第11讲 机械能守恒-2022-2023学年高一物理同步讲义（人教版2019必修第二册）

第11讲 机械能守恒 知识点碎片 难度 势能 ★★☆☆☆ 机械能守恒 ★★★☆☆ 模块一：势能 一、重力势能 1．重力做功的特点 根据功的定义式：，对于重力做功的情况分析如图，同一物体，虽然路径不同，但是从初始位置到末位置在重力方向上的位移完全相同，因此四种情况下重力做功相同． 可以看出：重力做功的大小取决于物体初、末位置的高度差，而与其运动路径、运动方式无关． 2．定义 重物由于被举高而具有的能量叫做重力势能． 3．重力势能大小 其中，h是物体重心距参考平面的高度，参考平面可以根据实际情况进行灵活选取，一般都以地面作为零势能参考平面． 4．单位 与功的单位相同，都是焦耳． 5．重力势能是一种能量，是标量，没有方向，但是数值有正负之分． 6．重力势能的“三性” (1)系统性：重力势能是物体和地球组成的系统所共有的能量而不是物体独有的，通常所说的物体的重力势能都是一种简略的说法． (2)重力势能的相对性：重力势能的大小与参考平面的选取有关，参考平面类似于坐标轴的零点，物体高度在参考面以下势能是负值，在参考面以上势能是正值，对于同一研究系统，不能选取多个零势能平面，以免造成混乱． (3)重力势能变化的绝对性：在同一参考系中，物体从一个位置到另外一个位置的重力势能的变化量是一定的，与参考面的选取无关． 注：重力势能的计算公式只适用于g不变时的范围，g值变化则该公式不可用． 重力做功等于重力势能变化的负值，即重力做正功其重力势能减少，重力做负功其重力势能增加． 二、弹性势能 1．定义 发生弹性形变的系统内部，由于有弹力的相互作用而具有势能，这种势能叫做弹性势能．高中阶段主要研究的是弹簧弹性势能. 2．弹簧弹性势能的大小 其中k为劲度系数，x为弹簧的形变量． 3．弹力做功的特点 和重力势能类似，弹簧弹力做正功时弹性势能减少，弹簧弹力做负功时弹性势能增加． 例1.★★☆☆☆ 关于重力势能，下列说法正确的是(　　) A．重力势能是标量 B．重力势能与功率的国际单位相同 C．质量越大的物体，其重力势能一定越大 D．所处的位置越高的物体，其重力势能一定越大 练1-1.★★☆☆☆ 井深8 m，井上支架高为2 m，在支架上用一根3 m长的绳子系住一个重100 N的物体，则物体的重力势能是(以地面为参考平面)(　　) A．100 J B．700 J C．﹣100 J D．无法确定 练1-2.★★☆☆☆ 关于重力势能的说法，正确的是(　　) A．重力势能的大小只由重物本身决定 B．重力势能恒大于零或等于零 C．重力势能是物体和地球所共有的 D．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零 例2.★★☆☆☆ 关于重力做功和重力势能，下列说法中正确的有(　　) A．重力做功与路径有关 B．当物体克服重力做功时，物体的重力势能一定减小 C．重力势能为负值说明其方向与规定的正方向相反 D．重力势能的大小与零势能参考面的选取有关 练2-1.★★☆☆☆ 如图所示，物体分别沿不同的路径Ⅰ和Ⅱ从A运动到B，重力做功分别为W1和W2，则(　　) A．W1＞W2 B．W1=W2 C．W1＜W2 D．条件不足，不能判断W1和W2的大小关系 练2-2.★★☆☆☆ 质量为3 kg的物体放在高4 m的平台上，g取10 m/s2．求： (1)以平台为参考平面，物体的重力势能是多少？ (2)以地面为参考平面，物体的重力势能是多少？ (3)物体从平台落到地面上，重力势能变化了多少？重力做功是多少？ 例3.★★☆☆☆ 关于弹簧的弹性势能，下列说法不正确的是(　　) A．弹簧的弹性势能跟拉伸(或压缩)的长度有关 B．弹簧的弹性势能跟弹簧的劲度系数有关 C．同一弹簧，在弹性限度内，形变量越大，弹性势能越大 D．弹性势能的大小跟使弹簧发生形变的物体有关 练3-1.★★☆☆☆ 一根弹簧的弹力—位移图线如图所示，那么弹簧由伸长量4 cm到伸长量8 cm的过程中，弹力的功和弹性势能的变化量为(　　) A．1.8 J，﹣1.8 J B．﹣1.8 J，1.8 J C．3.6 J，﹣3.6 J D．﹣3.6 J，3.6 J 练3-2.★★★☆☆ 弹簧原长l0=0.15 m，受拉力作用后弹簧逐渐伸长，当弹簧伸长到l1=0.2 m时，作用在弹簧上的力为400 N，问： (1)弹簧的劲度系数k为多少？ (2)在该过程中弹力做了多少功？ (3)弹簧的弹性势能变化了多少？ 模块二：机械能守恒 1．机械能 (1)物体的动能和势能之和叫做机械能．机械能包括：动能、重力势能和弹性势能． (2)重力势能是属于物体和地球组成的系统的，弹性势能是属于弹簧系统的，所以机械能守恒的适用对象是系统． (3)机械能是标量，但是有正负． 2．机械能守恒定律 (1)内容：在系统内只有重力或弹力做功的条件下，系统内部的