第5章 第3节 机械能守恒定律及其应用(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)广东专版

　机械能守恒定律及其应用 一、重力势能 1．重力势能 (1)定义：由于物体被举高而具有的能。 (2)表达式：Ep＝mgh。 (3)特点：重力势能有相对性。 2．重力做功的特点 (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。 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)＝Ep1－Ep2＝－ΔEp。 (3)重力势能的变化量是绝对的，与参考面的选取无关。 4．弹性势能 (1)概念：物体由于发生弹性形变而具有的能量。 (2)大小：弹簧的弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关，弹簧的形变量越大，劲度系数越大，弹簧的弹性势能越大。 (3)弹力做功与弹性势能变化的关系：类似于重力做功与重力势能变化的关系，用公式表示：W＝－ΔEp。 二、机械能守恒定律 1．机械能：动能和势能统称为机械能，其中势能包括弹性势能和重力势能。 2．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，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 (2)表达式：mgh1＋mv＝mgh2＋mv。 3．守恒条件：只有重力或弹簧的弹力做功。 一、易错易误辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)重力势能的变化与零势能参考面的选取无关。 (√) (2)被举到高处的物体重力势能一定不为零。 (×) (3)克服重力做功，物体的重力势能一定增加。 (√) (4)发生弹性形变的物体都具有弹性势能。 (√) (5)弹力做正功，弹性势能一定增加。 (×) (6)物体所受的合外力为零，物体的机械能一定守恒。 (×) 二、教材习题衍生 1．(人教版必修第二册改编)忽略空气阻力，下列物体运动过程中满足机械能守恒的是(　　) A．电梯匀速下降 B．物体由光滑斜面顶端滑到斜面底端 C．物体沿着粗糙斜面匀速下滑 D．拉着物体沿光滑斜面匀速上升 B　[电梯匀速下降，说明电梯处于受力平衡状态，并不是只有重力做功，机械能不守恒，所以A错误；物体在光滑斜面上，受重力和支持力的作用，但是支持力的方向和物体运动的方向垂直，支持力不做功，只有重力做功，机械能守恒，所以B正确；物体沿着粗糙斜面匀速下滑，物体处于受力平衡状态，摩擦力和重力都要做功，机械能不守恒，所以C错误；拉着物体沿光滑斜面匀速上升，物体处于受力平衡状态，拉力和重力都要做功，机械能不守恒，所以D错误。] 2．(粤教版必修第二册改编)(多选)载人飞船在发射至返回的过程中，以下哪些阶段中返回舱的机械能是守恒的(　　) A．飞船升空的阶段 B．飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段 C．返回舱在大气层以外向着地球做无动力飞行的阶段 D．降落伞张开后，返回舱下降的阶段 BC　[飞船升空的阶段，推力做正功，机械能增加，故A错误；飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段，只受引力作用，引力势能和动能之和保持不变，故B正确；返回舱在大气层外向着地球做无动力飞行阶段，只有引力做功，势能减小，动能增加，机械能总量守恒，故C正确；降落伞张开后，返回舱下降的阶段，克服空气阻力做功，故机械能减小，故D错误。] 3．(人教版必修第二册改编)(多选)如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上，已知重力加速度为g，若以地面为参考平面且不计空气阻力，则下列说法中正确的是(　　) A．物体落到海平面时的重力势能为mgh B．物体从抛出到落到海平面的过程中重力对物体做功为mgh C．物体在海平面上的动能为mv＋mgh D．物体在海平面上的机械能为mv BCD　[物体运动过程中，机械能守恒，所以任意一点的机械能相等，都等于抛出时的机械能，物体在地面上的重力势能为零，动能为mv，故整个过程中的机械能为mv，所以物体在海平面上的机械能为mv，在海平面上的重力势能为－mgh，根据机械能守恒定律可得－mgh＋mv2＝mv，所以物体在海平面上的动能为mv＋mgh，从抛出到落到海平面，重力做功为mgh，所以B、C、D正确。] 机械能守恒的判断　 1．对机械能守恒条件的理解 (1)只受重力作用，物体的机械能守恒。(例如平抛运动) (2)除重力外，物体还受其他力，但其他力不做功或做功代数和为零。 (3)对物体和弹簧组成的系统，只有重力和弹力做功，系统的机械能守恒。注意：并非物体的机械能守恒。 2．机械能是否守恒的三种判断方法 (1)利用机械能的定义判断：若物体动能、势能之和不变，机械能守恒。 (2)用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功，或有其他力做功，但其他力做功的代数和为零，则机械能守恒。 (3)利用能量转化判断：若物体系统与外界没有能量