(或弹簧弹力)作用，如做抛体运动的物体。 (2)除重力(或弹簧弹力)外，还受其他力的作用，但其他力不做功。 (3)除重力(或弹簧弹力)外，受到其他力的作用，但其他力做功的代数和为零。 　如图所示四个选项中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动。在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是(　　) [解析]　机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功，在A、B图中木块受三个力作用，即重力、支持力和推力F，因有外力F做功，故不符合条件；D中因有摩擦力做功，故也不符合条件，因此只有C图符合守恒条件。 [答案]　C 1．(多选)在下列几个实例中，机械能守恒的是(　　) A．在平衡力作用下运动的物体 B．在光滑水平面上被细线拴住做匀速圆周运动的小球 C．在粗糙斜面上下滑的物体，下滑过程中受到沿斜面向下的拉力，拉力大小等于滑动摩擦力 D．如图所示，在光滑水平面上压缩弹簧过程中的小球 解析　选项B小球动能不变，选项C相当于只有重力做功，故选项B、C机械能守恒，选项B、C正确；选项A和D可能有外力做功，选项A、D错误。 答案　BC ●核心素养·思维升华 判断机械能是否守恒应注意的三个问题 1.合外力为零是物体处于平衡状态的条件。物体受到的合外力为零时，它一定处于匀速运动状态或静止状态，但它的机械能不一定守恒。 2．合外力做功为零是物体动能守恒的条件。合外力对物体不做功，它的动能一定不变，但它的机械能不一定守恒。 3．只有重力做功或系统内弹力做功是机械能守恒的条件。只有重力对物体做功时，物体的机械能一定守恒；只有重力或系统内弹力做功时，系统的机械能一定守恒。 知识点二　机械能守恒定律的应用 应用机械能守恒定律解题的步骤 　如图所示，位于竖直平面内的光滑轨道由四分之一圆弧ab和抛物线bc组成，圆弧半径Oa水平，b点为抛物线顶点。已知h＝2 m，s＝ m。取重力加速度大小g＝10 m/s2。 (1)一小环套在轨道上从a点由静止滑下，当其在bc段轨道运动时，与轨道之间无相互作用力，求圆弧轨道的半径； (2)若环从b点由静止因微小扰动而开始滑下，求环到达c点时速度的水平分量的大小。 [审题指导]　(1)小环运动过程中只有重力做功，机械能守恒。 (2)小环在bc段轨道运动时，与轨道之间无相互作用力，说明小环的运动为平抛运动。 (3)要想求得环到达c点时速度的水平分量的大小，应先确定c点速度与水平方向的夹角。 [解析]　(1)小环在bc段轨道运动时，与轨道之间无相互作用力，即小环在该段以某一初速度vb做平