高中物理学业水平测试课件专题十三机械能守恒定律及实验能量转化与守恒定律

主题内容要求机械能及能量守恒机械能守恒定律及其应用能量守恒与能量转化和转移ⅡⅠ实验与探究实验六：验证机械能守恒定律Ⅰ一、机械能1．概念：物体的动能和势能之和称为物体的机械能其中势能包括重力势能和弹性势能2．表达式：E＝Ep＋Ek说明：在确定物体的机械能大小时，先要选定势能的零势面．二、机械能守恒定律1．机械能守恒定律的表述：在只有重力(或弹簧弹力)做功的情形下，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．2．对机械能守恒条件的认识：“只有重力(或弹簧弹力)做功”不等于“只受重力(或弹簧弹力)作用”．在该过程中，物体可以受其他力的作用，只要这些力不做功，或所做的功的代数和为零，就可以认为是“只有重力(或弹簧弹力)做功”3．机械能守恒定律的各种表达形式(1)mgh＋12mv2＝mgh′＋12mv′2，即Ep＋Ek＝Ep′＋Ek′；(2)ΔEp＋ΔEk＝0；－ΔEp＝ΔEk说明：用(1)时，需要规定重力势能的参考平面；用(2)时则不必规定重力势能的参考平面，因为重力势能的改变量与参考平面的选取没有关系．尤其是用－ΔEp＝ΔEk，只要把增加的机械能和减少的机械能都写出来，方程自然就列出来了．4．解题步骤(1)确定研究对象和研究过程．(2)判断机械能是否守恒．(3)选定一种表达式，列式求解．5．判断机械能是否守恒：(1)用做功来判断：分析物体运动情况或物体受力情况(包括内力和外力)，明确各力做功的情况，若物体或系统只有重力或弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒；(2)用能量转化来判定：若物体系中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化，则物体系机械能守恒．三、能量转化与守恒定律能量既不会消失，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变．四、功能关系(1)做功的过程是能量转化的过程，功是能量转化的量度．(2)需要强调的是：功是一种过程量，它和一段位移(一段时间)相对应；而能是一种状态量，它和一个时刻相对应．两者的单位是相同的(都是J)，但不能说功就是能，也不能说“功变成了能”．(3)常用的功能关系式：①物体动能的增量由外力做的总功来量度：W外＝ΔEk，这就是动能定理．②物体重力势能的增量由重力做的功来量度：WG＝－ΔEp.③物体机械能的增量由重力以外的其他外力做的功来量度：W其他＝ΔE机，(W其他表示除重力以外的其它外力做的功)．五、实验：验证机械能守恒定律1．实验原理在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化．但总的机械能守恒，若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，恒有mgh＝mv2，故只需借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度即可验证机械能是否守恒．122．实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸片、直尺、导线、低压交流电源．3．实验步骤(1)按上图所示把打点计时器安装在铁架台上，连好电源．(2)把纸带的一端和重锤用夹子固定好，另一端穿过打点计时器限位孔；用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近．(3)接通电源，先打开打点计时器的开关，后松手让重锤带着纸带自由下落．(4)重复几次，得到3～5条打好点的纸带．4．注意事项(1)安装打点计时器时，必须使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力．为了减小空气阻力的影响，重锤的质量要大一些．(2)实验时，必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一点是一个清晰的点．(3)测量高度h时，应从起始点算起，为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些．(4)因为是通过比较mv2和mgh是否相等来验证机械能是否守恒，故不需要测量重锤的质量．12(单选Ⅰ)(2010年广东学业水平测试)如图所示，质量为m的小球，从离桌面H高处自由下落．已知桌面离地高度为h，若以桌面为参考平面，则小球落到地面时的重力势能为(g为重力加速度)()A．－mghB．－mg(H＋h)C．mgHD．mg(H－h)解析：以桌面为零势能面，小球到地面时的重力势能为－mgh.答案：A点评：(1)本题属于“认识”层次；(2)选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是不同的，但重力势能的变化量具有绝对的意义．(单选Ⅰ)(2010年江苏学业水平测试)我国发射的“神舟七号”飞船在绕地球45圈后，于2008年9月28日胜利返航．在返回舱拖着降落伞下落的过程中，其重力做功和重力势能变化的情况为()A．重力做正功，重力势能减小B．重力做正功，重力势能增加C．重力做负功，重力势能减小D．重力做负功，重力势能增加解析：返回舱拖着降落伞下落时，重力做正功，重力势能减小．答案：A点评：(1)重力势能的变化由重力做功量度．(2)它们由物体高度的变化来决定，与参考平面的选取无关，具有相对性．(单选Ⅱ)(2010年贵阳会考)在下列过程中，若不计空气阻力，机械能守恒的是()A．石块在水中匀速下落的过程B．铅球被抛出后在空中运动的过程C．电梯加速上升的过程D．木箱沿粗糙斜面匀速下滑的过程解析：在只有重力做功的情况下，物体的机械能才守恒，铅球被抛出后只有重力做功，在空中运动过程机械能守恒．答案：B点评：物体的机械能是否守恒要看是否只有重力对物体做功，与物体的运动状态没有直接的联系．(单选Ⅱ)如下图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，设以桌面为参考平面，则小球落到地面前瞬间的机械能为()A．mghB．mgHC．mg(H＋h)D．mg(H－h)解析：物体下落过程只有重力做功，故物体的机械能守恒，以桌面为参考平面，初状态小球的机械能为mgH，故在小球落到地面未碰地之前任一时刻的机械能都为mgH.故选项B正确．答案：B点评：(1)本题属于“理解”中的“简单应用”层次；(2)应用机械能守恒定律分析问题时，只涉及物体系的初、末状态的物理量，而无须分析中间过程的细节，这使问题处理得到简化．(多选)(2010年广东学业水平测试)关于能量和能源，下列表述正确的是()A．能量可以从一种形式转化为另一种形式B．能量可以从一个物体转移到另一个物体C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭D．能源在利用过程中有能量耗散，这表明能量不守恒解析：由能量守恒定律知，能量可以从一种形式转化为另一种形式，可以从一个物体转移到另一个物体，A、B正确．能量是守恒的，但在利用过程中有能量耗散，这部分耗散的能量人类难以利用，能量的总量保持不变，但我们仍然要节约能源，C、D错．答案：AB点评：(1)本题属于“了解”和“认识”的层次．(2)能运用能量守恒定律分析生产和生活实际中的有关简单问题.1．(单选Ⅰ)(2010年广东学业水平考试)小球在做自由落体运动的过程中，下列说法正确的是()A．小球的动能不变B．小球的重力势能增大C．小球的机械能减小D．小球的机械能守恒解析：小球做自由落体运动中只有重力做功，小球的动能增加，重力势能减小，总机械能守恒，只有D正确．故选D.答案：D2．(单选Ⅰ)(2010年深圳模拟)用吊车将质量为m的物体从地面吊到h高度处，在这个过程中()A．物体克服重力做功mgh，重力势能增加mghB．物体克服重力做功mgh，重力势能减少mghC．重力对物体做功mgh，重力势能减少mghD．重力对物体做功mgh，重力势能增加mgh解析：吊车将质量为m的物体从地面吊到h高度处，重力做负功．(即物体克服重力做功)，重力势能增加．故选A.答案：A3．(单选Ⅰ)在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验中，除了铁架台、低压交流电源、纸带等实验器材外，还必需的器材应包括()A．秒表B．多用电表C．打点计时器D．弹簧秤解析：用纸带记录物体运动的信息，还需打点计时器．故选C.答案：C4．(单选Ⅱ)关于用自由落体法验证机械能守恒定律实验，下列说法中正确的是()A．重力势能的减少量mgh总是比动能的增加量mv2大B．重力势能的减少量mgh总是比动能的增加量mv2小C．实验时应先松开纸带，再接通电源D．实验需要用天平测物体(重锤)的质量1212解析：由于重物下落过程中，要克服阻力做功，故A对B错；实验时是先接通电源．后释放纸带，C错；由于等式两边均有质量，故质量不需测出．答案：A5．(单选Ⅰ)(2011年惠州模拟)一个物体从某一高度开始自由下落，不计空气阻力，在物体下落过程中，以下说法中错误的是()A．物体的动能不断增大B．物体的重力势能不断减小C．物体的机械能不断减小D．物体的机械能守恒解析：一个物体自由下落，仅有重力做功，故机械能守恒；在下落过程中，物体动能增大，势能减少；故错误的是C.答案：C一、单项选择(Ⅰ)(1－10)1．下列说法正确的是()A．物体所受的合力为零，机械能一定守恒B．物体所受合力不为零，机械能一定不守恒C．物体受到重力、弹力以外的力作用时，机械能一定不守恒D．物体在只有重力、弹力做功时，机械能一定守恒解析：物体的机械能是否守恒与合外力是否为零无关，A、B都错；物体受到重力、弹力以外的力作用时，只要这些力不做功，机械能是可以守恒的，C错，显然D正确．答案：D二、单项选择题(Ⅱ)(11－16)11．在下列几种运动中，机械能一定不守恒的是()A．质点做匀速圆周运动B．物体做匀速直线运动C．子弹打入木块过程中D．物体做匀变速直线运动解析：质点在水平面内作匀速运动或作匀速圆周运动，机械能不变，物体自由下落作匀变速直线运动，机械能守恒；故A、B、D的机械能均有可能守恒，而子弹打木块时，要克服阻力做功，机械能一定不守恒，故选C.答案：C三、多项选择题(17－20)17．在下列情况中，物体的机械能守恒的是(不计空气阻力)()A．推出的铅球在空中运动的过程中B．沿着光滑斜面匀加速下滑的物体C．被起重机匀速吊起的物体D．物体做平抛运动解析：由机械能守恒的条件可知，推出的铅球，平抛的物体都是仅有重力作功，机械能守恒，沿光滑斜面匀速下滑的物体，支持力不做功，只有重力作功，故机械能守恒．选ABD.答案：ABD