必修→五节机械能守恒定律同步练习.docVIP

八、机械能守恒定律 一、课前预习 预习导航 机械能是动能、重力势能以及弹性势能的统称，要从动能和势能的角度来理解机械能具有哪些物理性质？ 知道机械能守恒定律的内容及其推导过程，知道定律成立的条件。要学会从三个不同的角度去理解机械能守恒定律。 利用机械能守恒定律来解决比较典型的物理问题，总结解题方法. 资料卡片 荷兰物理学家H·A·克拉默说过：“在物理科学中，最重要的和最富有成果的的是那些不可能给予确切意义的概念。”能就是这样一个概念。 我们书本上对于能的概念，国内学术界有很多不同的看法。在国外，1853年，威廉·汤姆逊（1824－1907）曾给能量下了一个定义：“我们把给定状态中的物质系统的能量表示为：当它从一个给定状态无论以什么方式过渡到任意一个固定的零状态时，在系统外所产生的用机械功单位来度量的各种作用的总和。”而德国物理学家麦克斯·冯·劳厄（1879－1960）在他所写的《物理学史》中指出，在汤姆逊所下的定义里，“能量守恒的自然规律就存在于无论以什么方式这句话中”，当然，他也指出了这个定义中的缺陷，即“任意一个选定的状态作为能量的零点”。 二、课堂释疑 要点预览 1.机械能能的概念：动能、重力势能以及弹性势能的统称叫做机械能。总的机械能为动能和势能之和。E = EK + EP . 2. 机械能的性质：机械能是标量，具有相对性。 重力具有相对性，所意要取参考平面；动能具有相对性，所以要取参考系。因此只有在选取参考平面和参考系后才可确定物体的机械能。通常情况下，我们选取地面为参考平面和参考系。 3. 机械能守恒定律 内容：一个系统，如果只有系统内部的重力和弹力做功，而其它内力或外力都不做功，则这个系统的动能与势能相互转化，而总的机械能保持不变。 推导：设物体在运动过程中只存在重力做功，则有动能定理得WG=EK2-EK1 ,而WG=-(EP2-EP1),所以-(EP2-EP1)＝EK2-EK1，即EK1+EP1=EK2+EP2.也可以写成E1=E2。 成立条件：只有系统内部重力或弹力做功，其它力不做功。 4.理解机械能守恒定律: 从守恒的角度：物体运动过程中，初状态和末状态机械能相等E1=E2。 从转化的角度：动能的增加等于势能的减少或动能的减少等于势能的增加。 即：ΔEK=－ΔEP 从转移的角度：物体系一部分机械能的增加量等于另一部分机械能的减少量。 即：ΔA=－ΔEB. 5.利用机械能守恒定律解题的方法 选取研究对象，确定物理过程。 分析该物理过程是否满足机械能守恒定律。 规定零势能参考平面，列式计算。 注意：列式时，要养成这样的习惯，等式作便是初状态的机械能而等式右边是末状态的机械能，这样有助于分析的条理性。 典型例题 【例1】在下列物理过程，机械能守恒的有 （ ） A、把一个物体竖直向上匀速提升的过程 B、人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程 C、汽车关闭油门后沿水平公路向前滑行的过程 D、从高处竖直下落的物体落在竖直的弹簧上，压缩弹簧的过程，对弹簧，物体和地球这一系统 【解答】向上匀速提升物体的过程中，除重力做功还有向上的外力做正功，物体的机械能增加；卫星运动只受重力作用，机械能守恒；汽车关闭发动机以后，要受到阻力的作用，机械能减小；物体压缩弹簧的过程中只有重力，弹簧的弹力做功，所以对整个系统总机械能守恒(而系统中物体或弹簧机械能不守恒)。 【点评】本题考查的是机械能守恒定律适合的条件. 【例2】如图所示,一轻质弹簧固定于O点,另一端系一重物,将重物从与悬挂点等高的地方无初速度释放,让其自由摆下,不及空气阻力,重物在摆向最低点的位置的过程中( ) A．重物重力势能减小 B．重物重力势能增大 C． 重物的机械能不变 D. 重物机械能减小 【解答】 物体从水平位置释放后,在向最低点运动时,物体的重力势能不断减小,动能不断增大.弹簧不断被拉长,弹性势能变大.所以物体减少的重力势能一部分转化为自身的动能,另一部分转化为弹簧的动能.对整个系统机械能守恒,而对重物来说,机械能减少.答案:AD 【点评】本题中的机械能守恒的对象是重物和弹簧组成的系统.而不是系统内部的单个物体.搞清研究对象是本题的关键. 【例3】如图所示，小球用不可伸长的长为L的轻绳悬于O点,小球在最低点的速度必需为多大时,才能在竖直平面内做完整个圆周运动? 【解答】在整个过程中，小球只受到重力做功,绳中的拉力不做功.所以在整个过程中小球的机械能守恒. 设最低的速度为v,取最低点为零势能平面.则 最低点的机械能E1