2019年高中物理第七章第8节机械能守恒定律讲义含解析新人教版必修2.doc
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1、机械能守恒定律一、动能和势能的相互转化1动能与重力势能间的转化(1)物体自由下落或沿光滑斜面滑下时,重力对物体做正功,物体的重力势能减少,动能增加,物体原来具有的重力势能转化为动能。(2)原来具有一定速度的物体,由于惯性在空中竖直上升或沿光滑斜面向上运动时,重力对物体做负功,物体原来具有的动能转化为重力势能。2被压缩的弹簧具有弹性势能,当弹簧恢复原状时,把跟它接触的物体弹出去。这一过程中,弹力做正功,弹簧的弹性势能减少,转化为物体的动能。3动能和势能统称为机械能。通过重力或弹力做功,机械能可以从一种形式转化为另一种形式。说明(1)机械能是标量,只有大小,没有方向,但有正负(因为势能有正负)。(
2、2)机械能具有瞬时性。物体在某一时刻的机械能等于该时刻的动能与势能之和。(3)机械能具有相对性。因为势能具有相对性(需确定零势能面),与动能相关的速度也具有相对性(需相对于同一惯性参考系,一般以地面为参考系),所以机械能也具有相对性。选一选高台滑雪运动员腾空跃下,如果不考虑空气阻力,则下落过程中该运动员机械能的转换关系是()A动能减少,重力势能减少B动能减少,重力势能增加C动能增加,重力势能减少D动能增加,重力势能增加解析:选C运动员腾空跃下,不考虑空气阻力,只受重力作用,故机械能守恒。下落过程中高度减小,重力势能减少,速度增大,动能增加。选项C正确。二、机械能守恒定律1推导:2内容:在只有重
3、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。3守恒定律表达式(1)Ek2Ek1Ep1Ep2,即Ek增Ep减。(2)Ek2Ep2Ek1Ep1,即E2E1。4守恒条件:只有重力(或弹力)做功。说明由于应用动能定理不需要满足什么条件,所以涉及到功能关系问题时可以优先考虑动能定理(特别是单个物体时)。判一判1合力为零,物体的机械能一定守恒()2合力做功为零,物体的机械能一定守恒()3只有重力做功,物体的机械能一定守恒()1.对机械能守恒条件的理解机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功,可分如下三层理解(1)只受重力作用:如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动(自由落体、竖直
4、上抛、平抛、斜抛等)。(2)受其他力,但其他力不做功,只有重力或弹力做功,例如:物体沿光滑的曲面下滑,受重力、曲面的支持力的作用,但曲面的支持力对物体不做功;在光滑水平面上的小球运动中碰到弹簧,把弹簧压缩后又被弹簧弹回来。(3)除重力和弹力之外,还有其他力做功,但其他力做功的总和为零,系统机械能没有转化为其他形式的能,物体的机械能不变,这不属于真正的守恒,但也可以当作守恒来处理。2机械能守恒的判断(1)用做功来判断:分析物体或物体受力情况(包括内力和外力),明确各力做功的情况,若对物体或系统只有重力或弹力做功,没有其他力做功或其他力做功的代数和为零,则机械能守恒。(2)用能量转化来判断:若系统
5、中只有动能和势能的相互转化,无机械能与其他形式的能的转化,则系统机械能守恒。典型例题例1.多选(2016泰兴检测)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,在大小等于摩擦力的拉力下沿斜面下滑时,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加速上升的过程中,A、B组成的系统机械能守恒D丁图中,小球沿水平面做速度大小不变的圆锥摆运动时,小球机械能守恒解析甲图中重力和弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但A机械能不守恒,A错误;乙图中物体B除受重力外,还受支持力、拉力、摩擦力,但当拉力与摩擦力大小相等时,除重力之外
6、的三个力做功的代数和为零,故B机械能守恒,B正确;丙图中绳子的张力对A做负功,对B做正功,两者代数和为零,又不计任何阻力,故A、B组成的系统机械能守恒,C正确;丁图中小球的动能不变,势能不变,故机械能守恒,D正确。答案BCD点评判断机械能是否守恒应注意的问题(1)合力为零是物体处于平衡状态的条件。物体的合力为零时,它一定处于匀速运动状态或静止状态,但它的机械能不一定守恒。(2)合力做功为零是物体动能不变的条件。合力对物体不做功,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力做功是机械能守恒的条件。只有重力对物体做功时,物体的机械能一定守恒;只有重力或系统内弹力做功时,
7、系统的机械能一定守恒。即时巩固1多选如图所示,一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落,到最低点时距水面还有数米距离。假定空气阻力可忽略,运动员可视为质点,下列说法正确的是()A运动员到达最低点前重力势能始终减小B蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力做负功,弹性势能增加C蹦极过程中,运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D蹦极过程中,重力势能的改变量与重力势能零点的选取有关解析:选ABC蹦极运动员只要向下运动,其重力势能就减小,所以运动员到达最低点前重力势能始终减小,A正确;蹦极绳张紧后下落过程中,弹力做负功,弹性势能增加,B正确;在空气阻力可忽略时,运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能
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