第5章 第3讲 第1课时 机械能守恒定律的理解及应用（Word教参）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（老教材 新高考）

第3讲　机械能守恒定律

第1课时　机械能守恒定律的理解及应用

一、机械能

1．重力做功与重力势能

(1)重力做功的特点：重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关。

(2)重力做功与重力势能变化的关系

 

(3)重力势能的变化量是绝对的，与参考面的选取无关。

2．弹力做功与弹性势能

(1)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。

(2)对于弹性势能，一般物体的弹性形变量越大，弹性势能越大。

 

二、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

3．机械能守恒的条件

(1)系统只受重力或弹力，不受其他外力。

(2)系统除受重力或弹力外，还受其他内力和外力，但这些力对系统不做功。

(3)系统内除重力或弹力做功外，还有其他力做功，但其他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。

 

 

情境创设　

如图所示，在地面上以速度v0斜向上抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上。若以地面为零势能面，而且不计空气阻力。

 

微点判断　

(1)物体在运动过程中动能越来越大。(×)

(2)物体在运动过程中重力势能越来越大。(×)

(3)重力对物体做的功为mgh。(√)

(4)物体在海平面上的势能为mgh。(×)

(5)物体在海平面上的动能为mv02－mgh。(×)

(6)物体在海平面上的机械能为mv02。(√)

(7)物体在轨迹最高处的机械能为mv02。(√)

(8)物体重力势能的大小与零势能参考平面的选取有关。(√)

(9)物体重力势能的变化与零势能参考平面的选取有关。(×)

(10)物体克服重力做功，物体的重力势能一定增加。(√)

(11)若物体所受的合外力为零，则物体的机械能守恒。(×)

 

(一) 机械能守恒的判断(固基点)

 [题点全练通]

1．[机械能守恒条件的理解]

关于机械能守恒定律的适用条件，下列说法正确的是(　 )

A．只有重力和弹力作用时，机械能才守恒

B．当有其他外力作用时，只要合外力为零，机械能守恒

C．当有其他外力作用时，只要其他外力不做功，机械能守恒

D．炮弹在空中飞行不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒

解析：选C　机械能守恒的条件是“只有重力或系统内弹力做功”而不是“只有重力和弹力作用”，“做功”和“作用”是两个不同的概念，A错误；物体受其他外力作用且合外力为零时，机械能可能不守恒，如拉一物体匀速上升，合外力为零，物体的动能不变，

重力势能增加，故机械能增加，B错误；在炮弹爆炸过程中产生的内能转化为机械能，机械能不守恒，D错误；由机械能守恒定律的特点知，C正确。

2．[单物体机械能守恒的判断]

载人飞行包是一个单人低空飞行装置，如图所示，其发动机使用汽油作为燃料提供动力，可以垂直起降也可以快速前进，若飞行包(包括人)在竖直方向上匀速上升的过程中(空气阻力不可忽略)，下列说法正确的是(　 )

A．发动机对飞行包不做功

B．飞行包的重力做正功

C．飞行包的动能不变

D．飞行包的机械能不变

解析：选C　飞行包(包括人)在竖直匀速上升的过程中，发动机的动力向上，则发动机对飞行包做正功，A错误；高度上升，飞行包的重力做负功，B错误；飞行包(包括人)在竖直方向上匀速上升，故飞行包的动能不变，C正确；飞行包在上升过程中动能不变，重力势能变大，故机械能变大，D错误。

3．[系统机械能守恒的分析与判断]

如图所示，将一个内外侧均光滑的半圆形槽置于光滑的水平面上，槽的左侧有一竖直墙壁。现让一小球自左端槽口A点的正上方由静止开始下落，小球从A点与半圆形槽相切进入槽内，则下列说法正确的是(　 )

A．小球在半圆形槽内运动的全过程中，只有重力对它做功

B．小球从A点向半圆形槽的最低点运动的过程中，小球处于失重状态

C．小球从A点经最低点向右侧最高点运动的过程中，小球与槽组成的系统机械能守恒

D．小球从下落到从右侧离开槽的过程中机械能守恒

解析：选C　小球从A点向半圆形槽的最低点运动的过程中，半圆形槽有向左运动的趋势，但由于墙壁对半圆形槽的作用，半圆形槽实际上没有动，整个系统中只有重力做功，所以小球与槽组成的系统机械能守恒；小球过了半圆形槽的最低点以后，小球对槽的作用力斜向右下方，对槽做正功，槽向右运动，槽对小球的作用力斜向左上方，槽对球做负功，该过程中除了重力做功外，槽对小球的弹力也做功，故小球的机械能不守恒，A、D错误；小球从A点向半圆形槽的最低点运动的过程中，在A点，小球竖直方向上只受重力作用，加速度方向竖直向下，处于失重状态，在最低点，小球的加速度方向竖直向上，处于超重状态，所以小球先失重，后超重，B错误；小球与槽组成的系统没有其他形式的能量产生，满足机械能守恒的条件，所以系统的机械能守恒，C正确。