5.3机械能守恒定律-【桂冠物理】2024高三物理一轮复习题型归纳技巧点拨（新高考专用）

第五章 机械能及其守恒定律 5.3机械能守恒定律 【考点预测】 1.机械能守恒定律的理解和判断 2.利用机械能守恒定律解决简单问题 3.机械能守恒定律与曲线运动结合问题 4.用杆或绳子连接的系统机械能守恒问题 5.弹簧类问题机械能的转化 【方法技巧与总结】 一、重力做功与重力势能的关系 1．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． 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. 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. 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． 【题型归纳目录】 题型一：对机械能守恒的理解与判断 题型二：单个物体的机械能守恒问题 题型三：不含弹簧的系统机械能守恒问题 题型四：含弹簧的系统机械能守恒问题 【题型一】对机械能守恒的理解与判断 【典型例题】 例1．北京时间2023年6月4日6时33分，神舟十五号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，神舟十五号载人飞行任务取得圆满成功。如图所示是神舟十五号载人飞船返回舱返回地面时的情境，打开降落伞后的一段时间内，整个装置先减速后匀速下降，在这段时间内关于返回舱的说法正确的是（　　）    A．打开降落伞之后，返回舱仍处于失重状态 B．匀速下降阶段，返回舱的机械能守恒 C．匀速下降阶段，返回舱机械能的减少量等于重力对飞船做的功 D．减速下降阶段，返回舱动能的减少量等于阻力对飞船做的功 【方法技巧与总结】 1．机械能守恒判断的三种方法 定义法 利用机械能的定义直接判断，分析物体或系统的动能和势能的和是否变化，若不变，则机械能守恒 做功法 若物体或系统只有重力或系统内弹力做功，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 转化法 若物体或系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式能的转化，则机械能守恒 2.对机械能守恒条件的理解及判断 (1)机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力为零；“只有重力或弹力做功”不等于“只受重力或弹力作用”。 (2)对于一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等情况，除非题目特别说明，否则机械能必定不守恒。 (3)对于系统机械能是否守恒，可以根据能量的转化进行判断。严格地讲，机械能守恒定律的条件应该是对一个系统而言，外力对系统不做功(表明系统与外界之间无能量交换)，系统内除了重力和弹力以外，无其他摩擦和介质阻力做功(表明系统内不存在机械能与其他形式能之间的转换)，则系统的机械能守恒。 练1．竹蜻蜓是一种中国传统的民间儿童玩具，流传甚广。如图所示，竹蜻蜓由竹柄和“翅膀”两部分组成。玩儿时，双手一搓竹柄，然后双手松开，竹蜻蜓就会旋转着飞上天空，过一会儿落下来，竹蜻蜓在上升过程中，若空气阻力不可忽略，则它的机械能（　　） A．守恒 B．增大 C．减小 D．先减小后增大 【题型二】单个物体的机械能守恒问题 【典型例题】 例2．某同学利用模拟软件研究小球从半径为R的半圆弧面顶端以不同速率水平抛出，已知重力加速度为g，不计一切阻力，小球沿圆弧面运动的圆弧对应的圆心角θ与抛出速率的平方v2的关系，下列图像可能正确的是（　　）    A．   B．   C．   D．   【方法技巧与总结】 项目 表达式 物理意义 说明 从守恒的角度看 Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末 初状态的机械能等于末状态的机械能 必须先选零势能面 从转化角度看 Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp 过程中动能的增加量等于势能的减少量 不必选零势能面 2.应用机械能守恒定律解题的一般步骤 (1)根据题意选取研究对象； (2)明确研