2025届高考物理一轮总复习第5单元机械能第15讲机械能守恒定律及其应用课件新人教版

这是一份2025届高考物理一轮总复习第5单元机械能第15讲机械能守恒定律及其应用课件新人教版，共26页。PPT课件主要包含了落实基础主干，突破命题视角，一般步骤等内容，欢迎下载使用。

一、重力做功与重力势能1.重力做功的特点(1)重力做功与运动路径无关,只与始、末位置的高度差有关。(2)重力做功不引起物体机械能的改变。2.重力势能(1)表达式:Ep=mgh。(2)重力势能的特点①系统性:重力势能是物体和地球共有的;②相对性:重力势能的大小与参考平面的选取有关,但重力势能的变化与参考平面的选取无关。
3.重力做功与重力势能变化的关系(1)定性关系:重力对物体做正功,重力势能减小;重力对物体做负功,重力势能增大。(2)定量关系:重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量,即WG=-(Ep2-Ep1)=-ΔEp。
二、弹性势能1.发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有弹力的相互作用而具有的势能,叫作弹性势能,弹性势能的大小与形变量和劲度系数有关。2.弹力做功与弹性势能变化的关系:弹力做正功,弹性势能减小;弹力做负功,弹性势能增大,即W弹=-ΔEp。三、机械能守恒定律1.内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以互相转化,而总的机械能保持不变。2.表达式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2。3.机械能守恒的条件:对单个物体,只有重力做功;对系统,只有重力或系统内的弹力做功。
[练一练]1.判断下列说法对错(1)重力势能的大小与零重力势能参考平面的选取有关。(　　)(2)重力势能的变化与零重力势能参考平面的选取有关。(　　)(3)物体初、末状态的机械能相等,则物体的机械能守恒。(　　)(4)匀速上升的物体机械能一定守恒。(　　)(5)弹力做正功,弹性势能一定增大。(　　)(6)物体所受的合外力为零,物体的机械能一定守恒。(　　)(7)物体的速度增大时,其机械能可能减小。(　　)
2.风洞飞行体验是运用高速风力将人吹起并悬浮于空中,如图所示。若在人处于悬浮状态时减小部分风力,则体验者在加速下降过程中(　　)A.处于失重状态,机械能减少B.处于失重状态,机械能增加C.处于超重状态,机械能增加D.处于超重状态,机械能减少
解析 若在人处于悬浮状态时减小部分风力,则体验者在加速下降过程中,加速度向下,处于失重状态;人加速向下运动时,由于风力对人做负功,所以人的机械能减少。故选A。
3.(2023浙江桐乡一中期中)把质量为m的小球置于竖立于水平地面的轻弹簧上,并把小球往下按至A位置,如图甲所示。迅速松手后,弹簧把小球弹起,小球升至最高位置C,如图乙所示,此时小球离地面的高度为h。上升过程中经过位置B时弹簧正好处于原长,此时小球的速度为v。以地面为参考平面,空气阻力忽略,则小球经过位置B时的机械能为(　　)
解析 根据题意,小球从位置B升至最高位置C的过程中,做竖直上抛运动,机械能守恒,故小球经过位置B时的机械能等于在最高位置C的机械能,即EB=EC=mgh,故选A。
考点一　机械能守恒的理解和判断
判断机械能守恒的三种方法
典例　下列运动的物体,可以近似认为机械能守恒的是(　　)
解析 入水后的运动员除了受到重力,还受到水的阻力,因此机械能不守恒,故A错误;匀速下滑的运动员,重力势能减小,动能不变,因此机械能减小,机械能不守恒,故B错误;飞行的铅球除受重力外,还受到空气阻力,但空气阻力较小,远小于重力,可忽略,因此可近似认为机械能守恒,故C正确;飞行的羽毛球受到的空气阻力较大,不能忽略,因此机械能不守恒,故D错误。
考点二　单物体机械能守恒的应用
机械能守恒问题的分析方法1.三种思路
3.选用技巧在处理单个物体机械能守恒问题时,通常应用守恒观点和转化观点,转化观点不用选取参考平面。
典例　(2023浙江绍兴期末)如图所示的装置由弧形轨道AB、竖直圆轨道BMND、水平直轨道DE平滑连接而成,圆轨道末端略错开,分别与弧形轨道和水平直轨道连接,装置固定在水平底座上。已知圆轨道半径R=0.1 m,弧形轨道和圆轨道均可视为光滑,忽略空气阻力,将质量m=0.1 kg的小球从弧形轨道离底座高h处由静止释放,重力加速度g取10 m/s2。
(1)若小球恰能通过竖直圆轨道的最高点C,求小球在C点的速度大小v0和静止释放的高度h。(2)若h=0.5 m,求小球经过竖直圆轨道与圆心等高点时,对轨道的压力大小。(3)若竖直圆轨道上部正中央有一段缺口MN,M、N等高,该缺口所对的圆心角为2α,α为何值时,小球完成沿BMND路径运行所需的h最小,并求出h的最小值。
答案 (1)1 m/s　0.25 m (2)8 N (3)45°　
方法总结(1)应用机械能守恒定律的前提是“守恒”,因此,需要先对研究对象在所研究的过程中机械能是否守恒做出判断。(2)如果系统(除地球外)只有一个物体,用守恒式列方程较简便;对于由两个或两个以上物体组成的系统,用转化式或转移式列方程较简便。
考点三　多物体的机械能守恒问题
系统机械能是否守恒的判断方法(1)系统机械能守恒的条件是只有重力和系统内的弹力做功。(2)根据参与转化的能量来判断系统机械能是否守恒,如果只有动能、重力势能和弹性势能相互转化,没有其他形式的能量参与转化,则机械能守恒。
典例　如图所示,两根轻绳连接小球P,右侧绳一端固定于A点,左侧绳通过光滑定滑轮B连接一物体Q,物体Q、N通过一轻弹簧连接,Q、N质量均为m,整个系统处于静止状态时,小球P位于图示位置,两绳与水平方向夹角分别为37°和53°,此时物体N与地面弹力恰好为零。现将小球P托至与A、B两点等高的水平线上,两绳均拉直且无弹力,释放小球P开始运动,已知右侧绳长为L,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,重力加速度为g,不计空气阻力,求:
(1)小球P的质量;(2)小球P运动到图示位置时Q的速度;(3)小球P从释放到运动到图示位置的过程中轻绳对物体Q做的功。