第1章 第5节 第1课时 机械能守恒定律-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第二册同步核心辅导与测评（鲁科版）

第5节　科学验证：机械能守恒定律 第1课时　机械能守恒定律 核心素养要求 核心素养呈现 1．知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。 2．会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件。 3．在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能应用机械能守恒定律解决简单问题。 　动能与势能的相互转化 1．重力势能与动能：只有重力做功时，若重力对物体做正功，则物体的重力势能减少，动能增加，重力势能转化成了动能；若重力做负功，则动能转化为重力势能。 2．弹性势能与动能：只有弹簧弹力做功时，若弹力做正功，则弹簧弹性势能减少，物体的动能增加，弹性势能转化为动能。 毛泽东的诗词中曾写到 “一代天骄成吉思汗，只识弯弓射大雕”。试分析成吉思汗在弯弓射雕过程中，涉及机械能中哪些能量之间的转化？ 提示：箭被射出过程中，弹性势能转化为箭的动能；箭上升过程中，动能向重力势能转化；箭下落过程中，重力势能又向动能转化。 　机械能守恒定律 1．机械能：物体的动能与重力势能(弹性势能)之和称为机械能，表达式为E＝Ep＋Ek。 2．内容：在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能互相转化，机械能的总量保持不变。 3．表达式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1或E2＝E1 。 (1)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用。(×) (2)合力为零，物体的机械能一定守恒。(×) (3)合力做功为零，物体的机械能保持不变。(×) (4)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒。(√) 如图所示，一小球自A点由静止自由下落，到B点时与弹簧接触，到C点时弹簧被压缩到最短。若不计弹簧质量和空气阻力，在小球由A→B→C的过程中，小球的重力势能、动能及机械能如何变化。 提示：重力势能减小　动能先增大后减小　机械能先不变后减小 　 [思考探究] 如图所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下。(忽略轨道的阻力和其他阻力) 过山车下滑时，过山车受哪些力作用？各做什么功？动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？ 提示：过山车下滑时，如果忽略阻力作用，过山车受重力和轨道支持力作用；重力做正功，支持力不做功，动能增加，重力势能减少，机械能保持不变。 [思维深化] 1．对机械能守恒条件的理解 (1)物体只受重力，只发生动能和重力势能的相互转化，如自由落体运动、抛体运动等。 (2)只有弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化。如在光滑水平面上运动的物体碰到一个弹簧，和弹簧相互作用的过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒。 (3)重力和弹力都做功，发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化，如自由下落的物体落到竖直的弹簧上和弹簧相互作用的过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒。 (4)除受重力或弹力外，还受其他力，但其他力不做功，或其他力做功的代数和为零。如物体在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面运动，拉力与摩擦力的大小相等，方向相反，在此运动过程中，其机械能守恒。 2．判断机械能是否守恒的方法 (1)利用机械能的定义判断(直接判断)：若物体动能、势能均不变，机械能不变。若动能和势能中，一种能变化，另一种能不变，则其机械能一定变化。 (2)用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹力)做功，虽受其他力，但其他力不做功或做功的代数和为零，机械能守恒。 (3)用能量转化来判断：若物体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的能的转化，则物体系统机械能守恒。 　 (多选)如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(　　) A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒 B．乙图中，A置于光滑水平面，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒 C．丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，A、B组成的系统机械能守恒 D．丁图中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能守恒 思路点拨：判断机械能是否守恒的关键：一是注意系统的选择；二是看系统内重力、弹力之外的力是否做功。 【解析】　甲图中重力和弹簧弹力做功，系统机械能守恒，但弹簧的弹性势能增加，A的机械能减少，A错；乙图中，B物体下滑，B对A的弹力做功，A的动能增加，B的机械能减少，B错；丙图中A、B组成的系统只有重力做功，机械能守恒，C对；丁图中小球受重力和拉力作用，但都不做功，小球动能不变，机械能守恒，D对。 【答案】　CD 判断机械能是否守恒应注意的问题 (1)物体在共点力作用下所受合外力为0是物体处于平衡状态的条件。物体受到的合外力为0时，它一定处于匀速直线运动状态或静止状态，但物体的机械能不一定守恒。 (2)合外力做功为0是物体动能不变的条件。合外力对物体不做功，它的动能一定不变，但它的机械能不一定守恒。 (3)只有重力做功或系统内弹