(讲义)第1章 第5节 科学验证：机械能守恒定律-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册(鲁科版2019)

第5节　科学验证：机械能守恒定律

[核心素养·明目标]

知识点一　机械能守恒定律

1．机械能

(1)定义：物体的动能与势能(弹性势能)之和称为机械能。

(2)表达式：E＝Ep＋Ek。

2．重力势能与动能的转化

如图所示，质量为m的木块，由A自由下落至C，中间经过B时速度为vB，取过C点的平面为参考平面，则

(1)在A点的机械能：EA＝EkA＋EpA＝0＋mgH＝mgH。

(2)在B点的机械能：EB＝EkB＋EpB＝mv＋mgh

由于v＝2g(H－h)，所以EB＝mgH。

(3)落至C点时的机械能：EC＝EkC＋EpC＝mv＋0

由于v＝2gH，所以EC＝mgH。

(4)结论：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。

3．弹性势能与动能的转化

在只有弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能保持不变。

4．机械能守恒定律及其应用

(1)内容

在只有重力或弹力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。

(2)守恒定律表达式

①mv＋mgh2＝mv＋mgh1。

②Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1。

(3)守恒条件

物体系统内只有重力或弹力做功。

　用细绳把铁锁吊在高处，并把铁锁拉到鼻子尖前由静止释放，保持头的位置不动，铁锁摆回来时，会打到鼻子吗？试试看，并解释原因。

提示：不会打到鼻子。联想伽利略的理想斜面实验，若没有阻力，铁锁刚好能回到初位置，遵循机械能守恒定律。若存在阻力，机械能损失，铁锁速度为零时的高度低于开始下落时的高度，铁锁一定不能打到鼻子。

思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)在一个运动过程中，既有重力做功，又有弹簧的弹力做功，则系统的机械能一定不守恒。                            (×)

(2)物体自由下落过程中经过A、B两位置，如图甲所示，此过程中物体的机械能一定守恒。                            (√)

　　　

甲　　　　　乙

(3)物块沿斜面匀速下滑，如图乙所示，此过程中物块机械能守恒。 (×)

知识点二　验证机械能守恒定律

实验原理与方法：在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等，则验证了机械能守恒定律。

　在本实验中g只能取9.8 m/s2，而不能取10 m/s2。

考点1　机械能守恒的条件