人教版高三物理机械能守恒定律及其应用知识精讲

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1、高三物理机械能守恒定律及其应用知识精讲一.本周教学内容：机械能守恒定律及其应用机械能：动能、重力势能、弹性势能统称为机械能。功是能量转化的量度，通过重力做功可以实现重力势能与动能之间的转化，通过弹力做功可以实现弹性势能和动能之间的转化。（一）重力功与重力势能的变化问题1：起重机将同一个物体，拉到同样的高度，分别经过匀速、加速、减速过程1.物体重力势能的增加量是否相同？2.物体克服重力做功是否相同？3.物体动能的增加量是否相同？4.合外力对物体做功是否相同？分析解答：1.重力势能的增加为mgh,只要

2、初末位置相同，势能的增加量就相同。2.物体克服重力做功为mgh,与运动过程的具体情况无关。3.运动过程不同，物体速度变化不同，动能的变化不同。4.根据动能定理，合外力的功决定并量度动能的变化，动能变化不同，合外力的功一定不同。具体分析：根据牛顿运动定律T-mg=ma,a1=o,T1=mg,ΣW=0，动能不变;a2>0,T2=mg+ma2,物体处于超重状态，ΣW=(T2-mg)h=ma2h>0，物体动能增加;a3与初速度反向，数值上T3=mg-ma3,物体处于失重状态，ΣW=-ma3h<0,物体动能

3、减小。结论：物体克服重力做功，数值上等于物体重力势能的增加量，它们只由状态决定，与运动过程无关。物体动能的变化取决于合外力的总功。弹力为应变力，不同的物理过程，弹力大小不同，弹力的功不同，合外力的功不同，动能的变化不同。结论：1.重力功的特点：重力做功与路径无关，与具体运动过程无关。沿水平面运动或沿闭合路径一周，重力做功为0。2.重力功与重力势能的关系：克服重力做功的过程，一定是物体位置升高的过程，物体重力势能增加。并且克服重力做多少功物体的重力势能就增加多少。重力对物体做正功的过程，物体的位置一

4、定下降，物体的重力势能一定减小。并且重力做多少功，物体重力势能就减小多少。重力功与重力势能的关系，与运动过程中是否有其它力作用，与运动路径等无关。重力的功是物体重力势能变化的原因和量度。正是因为地球上的物体受重力作用，且重力做功与路径无关，才能引入由位置所决定的重力势能。推广：凡是存在某种力作用，且这种力做功与路径无关，就可以引入与该力相关的势能。1.弹力做功与路径无关，对一定的形变物体来说，只与弹性形变有关，所以存在弹性势能，弹性势能的变化用弹力的功来量度。2.万有引力做功与路径无关，万有引力做

5、正功，引力势能减小，克服万有引力做功，引力势能增加。3.分子力做功与路径无关，所以存在分子势能。分子力做正功，分子势能减小，克服分子力做功，分子势能增加。4.静电场力做功与路径无关，电子在不同轨道之间跃迁，电场力做功为qU，存在电势能，电场力做正功，电势能减小，克服电场力做功，电势能增加。问题：1.为什么没有摩擦势能？分析解答：摩擦力可以对运动物体做正功，也可以对物体做负功，为什么从来没有引入过摩擦势能呢？在下图中，物体沿不同斜面下滑，倾角不同，摩擦力大小不同，倾角越小，摩擦力越大，而路程越长，摩

6、擦力做功越多。物体从同一点出发，达到同一个水平面，沿不同路径，摩擦力的功不同，所以无法定义由位置所确定的且由摩擦力的功量度的摩擦势能。大量的实验和实践表明，相互以重力或弹力作用的体系，物体运动过程中，如果只有重力做功或只有弹力做功，系统的势能和动能之间发生相互转化，但机械能的总量保持不变。（二）机械能守恒定律在只有重力或弹力做功的情况下，物体的动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。机械能守恒定律的研究对象：系统，一般简化为物体。守恒：是指系统在满足守恒条件下，机械能——动能和势能之和，在

7、状态变化过程中总保持不变。确定系统机械能是否守恒，是能否应用机械能守恒定律解决问题的关键。（三）怎样判断机械能是否守衡1.根据守恒条件：是否只有重力或弹力做功2.考察状态：比较、确定不同状态的机械能，看它们是否相同3.考察系统是否发生机械能与其它形式的能量的转化问题讨论：1.物体受平衡力作用，合外力为0，机械能一定守恒，这句话对不对？分析解答：合外力为0，物体做匀速直线运动，合外力的功为0，根据动能定理，物体的动能变化为0，但机械能不一定守恒。例如，物体沿斜面匀速滑行，动能不变，势能减小，机械能减

8、小。降落伞在空中匀速下降，动能不变，势能减小，机械能减小。注意不要将机械能守恒条件与物体的平衡条件混为一谈。2.判断以下过程机械能是否守恒（1）如下图所示，水平方向和竖直方向的弹簧振子在振动过程中，物体的机械能是否守恒？分析：考察状态，在水平面上，物体的速度随时间周期性变化，其势能不变，动能时刻变化，物体的机械能不守恒。而对于弹簧和物体系统，只有弹力做功，所以系统的机械能守恒。竖直弹簧振子只有重力和弹力做功，系统机械能守恒，而物体的机械能并不守恒。（2）如下图所示，物体沿光滑斜面下