2025年高考物理一輪總復習課件 第6章 第17講 機械能守恒定律及其應(yīng)用

第六章機械能第17講機械能守恒定律及其應(yīng)用知識梳理·易錯辨析核心考點·重點突破名師講壇·素養(yǎng)提升提能訓練練案[29]知識梳理·易錯辨析一、重力做功與重力勢能1．重力做功的特點(1)重力做功與_______無關(guān)，只與始、末位置的_________有關(guān)。(2)重力做功不引起物體_________的變化。路徑高度差機械能2．重力做功與重力勢能變化的關(guān)系(1)定性關(guān)系：重力對物體做正功，重力勢能_______；重力對物體做負功，重力勢能_______。(2)定量關(guān)系：重力對物體做的功等于物體重力勢能的_________，即WG＝__________＝_______。(3)重力勢能的變化量是絕對的，與參考平面的選取_______。3．彈性勢能(1)概念：物體由于發(fā)生___________而具有的能。(2)大?。簭椈傻膹椥詣菽艿拇笮∨c形變量及勁度系數(shù)有關(guān)，彈簧的形變量_______，勁度系數(shù)_______，彈簧的彈性勢能越大。減小增大減少量Ep1－Ep2－ΔEp無關(guān)彈性形變越大越大二、機械能守恒定律1．機械能：_______和_______統(tǒng)稱為機械能，其中勢能包括___________和___________。2．機械能守恒定律(1)內(nèi)容：在只有_____________做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機械能___________。(2)守恒條件：只有重力或彈簧的彈力做功。動能勢能重力勢能重力勢能重力或彈力保持不變1.重力勢能的變化與零勢能參考面的選取無關(guān)。(

)2．被舉到高處的物體重力勢能一定不為零。(

)3．發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能。(

)4．彈力做正功、彈性勢能一定增加。(

)5．物體所受的合外力為零，物體的機械能一定守恒。(

)6．物體的速度增大時，其機械能可能減小。(

)7．物體除受重力外，還受其他力，但其他力不做功，則物體的機械能一定守恒。(

)√×√××√√核心考點·重點突破1機械能守恒的判斷

(基礎(chǔ)考點·自主探究)1．對機械能守恒條件的理解(1)只受重力作用，例如做平拋運動的物體機械能守恒。(2)除重力外，物體還受其他力，但其他力不做功或做功代數(shù)和為零。(3)除重力外，只有系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功，那么系統(tǒng)的機械能守恒。注意：并非系統(tǒng)內(nèi)某個物體的機械能守恒，而是系統(tǒng)的機械能守恒。2．判斷方法(1)用定義判斷：若物體動能、勢能均不變，則機械能不變。若一個物體動能不變、重力勢能變化，或重力勢能不變、動能變化或動能和重力勢能同時增加(減少)，其機械能一定變化。(2)用做功判斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈簧的彈力)做功，雖受其他力，但其他力不做功，機械能守恒。(3)用能量轉(zhuǎn)化來判斷：若物體或系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體或系統(tǒng)機械能守恒。(4)對多個物體組成的系統(tǒng)，除考慮外力是否只有重力做功外，還要考慮系統(tǒng)內(nèi)力做功，如有滑動摩擦力做功時，因摩擦生熱，系統(tǒng)機械能將有損失。【跟蹤訓練】(多選)如圖所示，下列關(guān)于機械能是否守恒的判斷正確的是()A．甲圖中，物體A將彈簧壓縮的過程中，A機械能守恒B．乙圖中，A置于光滑水平面，物體B沿光滑斜面下滑，物體B機械能守恒C．丙圖中，不計任何阻力及滑輪質(zhì)量時A加速下落，B加速上升過程中，A、B機械能守恒D．丁圖中，小球沿水平面做勻速圓錐擺運動時，小球的機械能守恒CD[解析]

甲圖中重力和彈力做功，物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，但物體A機械能不守恒，A錯誤；乙圖中物體B除受重力外，還受彈力，彈力對B做負功，機械能不守恒，但從能量特點看A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒，B錯誤；丙圖中繩子張力對A做負功，對B做正功，代數(shù)和為零，A、B機械能守恒，C正確；丁圖中動能不變，勢能不變，機械能守恒，D正確。(多選)如圖所示，將一個內(nèi)外側(cè)均光滑的半圓形槽置于光滑的水平面上，槽的左側(cè)有一固定的豎直墻壁(不與槽粘連)?，F(xiàn)讓一小球自左端槽口A點的正上方由靜止開始下落，從A點與半圓形槽相切進入槽內(nèi)，則下列說法正確的是()A．小球在半圓形槽內(nèi)運動的全過程中，只有重力對它做功B．小球從A點向半圓形槽的最低點運動的過程中，小球的機械能守恒C．小球從A點經(jīng)最低點向右側(cè)最高點運動的過程中，小球與半圓形槽組成的系統(tǒng)機械能守恒D．小球從下落到從右側(cè)離開半圓形槽的過程中，機械能守恒BC[解析]

當小球從半圓形槽的最低點運動到半圓形槽右側(cè)最高點的過程中小球?qū)Π雸A形槽的力使半圓形槽向右運動，半圓形槽對小球的支持力對小球做負功，小球的機械能不守恒，A、D錯誤；小球從A點向半圓形槽的最低點運動的過程中，半圓形槽靜止，則只有小球的重力做功，小球的機械能守恒，B正確；小球從A點經(jīng)最低點向右側(cè)最高點運動的過程中，小球與半圓形槽組成的系統(tǒng)只有重力做功，機械能守恒。C正確。2單物體(除地球外)機械能守恒問題(能力考點·深度研析)1．機械能守恒的三種表達式守恒觀點E1＝E2要選零勢能參考平面轉(zhuǎn)化觀點ΔEk＝－ΔEp不用選零勢能參考平面轉(zhuǎn)移觀點ΔEA＝－ΔEB2.應(yīng)用機械能守恒定律的基本思路(1)選取研究對象——物體。(2)根據(jù)研究對象所經(jīng)歷的物理過程，進行受力、做功分析，判斷機械能是否守恒。(3)恰當?shù)剡x取參考平面，確定研究對象在過程的初、末狀態(tài)時的機械能。(4)選取方便的機械能守恒定律的方程形式(Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2、ΔEk＝－ΔEp)進行求解。D(1)列方程時，選取的表達角度不同，表達式不同，對參考平面的選取要求也不一定相同。(2)應(yīng)用機械能守恒能解決的問題，應(yīng)用動能定理同樣能解決，但其解題思路和表達式有所不同。?考向2多過程問題(1)若釋放處高度h＝h0，當小球第一次運動到圓管最低點C時，求速度大小vC；(2)求小球在圓管內(nèi)與圓心O1點等高的D點所受彈力FN與h的關(guān)系式；(3)若小球釋放后能從原路返回到出發(fā)點，高度h應(yīng)該滿足什么條件？3連接體的機械能守恒問題(能力考點·深度研析)1．對多個物體組成的系統(tǒng)要注意判斷物體運動過程中，系統(tǒng)的機械能是否守恒。2．注意尋找用繩或桿連接的物體間的速度關(guān)系和位移關(guān)系。3．列機械能守恒方程時，一般選用ΔEk＝－ΔEp的形式。?考向1輕繩連接的物體系統(tǒng)1．常見情景2.三點提醒(1)分清兩物體是速度大小相等，還是沿繩方向的分速度大小相等。(2)用好兩物體的位移大小關(guān)系或豎直方向高度變化的關(guān)系。(3)對于單個物體，一般繩上的力要做功，機械能不守恒；但對于繩連接的系統(tǒng)，機械能則可能守恒。?考向2輕桿連接的物體系統(tǒng)1．常見情景2．三大特點(1)平動時兩物體線速度相等，轉(zhuǎn)動時兩物體角速度相等。(2)桿對物體的作用力并不總是沿桿的方向，桿能對物體做功，單個物體機械能不守恒。(3)對于桿和球組成的系統(tǒng)，忽略空氣阻力和各種摩擦且沒有其他力對系統(tǒng)做功，則系統(tǒng)機械能守恒。(多選)(2024·廣東茂名高三階段練習)如圖所示，一根長為3L的輕桿可繞水平轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動，兩端固定質(zhì)量均為m的小球A和B，A到O的距離為L，現(xiàn)使桿在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，B運動到最高點時，恰好對桿無作用力，兩球均視為質(zhì)點，不計空氣阻力和摩擦阻力，重力加速度為g。當B由最高點第一次轉(zhuǎn)至與O點等高的過程中，下列說法正確的是()AD?考向3輕彈簧連接的物體系統(tǒng)題型特點由輕彈簧連接的物體系統(tǒng)，一般既有重力做功又有彈簧彈力做功，這時系統(tǒng)內(nèi)物體的動能、重力勢能和彈簧的彈性勢能相互轉(zhuǎn)化，而總的機械能守恒兩點提醒(1)對同一彈簧，彈性勢能的大小完全由彈簧的形變量決定，無論彈簧伸長還是壓縮。(2)物體運動的位移與彈簧的形變量或形變量的變化量有關(guān)(2024·四川金堂縣高三月考)如圖所示，在豎直方向上A、B兩物體通過勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧相連，A放在水平地面上；B、C兩物體通過細繩繞過輕質(zhì)定滑輪相連，C放在固定的光滑斜面上。用手拿住C，使細線剛剛拉直但無拉力作用，并保證ab段的細線豎直、cd段的細線與斜面平行。已知A、B的質(zhì)量均為m，C的質(zhì)量為4m，重力加速度為g，細線與滑輪之間的摩擦不計，開始時整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。釋放C后它沿斜面下滑，A剛離開地面時，B獲得最大速度，求：(1)從釋放C到物體A剛離開地面時，物體C沿斜面下滑的距離；(2)斜面傾角α；(3)B的最大速度vBm。[解析]

(1)設(shè)開始時彈簧的壓縮量xB，則kxB＝mg，設(shè)當物體A剛剛離開地面時，彈簧的伸長量為xA，則kxA＝mg，當物體A剛離開地面時，物體B上升的距離以及物體C沿斜面下滑的距離均為h＝xA＋xB，(2)物體A剛剛離開地面時，以B為研究對象，物體B受到重力mg、彈簧的彈力kxA、細線的拉力T三個力的作用，設(shè)物體B的加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律，對B有T－mg－kxA＝ma，對C有4mgsinα－T＝4ma，聯(lián)立整理得4mgsinα－mg－kxA＝5ma。當B獲得最大速度時，有a＝0，名師講壇·素養(yǎng)提升非質(zhì)點類物體的機械能守恒問題1．主要類型有質(zhì)量的桿、繩、鏈條、水柱等物體的運動。2．解題關(guān)鍵這類物體的重力勢能由重心的位置決定，確定重心位置是解題的關(guān)鍵。3．常用方法當整體重心不易確定時，可分段處理，找出各部分的重心位置，求各段的重力勢能。(水柱模型)如圖所示，粗細均勻，兩端開口的U形管內(nèi)裝有同種液體，開始時兩邊液面高度差為h，管中液柱總長度為4h，后來讓液體自由流動，當兩液面高度相等時，右側(cè)液面下降的速度為(不計摩擦阻力，重力加速度為g)(

)A【跟蹤訓練】

(繩模型)(多選)某實驗小組在家里研究能量的轉(zhuǎn)化，設(shè)計了如下的實驗，一根長度為l、質(zhì)量為m的濕滑毛巾掛在水平晾衣桿上，毛巾的質(zhì)量分布均勻，毛巾與水平晾衣桿之間的摩擦忽略不計，毛巾分別在圖甲、圖乙所示狀態(tài)下從靜止開始豎直下降，兩種情況下毛巾剛好離開水平