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（新教材 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：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。

(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．判断机械能守恒的三个角度

 

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)从抛出到落到海平面上的过程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；由机械能守恒定律的特点知，C正确；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。

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)在竖直方向上匀速上升的过程中，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．[多个物体组成的系统机械能守恒的判断]

如图所示，斜面体置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑，在物体下滑过程中，下列说法正确的是(　 )

A．物体的重力势能减少，动能不变

B．斜面体的机械能不变

C．斜面对物体的作用力垂直于接触面，不对物体做功

D．物体和斜面体组成的系统机械能守恒

解析：选D　物体下滑的过程动能增加，A错误；物体在下滑过程中，斜面体做加速运动，其机械能增加，B错误；物体沿斜面下滑时，弹力方向垂直于接触面，但与速度方向之间的夹角大于90°，所以斜面对物体的作用力对物体做负功，C错误；对物体与斜面体组成的系统，只有物体的重力做功，机械能守恒，D正确。

4．[含弹簧的系统机械能守恒的判断]

(多选)如图所示，一轻弹簧一端固定在O点，另一端系一小球，将小球从与悬点O在同一水平面且使弹簧保持原长的A点无初速度释放，让小球自由摆下。不计空气阻力。在小球由A点摆向最低点B的过程中，下列说法正确的是(　 )

A．小球的机械能守恒

B．小球的机械能减少

C．小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变