04/505/5/機械能守恒定律和能量守恒考試要求1.理解機械能守恒定律，體會守恒觀念對認識物理規(guī)律的重要性，能用機械能守恒定律分析生產(chǎn)生活中的有關問題。2.通過實驗，驗證機械能守恒定律。3.了解自然界中存在多種形式的能量，知道合理利用能源，養(yǎng)成節(jié)能習慣。[題組沖關]題組一機械能守恒的條件1．在如圖所示的物理過程示意圖中，甲圖為一端固定有小球的輕桿，從右偏上30°角的位置釋放后小球繞光滑支點擺動；乙圖為末端固定有A、B兩小球的輕質(zhì)直角架，釋放后繞通過直角頂點的固定軸O無摩擦轉(zhuǎn)動；丙圖為置于光滑水平面上的A、B兩小車，B靜止，A獲得一向右的初速度后向右運動，某時刻連接兩車的細繩繃緊，然后帶動B車運動；丁圖為置于光滑水平面上的帶有豎直支架的小車，把用細繩懸掛的小球從圖示位置釋放，小球開始擺動。則關于這幾個物理過程(空氣阻力忽略不計)，下列判斷正確的是()甲乙丙丁A．甲圖中小球機械能守恒B．乙圖中小球A的機械能守恒C．丙圖中兩車組成的系統(tǒng)機械能守恒D．丁圖中小球的機械能守恒A甲圖中輕桿對小球不做功，小球的機械能守恒，A正確；乙圖中A、B兩球通過桿相互影響(例如開始時A球帶動B球轉(zhuǎn)動)，輕桿對A的彈力不沿桿的方向，會對小球做功，所以每個小球的機械能均不守恒，但把兩個小球作為一個系統(tǒng)時系統(tǒng)的機械能守恒，B錯誤；丙圖中細繩繃緊的過程雖然只有彈力作為內(nèi)力做功，但彈力突變時有內(nèi)能轉(zhuǎn)化，機械能不守恒，C錯誤；丁圖中細繩也會拉動小車運動，取地面為參考系，小球的運動軌跡不是圓弧，細繩會對小球做功，小球的機械能不守恒，把小球和小車當作一個系統(tǒng)，機械能才守恒，D錯誤。2．如圖所示，小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上，在彈簧壓縮到最短的整個過程中，下列關于能量的敘述中正確的是()A．重力勢能和動能之和總保持不變B．重力勢能和彈性勢能之和總保持不變C．動能和彈性勢能之和總保持不變D．重力勢能、彈性勢能和動能之和總保持不變D在小球運動到最低點的過程中，小球只受重力和彈簧彈力，所以小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，重力勢能、動能和彈性勢能之和保持不變，D正確。題組二機械能守恒定律的應用3．如圖所示，輕彈簧一端與墻相連處于自然狀態(tài)，質(zhì)量為4kg的木塊沿光滑的水平面以5m/s的速度運動并開始擠壓彈簧，(1)彈簧的最大彈性勢能；(2)木塊被彈回速度增大到3m/s[解析](1)木塊壓縮彈簧的過程中，木塊和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，彈性勢能最大時，對應木塊的動能為0，故有Epm＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))解得Epm＝50J。(2)由機械能守恒定律有eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＝Ep1＋eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))解得Ep1＝32J。[答案](1)50J(2)32J4．如圖所示，一固定光滑斜面底端與粗糙水平面平滑連接?？梢暈橘|(zhì)點的物塊自斜面上的A點由靜止滑下，最后停在水平面上的B點。已知A點距水平面的高度為h、物塊和水平面間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g，求：(1)物塊到達斜面底端時的速度大小v；(2)物塊在水平面上滑過的距離l。[解析](1)斜面是光滑的，不計摩擦，又不計空氣阻力，物塊所受的力有重力和斜面的支持力。支持力與物塊的運動方向垂直，不做功。物塊在下滑過程中只有重力做功，所以可用機械能守恒定律求解。設物塊質(zhì)量為m，地面為零勢能參考面。物塊在開始下滑時，Ep1＝mgh，Ek1＝0；設物塊到達斜面底端時的速率為v，則有Ep2＝0，Ek2＝eq\f(1,2)mv2根據(jù)機械能守恒定律有：Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1得v＝eq\r(2gh)。(2)物塊從斜面底端滑到B點，重力和支持力均與運動方向垂直，不做功，滑動摩擦力做負功、初動能為eq\f(1,2)mv2、末動能為0，根據(jù)動能定理，有－μmgl＝0－eq\f(1,2)mv2，解得l＝eq\f(h,μ)。[答案](1)eq\r(2gh)(2)eq\f(h,μ)題組三驗證“機械能守恒定律”5．用如圖所示的裝置做“驗證機械能守恒定律”的實驗，除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、打點計時器、刻度尺、導線及開關外，還必須使用的器材是________(選填“交流電源”或“直流電源”)。為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的重力勢能的減少量和________的增加量。[答案]交流電源動能[核心精要]一、機械能守恒的判斷方法1．做功條件分析法，分三種情況：(1)物體只受重力(或系統(tǒng)內(nèi)的彈力)作用。(2)物體同時受重力和其他力，但其他力不做功。(3)有系統(tǒng)的內(nèi)力做功，但是內(nèi)力做功的代數(shù)和為0。2．能量轉(zhuǎn)化分析法：若物體只有動能、重力勢能及彈性勢能間相互轉(zhuǎn)化，或系統(tǒng)內(nèi)只有物體間的機械能相互轉(zhuǎn)移，則機械能守恒。3．定義判斷法：若物體沿水平方向勻速運動時，動能和勢能之和不變，則機械能守恒；若物體沿豎直方向或沿斜面勻速運動時，動能不變，勢能變化，則機械能不守恒。學習心得：二、機械能守恒的三種表達式1．守恒觀點：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2研究的物理過程中任意兩個狀態(tài)的機械能總量不變。2．轉(zhuǎn)化觀點：ΔEp＝－ΔEk系統(tǒng)(重力或彈性)勢能的增加量等于系統(tǒng)動能的減少量。“增加量”為末狀態(tài)減初狀態(tài)；“減少量”為初狀態(tài)減末狀態(tài)。3．轉(zhuǎn)移觀點：將系統(tǒng)分為A、B兩部分，A部分機械能的增加量等于B部分機械能的減少量。增加量為末狀態(tài)減初狀態(tài)，A增加必然B減少。學習心得：三、機械能守恒定律驗證方法1．用刻度尺測出O、A兩點間距離h，則重力勢能減少ΔEp＝mgh。2．利用勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度計算出O、A兩點各自的速度，則動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(A))－eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(O))。6.用落體法驗證機械能守恒定律的實驗裝置中重物的質(zhì)量為m，如圖甲所示。實驗時應先________(選填“釋放紙帶”或“接通電源”)。在選定的紙帶上依次取計數(shù)點如圖乙中0、1、2、3、4所示，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，且0為打下的第一個點。當打點計時器打下點3時，物體動能表達式為________，代入數(shù)據(jù)算出的動能比mgx3________(選填“大”或“小”)。甲乙[解析]開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，然后再釋放重物，讓它帶著紙帶一同落下，如果先放開紙帶讓重物下落，再接通打點計時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，會使實驗結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差，所以實驗時應先接通電源后釋放紙帶。利用勻變速直線運動的推論v3＝eq\f(x4－x2,2T)打點計時器打下點3時，物體動能表達式為Ek3＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(3))＝eq\f(m（x4－x2）2,8T2)由于紙帶與打點計時器間的摩擦阻力和空氣阻力，所以重力勢能的減少量大于動能的增加量，即打點計時器打下點3時，物體動能比mgx3小。[答案]接通電源eq\f(m（x4－x2）2,8T2)小題組四能量守恒與能源的可持續(xù)發(fā)展7．關于能量和能源，下列表述正確的是()A．能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式B．能量不能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體C．自然界的能量是守恒的，所以人類可以利用的能源永不枯竭D.能源在利用過程中存在能量耗散現(xiàn)象，這表明自然界的能量不守恒A能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，故A正確，B錯誤；能量耗散雖然不會導致能量的總量減少，卻會導致能量品質(zhì)的降低，將能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式，故C、D均錯誤。8．關于能源的開發(fā)和利用，下列觀點不正確的是()A．能源是有限的，無節(jié)制地使用常規(guī)能源，是一種盲目的短期行為B．根據(jù)能量守恒，能源是取之不盡、用之不竭的C．開發(fā)和利用能源時，必須同時考慮對生態(tài)環(huán)境的保護D．不斷開發(fā)新能源，是緩解能源危機、加強環(huán)境保護的重要途徑B能源是提供能量的物質(zhì)資源，如煤和石油等常規(guī)能源的儲量是有限的，故無節(jié)制地使用是盲目的短期行為，A正確；可利用能源轉(zhuǎn)化為不可利用能源或難利用能源，就減少了可利用能源的儲量，B不正確；對能源的利用要注意其可持續(xù)發(fā)展性，必須同時考慮對生態(tài)環(huán)境的保護，C正確；不斷開發(fā)新能源，是緩解能源危機、加強環(huán)境保護的重要途徑，D正確。3．比較ΔEp與ΔEk的大小，實際上由于阻力作用，ΔEp＞ΔEk，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體機械能守恒。四、能源和能量耗散1．能源常規(guī)能源：煤、石油、天然氣。新能源：地熱能、風能、核能。2．能量耗散能量守恒定律指明各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，且在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中總和不變，但實際上，能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移也不是任意的，涉及內(nèi)能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移都是有方向的，這表現(xiàn)在：(1)機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能