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4.机械能守恒定律 ;一、动能与势能的相互转化
【思考】蹦床运动员在向上的运动过程中,蹦床的弹性势能、运动员的重力势能与动能如何相互转化?
提示:离开蹦床前,蹦床的弹性势能转化为运动员的动能,离开蹦床后,运动员的动能转化为运动员的重力势能。;1.机械能的形式:重力势能、_________和动能都是机
械运动中的能量形式,统称为_______。
2.转化的方式:通过___________做功,机械能可以从
一种形式转化为另一种形式。
3.标矢性:机械能是状态量,是_____(选填“标量”或
“矢量”)。;二、机械能守恒定律
【思考】物体从某一高度由静止做自由落体运动,机械能如何变化?
提示:物体下落过程中,重力势能减小,动能增加,重力势能转化为动能,总的机械能不变。;1.内容:在只有___________做功的物体系统内,动能与
势能可以相互转化,_____________保持不变。;2.表达式:如图所示,;;一 机械能守恒条件的判断
1.做功条件分析:只有重力和系统内弹力做功,其他力不做功。;2.能量转化分析:系统内只有动能、重力势能及弹性势能间相互转化,即系统内只有物体间的机械能相互转移,则机械能守恒。
3.定义判断法:如物体沿竖直方向或沿斜面匀速运动时,动能不变,势能变化,机械能不守恒。;【思考·讨论】
情境:如图所示,过山车在高处关闭发动机飞奔而下,忽略一切阻力。;讨论:
(1)过山车受什么力?各做什么功? (物理观念)
(2)过山车动能和势能怎么变化?过山车下滑过程的机械能守恒吗? (模型建构);提示:(1)过山车受到重力和支持力的作用;重力做正功,支持力不做功。
(2)动能增加,重力势能减小,机械能守恒。;【典例示范】
下列情况中,说法正确的是 ( )
A.物体做匀速运动时,机械能一定守恒
B.物体所受合外力做功为零时,机械能一定守恒
C.物体所受合外力做功不为零时,机械能可能守恒
D.物体做曲线运动时,机械能一定不守恒;【解析】选C。如果物体竖直向上做匀速运动,则动能不变,重力势能增加,故机械能不守恒,故A错误;物体机械能守恒的条件不是合外力对物体做功为零,而是只有重力或弹簧弹力做功,故B错误;如果物体受到的合外力为重力,则只有重力做功的情况下,机械能守恒,故C正确;物体做曲线??动时,只要满足只有重力做功,则机械能守恒,如平抛运动,故D错误。;【素养训练】
1.如图所示,下列说法正确的是(所有情况均不计摩擦、空气阻力以及滑轮质量) ( );A.甲图中,火箭升空的过程中,若匀速升空则机械能守恒,若加速升空则机械能不守恒
B.乙图中,物块在外力F的作用下匀速上滑,物块的机械能守恒
C.丙图中,物块A以一定的初速度将弹簧压缩的过程中,物块A的机械能守恒
D.丁图中,物块A加速下落、物块B加速上升的过程中,A、B系统机械能守恒;【解析】选D。甲图中,不论是匀速还是加速,由于推力
对火箭做功,火箭的机械能不守恒,是增加的,故A错误;
乙图中,物块匀速上滑,动能不变,重力势能增加,则机
械能必定增加,故B错误;丙图中,在物块A压缩弹簧的过
程中,弹簧和物块A组成的系统只有重力和弹力做功,系
统机械能守恒,由于弹性势能增加,则A的机械能减小,;故C错误;丁图中,对A、B组成的系统,不计空气阻力,只有重力做功,A、B组成的系统机械能守恒,故D正确。;2.“竹蜻蜓”是一种儿童玩具,双手用力搓柄可使“竹蜻蜓”向上升,某次实验,“竹蜻蜓”离手后沿直线上升到最高点,在此过程中 ( );A.空气对“竹蜻蜓”的作用力大于“竹蜻蜓”对空气的作用力
B.“竹蜻蜓”的动能一直增加
C.“竹蜻蜓”的重力势能一直增加
D.“竹蜻蜓”的机械能守恒;【解析】选C。根据牛顿第三定律可知,空气对“竹蜻蜓”的力一定等于“竹蜻蜓”对空气的力,A错误;“竹蜻蜓”离手后沿直线上升到最高点,从运动描述可知它是先加速后减速,所以动能先增加后减小,高度升高,重力势能一直增加,B错误,C正确;“竹蜻蜓”克服空气阻力做功,“竹蜻蜓”的机械能不守恒,D错误。;【补偿训练】
1.下列物体在运动过程中,机械能可视作守恒的
是 ( )
A.飘落中的秋叶
B.乘电梯匀速上升的人
C.沿粗糙斜面匀速下滑的木箱
D.被掷出后在空中运动的铅球;【解析】选D。飘落中的秋叶除了受重力之外还有阻力做功,所以机械能不守恒,故A错误;乘电梯匀速上升的人,动能不变,重力势能增加,机械能增加,故B错误;沿粗糙斜面匀速下滑的木箱,动能不变,重力势能减小,机械能减小,故C错误;被掷出后在空中运动的铅球,运动的过程中只有重力做功,所以机械能守恒,故D正确。;2.(多选)如图所示,在光滑固定的曲面上,放有两个质
量分别为1 kg 和2 kg的可视为质点的小球A和B,两球
之间用一根轻
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