《（全国通用）2018年高考物理 考点一遍过 专题27 机械能守恒定律（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（全国通用）2018年高考物理 考点一遍过 专题27 机械能守恒定律（含解析）（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题27 机械能守恒定律一、机械能1势能与相互作用的物体的相对位置有关的能量叫做势能，包括重力势能、弹性势能、分子势能等。2重力做功（1）物体的高度发生变化时，重力要做功。物体被举高时，重力做负功；物体下落时，重力做正功。（2）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。3重力势能（1）定义：物体由于处于一定的高度而具有的能量叫做重力势能，符号用Ep表示。（2）大小：等于它所受重力与所处高度的乘积。（3）表达式：Ep=mgh。（4）单位：焦耳（J），与功的单位相同。（5）相对性：重力势能总是相对选定的参考平面而言的（该平面常称为零势面）。同一物体对于不
2、同的参考平面重力势能不同，其值可能为正，也可能为负。（6）系统性：重力势能是物体与地球所组成的系统共有的，物体不能脱离地球谈重力势能的大小。（7）重力势能是标量，只有大小，没有方向，但是有正负。4弹性势能发生形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能。弹性势能的多少跟形变量的大小有关，跟其弹性系数也有关。5对重力做功和重力势能的理解（1）重力做功重力对物体所做的功只跟物体初、末位置的高度差有关，跟物体的运动路径无关。具体可以从以下两个方面理解：重力做功的多少，不受其他力做功的影响。不论有多少力对物体做功，重力做功只与重力、物体在重力方向上的位移有关。重力做功不受
3、运动状态、加速度等因素的影响。（2）重力势能系统性：重力势能是物体和地球所组成的系统共同具有的能量，不是地球上物体独有的，通常所说的物体的重力势能是一种不确切的习惯说法。相对性：重力势能Ep=mgh与参考平面的选取有关，式中的h是物体重心到参考平面的高度。重力势能是标量，只有大小而无方向，但有正负之分，当物体在参考平面之上时，重力势能Ep为正值；当物体在参考平面之下时，重力势能Ep为负值。注意物体重力势能的正负的物理意义是表示比零势能大，还是比零势能小。参考平面选取的任意性。视处理问题的方便而定，一般可选择地面或物体运动时所达到的最低点所在的水平面为零势能参考平面。重力势能变化的绝对性：物体从
4、一个位置到另一个位置的过程中，重力势能的变化与参考平面的选取无关，它的变化是绝对的。我们关注的是重力势能的变化，这意味着能的转化问题。注意：重力势能是一个标量，其正负表示与参考平面上物体势能的相对大小，比较物体的重力势能的大小时，要带正负号比较。重力势能的大小与参考平面的选取有关，即重力势能具有相对性，但重力势能的变化量则与参考平面的选取无关，具有绝对性。6重力做功与重力势能变化的关系（1）表达式：WG=mgh=Ep。（2）两种情况重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加。注意：重力势能的变化过程，也是重力做功的过程，二者的关系为WG=Ep1Ep2=mgh1mgh2=mg（h1h2）
5、=mgh。当物体由高处运动到低处时WG0，Ep1Ep2，表明重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功。当物体由低处运动到高处时，WG0，Ep1Ep2，表明物体克服重力做功（重力做负功），重力势能增加，增加的重力势能等于克服重力所做的功。7动能和势能的相互转化（1）重力势能与动能物体由静止自由下落或沿光滑斜面下滑时，重力对物体做正功，物体的重力势能减少，动能增大，重力势能能转化成了动能，如图甲所示。（2）弹性势能与动能被压缩的弹簧具有弹性势能，弹簧恢复原来形状的过程，弹力做正功，弹性势能减少，被弹出的物体的动能增大，弹簧的弹性势能转化为物体的动能，如图乙所示。（3）机械能机械能动
6、能、弹性势能和重力势能的总称。通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。二、机械能守恒定律1推导物体沿光滑斜面从A滑到B。（1）由动能定理：WG=Ek2Ek1。（2）由重力做功与重力势能的关系：WG=Ep1Ep2。结论：初机械能等于末机械能Ep1+Ek1=Ep2+Ek2。2内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。3表达式：Ep1+Ek1=Ep2+Ek2，即E1=E2。4守衡条件：只有重力或弹力做功。5守恒条件的几层含义的理解（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
7、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）物体既受重力，又受弹力，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。注意：从能量观点看：只有动能和势能的相互转化，无其他形式能量（如内能）之间的转化，则系统机械能守恒。从做功观点看：只有重力和系统内的弹力做功。6机械能守恒的判断（1）利用机械能的定义判断（直接判断）：若物体的动能、势能均不变，则机械能不变。若一个物体的动能不变、重力势能变化，或重力势能不变
8、、动能变化或动能和重力势能同时增加（减小），其机械能一定变化。（2）用做功判断：若物体或系统只有重力（或弹簧的弹力）做功，虽受其他力，但其他力不做功，机械能守恒。（3）用能量转化来判断：若物体或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，则物体或系统的机械能守恒。（4）对多个物体组成的系统，除考虑外力是否只有重力做功外，还要考虑系统内力做功，如有滑动摩擦力做功时，因摩擦生热，系统的机械能将有损失。6机械能守恒定律的三种表达形式及应用（1）守恒观点表达式：Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或E1=E2。意义：系统初状态的机械能等于末状态的机械能。注意问题：要先选取零势能参考平面，并
9、且在整个过程中必须选取同一个零势能参考平面。（2）转化观点表达式：Ek=Ep。意义：系统的机械能守恒时，系统增加（或减少）的动能等于系统减少（或增加）的势能。（3）转移观点表达式：EA增=EB减。意义：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。7机械能守恒定律的应用技巧（1）机械能守恒是有条件的，应用时首先判断研究对象在所研究的过程中是否满足机械能守恒的条件，然后再确定是否可以用机械能守恒定律。（2）如果系统（除地球外）只有一个物体，用守恒观点列方程较方便；对于由两个或两个以上的物体组成的系统，用转化或转移的观点列方程较为简便。8多个物体应
10、用机械能守恒定律解题应注意的问题（1）对多个物体组成的系统要注意判断物体运动的过程中，系统的机械能是否守恒。（2）注意寻找连接各物体间的速度关系的连接物，如绳子、杆或者其他物体，然后在寻找几个物体间的速度关系和位移关系。（3）列机械能守恒方程时，一般选用EA增=EB减的形式。9用机械能守恒定律解决非质点问题在应用机械能守恒定律解决实际问题时，经常会遇到“铁链”、“水柱”等类的物体，其在运动过程中，重心位置往往发生变化，形状也会发生变化，因此此类物体不再看作质点，物体虽然不看作质点来处理，但是因为只有重力做功，物体整体的机械能还是守恒的。一般情况下，可将物体分段处理，确定质量分布均匀的规则物体各
11、部分重心的位置，根据初、末状态物体重力势能的变化来列式求解。一物体在自由下落的过程中，重力做了2 J的功，则A该物体重力势能减少2 JB该物体重力势能增加2 JC该物体动能减少2 JD该物体动能增加2 J【参考答案】AD【详细解析】在自由下落的过程中，重力做了2 J的功，重力势能减少2 J。由于只受重力作用，动能增加2 J。1质量为m的小球，从离地面h高处以初速度竖直上抛，小球上升到离抛出点的最大高度为H，若选取最高点为零势能面，不计空气阻力，则A小球在最高点时的机械能是0B小球落回抛出点时的机械能是mgHC小球落到地面时的动能是D小球落到地面时的重力势能是mg（H+ h）【答案】AC【解析】
12、由于选取最高点为零势能面，小球在最高点时的速度为零，故小球在最高点时的机械能是0，所以A选项正确；小球运动过程中不计空气阻力，故此，小球落回抛出点时的机械能是，所以B选项错误；由动能定理得，所以小球落地的动能，C选项正确；小球落到地面时的重力势能是mgH，所以D选项错误。2质量为1 kg的物体从离地面1.5 m高处以速度10 m/s抛出，不计空气阻力，若以地面为零势能面，物体的机械能是_J，落地时的机械能是_J；若以抛出点为零势能面，物体的机械能是_J，落地时的机械能是_J。（g取10 m/s2）【答案】65 65 50 50在下列所描述的运动过程中，若物体所受到的空气阻力均可忽略不计，则机械
13、能守恒的是A小孩沿滑梯匀速滑下B电梯中的货物随电梯一起匀速下降C发射过程中的火箭加速上升D被投掷出的铅球在空中运动【参考答案】D【详细解析】小孩沿滑梯匀速下滑时，其动能不变，重力势能减小，故机械能不守恒，其实是有摩擦存在，将机械能转化成了内能，A错误；货物匀速下降，与A选项类似，它的机械能也不守恒，故B错误；火箭加速上升，动能增大，重力势能也增大，故机械能增大，机械能不守恒，其实它是外力对火箭做了功，故机械能会增大，C错误；D中的铅球在空中运动时，只受重力的作用，动能增大，重力势能减小，其机械能是守恒的，D正确。1如图所示，质量分别为m和2m的两个小球A和B，中间用轻质杆相连，在杆的中点O处有
14、一固定转动轴，把杆置于水平位置后释放，在B球顺时针摆动到最低点的过程中A杆对球的力沿杆方向B杆对A球做正功，杆对B球做负功CA球、B球、杆和地球组成的系统机械能守恒D重力对A球做功的瞬时功率一直变大【答案】BC2下图为某小型企业的一道工序示意图，图中一楼为原料车间，二楼为生产车间。为了节约能源，技术人员设计了一个滑轮装置用来运送原料和成品，在二楼生产的成品装入A箱，在一楼将原料装入B箱，而后由静止释放A箱，若A箱与成品的总质量为M=20 kg，B箱与原料的总质量为m=10 kg，这样在A箱下落的同时会将B箱拉到二楼生产车间，当B箱到达二楼平台时可被工人接住，若B箱到达二楼平台时没有被工人接住的
15、话，它可以继续上升h=1 m速度才能减小到零。不计绳与滑轮间的摩擦及空气阻力，重力加速度g=10 m/s2，求：（1）一楼与二楼的高度差H；（2）在A、B箱同时运动的过程中绳对B箱的拉力大小。【答案】（1） （2）【解析】（1）对A、B组成的系统有：对B有：，解得：（2）对A有：对B有：解得：1对于物体经历的一个过程，以下说法正确的是A物体的动能变化为零时，物体所受合外力一定为零B物体运动的位移为零时，摩擦力做功一定为零C物体运动中动能不变时，合外力总功一定为零D物体所受合外力为零时，物体的机械能变化一定为零2关于弹性势能，下列说法不正确的是A只有弹簧在发生弹性形变时才具有弹性势能B发生弹性形变的物体都具有弹性势能C弹性势能可以与其他形式的能相互转化D弹性势能在国际单位制中的单位是焦耳3如图所示的装置中，木块B与水平桌面间的接触是光滑的，子弹A沿水平方向
