4.5 机械能守恒定律 动能与势能的相互转化 1.机械能 能与势能(包括重力势能和弹性势能)统称为机械能. 2.动能与势能的转化 如图所示,网球下落的过程中,重力做 功,重力势能转化为动能;网球与地面接触至下落到最低点的过程中,重力做 功,弹力做负功,动能和重力势能转化为弹性势能;网球从最低点上升至离开地面的过程中,重力做 功,弹力做 功,弹性势能转化为动能和重力势能;网球离开地面至上升到最高点的过程中,重力做 功,动能转化为重力势能. 3.机械能的转化 通过重力或弹力做功,机械能可以从一种形式转化成另外一种形式. 【典例突破】 [典例1] 如图所示,一质量为m的物块在离地面高为h的桌面上以速度v滑动,以地面为参考平面,物块的机械能为( ) A.mv2 B.mgh+mv2 C.mgh [典例2] 运动员把足球踢出后,不考虑空气阻力,足球在上升过程中,重力做( ) A.正功,势能转化为动能 B.正功,动能转化为势能 C.负功,势能转化为动能 D.负功,动能转化为势能 机械能守恒定律的理论验证 1.机械能守恒定律的表达式 =Ep2+Ek2. 2.机械能守恒定律的内容 在只有 力或 力做功的系统内,动能和势能发生相互转化,而系统的机械能总量 . 3.机械能守恒的条件:只有重力或弹力做功. 4.对机械能守恒条件的理解 (1)从能量转化的角度看,系统内只有动能和势能相互转化,而没有其他形式能量(如内能)的转化,并且系统与外界没有任何能量转化,则系统的机械能守恒. (2)从做功的角度看,只有重力和系统内的弹力做功,具体表现如下: ①只受重力作用,例如所有做抛体运动的物体机械能守恒. ②系统内只有重力和弹力作用,如图甲、乙、丙所示. 图甲中,小球在摆动过程中线的拉力不做功,若不计空气阻力,则只有重力做功,小球的机械能守恒.图乙中,各接触面光滑,A自B上端自由下滑的过程中,只有重力和A、B间的弹力做功,A、B组成的系统机械能守恒.但对A来说,B对A的弹力做负功,这个力对A来说是外力,A的机械能不守恒.图丙中,不计空气阻力,球在下落过程中,只有重力和弹力做功,球与弹簧组成的系统机械能守恒.但对球来说,机械能不守恒. 5.判断机械能守恒的方法 (1)做功分析法(常用于单个物体). (2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统). 【典例突破】 [典例3] (2024·福建学业考试)下列关于机械能守恒的说法中正确的是( ) A.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒 B.合力对物体做的功不为零,其机械能可能守恒 C.物体只受重力时,其机械能才守恒 [典例4] (2023·湖南学业考试)下面的实例中,机械能守恒的是( ) A.小球做自由落体运动 B.拉着物体沿光滑的斜面匀速上升 C.跳伞运动员张开伞后,在空中匀速下降 D.汽车关闭发动机后在水平路上滑行 [典例5] 运动员将排球斜向上方击出,排球在空中运动过程中,不计空气阻力,排球的机械能( ) A.逐渐减小 B.逐渐增大 C.保持不变 D.先减小后增大 [典例6] 如图所示,轻质弹簧上端固定在O点,下端系一小球.将小球拉至N处,此时弹簧水平且无形变;然后释放小球,不计空气阻力,小球由N处运动到最低点P处的过程中,小球速度逐渐变大,弹簧长度也逐渐变大,下列说法错误的是( ) A.小球的动能增大,弹簧的弹性势能增大 B.小球的重力势能减小,弹簧的弹性势能增大 C.小球的动能增大,小球的重力势能减小 D.小球、弹簧和地球组成的系统的机械能增大 判断机械能是否守恒应注意的问题 (1)合力为零是物体处于平衡状态的条件.物体受到的合力为零时,它一定处于匀速直线运动状态或静止状态,但它的机械能不一定守恒. (2)合力做功为零是物体动能守恒的条件.合力对物体不做功,它的动能一定不变,但它的机械能不一定守恒. (3)只有重力做功或系统内弹力做功是机械能守恒的条件.只有重力对物 ... ...
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