第八章第四节 机械能守恒定律-2023-2024学年高一物理精剖细解讲义（人教版2019必修第二册）

第八章第四节 机械能守恒定律 ——精剖细解学习讲义 知识点：机械能守恒定律 一、机械能 定义：物体的动能与重力势能(弹性势能)之和称为机械能。 表达式：E=EK+EP，EK为动能，EP为势能（重力势能和弹性势能）。 标矢性：机械能是标量，但有正、负(因重力势能有正、负)。 对机械能的理解： 机械能包括动能、重力势能、弹性势能。重力势能是属于物体和地球组成的重力系统的，弹性势能是属于弹簧的弹力系统的。 机械能是状态量，做机械运动的物体在某一位置时，具有确定的机械能。 机械能具有相对性，势能具有相对性(须确定零势能参考平面)，同时，与动能相关的速度也具有相对性(应该相对于同一个惯性参考系，一般是以地面为参考系)，所以机械能也具有相对性。 机械能具有系统性，是物体、地球和弹性系统所共有的。 重力势能与动能的转化：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，物体的重力势能转化为动能；若重力对物体做负功，则物体的重力势能增加，动能减少，物体的动能转化为重力势能。 弹性势能与动能的转化：只有弹簧弹力做功时，若弹力对物体做正功，则弹簧的弹性势能减少，物体的动能增加，弹簧的弹性势能转化为物体的动能；若弹力对物体做负功，则弹簧的弹性势能增加，物体的动能减少，物体的动能转化为弹簧的弹性势能。 1．做匀速圆周运动的物体，保持不变的量是（　　） A．加速度 B．合外力 C．动能 D．机械能 2．如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落在比地面低h的海平面上，若以地面为零势能面，且不计空气阻力，则（　　） A．重力对物体做的功为零 B．物体在海平面的重力势能为mgh C．物体在海平面的动能为+mgh D．物体在海平面的机械能为+mgh 3．一般的曲线运动可以分为很多小段，每一小段都可以被看作是圆周运动的一部分. 如图所示为一摩托车匀速率运动过程中经过高低不平的一段赛道的示意图，最低点A和最高点B两个位置对应的圆弧半径分别为、，且. 设摩托车在A、B两点的向心加速度大小分别为、，向心力大小分别为、，机械能大小分别为、，则下列说法正确的是（　　）    A．向心加速度 B．向心力 C．机械能 D．摩托车最有可能爆胎的位置在B点 4．在风洞实验室内的竖直粗糙墙面上放置一钢板，风垂直吹向钢板，在钢板由静止开始下落的过程中，作用在钢板上的风力恒定，用、、、分别表示钢板下落过程中的动能、重力势能、速度和重力的功率，关于它们随下落高度h、下落时间t、下落时间平方的变化规律，下列四个图象中不正确的是（　　） A． B． C． D． 5．如图所示，由于空气阻力的影响，炮弹实际飞行轨道不再是抛物线，而是按“弹道曲线”飞行，下列说法正确的是（　　） A．炮弹在上升过程中动能减小 B．炮弹在下落过程中机械能增加 C．炮弹到达最高点时速度为零 D．炮弹到达最高点时加速度为零 二、机械能守恒定律 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相互转化，但机械能的总量保持不变。 表达式：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1。 应用机械能守恒定律解决问题只需考虑运动的初状态和末状态，不必考虑两个状态之间过程的细节，即可以简化计算。 守恒条件：受力（物体系统只受重力或弹力作用）；做功（物体系统存在其他力作用，但其他力不做功，只有重力或弹力做功）；转化（相互作用的物体组成的系统只有动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转化）。“只有重力或弹力做功”并非“只受重力或弹力作用”，也不是合力的功等于零，更不是某个物体所受的合力等于零。 机械能守恒定律解题方法：①明确研究对象；②分析研究对象的受力情况和运动情况，分析清楚各力做功的情况；③选取适当的势能平面，明确研究对象的初末状态的机械能；④选取合适的机械能守恒定律的观点列表达式；⑤对结果进行讨论和说明。 机械能守恒定律是一种“能——能转化”关系，应用时首先要判断所研究的物理情景中机械能是否守恒。 如果系统（除地球外）只有一个物体，用守恒的观点求解比较方便；对于由两个或两个以上物体组成的系统，用转化或转移的观点求解比较方便。 机械能守恒定律的三种观点： 观点 表达式 物理意义 注意事项 守恒 Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2 系统初状态的机械能等于末状态的机械能。 要选取零势能面，在整个分析过程中必须选取同一个零势能面。 转化 ΔEk＝－ΔEp 系统减少（或增加）的重力势能等于系统增加（或减少）的动能。 不需要选取零势能面，要明确势能的增加量或减少量。 转移 ΔEA减＝ΔEB增 若系统由A、B两部分组成，当系统的机械能守恒时，则A部分机械能的增加量等于B部分机械能的减少量。 不需要选取零势能面，A部分机械能的增加量等于A部分末状态的机械能减去初状态的机械能，