课时20　重力势能　机械能守恒定律 复习学案（含答案）2024年江苏省普通高中学业水平合格性物理考试

课时20　重力势能　机械能守恒定律
1.重力势能　重力势能的变化与重力做功的关系
（1）重力做功只跟它的　　　　点和　　　　点的位置有关，跟路径　　　　关.
（2）重力势能的计算公式：Ep＝　　　　，重力势能的大小与参考面　　　　关，重力势能的变化与参考面　　　　关，通常选　　　　为参考面，重力势能是　　　　与物体所组成的系统共有的.
（3）重力做正功时重力势能将　　　　，物体克服重力做功时重力势能将　　　　.
易错提醒：重力势能具有相对性、决定重力势能大小的因素，这些搞不清是出错的主要原因.
2.弹性势能
弹性势能的定义：发生弹性形变的物体由于　　　　作用具有的势能叫作弹性势能，弹性势能的大小跟　　　　　　　　和　　　　有关.
3.机械能守恒定律
（1）势能：相互作用的物体凭借其　　　　而具有的能量叫作势能，势能可分为　　　　势能和　　　　势能.
（2）机械能：物体的　　　　和　　　　的总和称为物体的机械能，即E机械＝Ek＋Ep.
（3）内容：在只有　　　　　　　　　　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　　　　，表达式为Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2.
易错提醒：特别是有弹簧参与时，必须包括弹性势能在内的总机械能才能守恒，而解题时误认为物体的机械能守恒导致错误.
1.重力势能Ep1＝10 J，Ep2＝－10 J，则Ep1与Ep2方向相反.（　　）
2.重力做功WG＝－20 J时，物体的重力势能减小20 J.（　　）
3.同一弹簧的长度不同时，其弹性势能一定不同.（　　）
4.只有重力做功时，物体的机械能一定守恒.（　　）
1.重力做功　重力势能
重力势能的系统性：重力势能是地球与物体所组成的系统共有的.
【例1】（2024届南京合格性考试模拟）一滑块从固定粗糙斜面无初速度滑下，在下滑的过程中（　　）
A.重力做的功等于重力势能的减少
B.重力做的功小于重力势能的减少
C.滑块的动能增加，重力势能减少，机械能增加
D.滑块的动能增加，重力势能减少，机械能不变
【例2】（2023届淮安合格性考试模拟）小李将质量为m的篮球（视为质点）从距水平地面的高度为h处由静止释放，篮球多次弹起后静止在地面上，篮球第n次弹起的高度hn＝（n＝1，2，3，…），重力加速度的大小为g.整个过程中，篮球受到的重力做的功为（　　）
A.0　　B.mgh　　
C.mgh　　D.2mgh
2.弹性势能
（1）发生形变的物体不一定具有弹性势能，只有发生弹性形变的物体才具有弹性势能.
（2）弹性势能是弹力装置和受弹力作用的物体组成的系统所共有的.
（3）弹力做功引起弹性势能的变化.弹力做正功，弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能增加.
【例3】（2024届镇江合格性考试模拟）如图所示，在弹性限度内，将一轻质弹簧从伸长状态变为压缩状态的过程中，其弹性势能的变化情况是（　　）
A.一直减小　　B.一直增大　　
C.先减小再增大　　D.先增大再减小
3.机械能守恒定律
机械能守恒的情形：
①物体只受重力或弹簧弹力作用.
②只有系统内的重力或弹簧弹力做功，其他力均不做功.
③虽有多个力做功，但除系统内的重力或弹簧弹力以外的其他力做功的代数和为零.
④系统跟外界没有发生机械能的传递，系统内外也没有机械能与其他形式能之间的转化.
【例4】（2023届金坛合格性考试模拟）下列物体在运动过程中，机械能守恒的是（　　）
A.做自由落体运动的铁球
B.在空中向上做匀速运动的氢气球
C.沿粗糙的斜面向下做匀速运动的木块
D.被起重机拉着向上做匀速运动的货物
【例5】（2024届南京合格性考试模拟）从高为h处以速度v0竖直向上抛出一个质量为m的小球，如图所示.若取抛出点小球的重力势能为0，不计空气阻力，则小球着地时的机械能为（　　）
A.mgh　　B.mgh＋m　　C.m　　D.m－mgh
1.（2024届江苏合格性考试模拟）在体育课上，某同学练习投篮，站在罚球线处用力将篮球从手中投出，恰好水平击中篮板，则篮球在空中运动过程中（　　）
A.重力势能增大，动能增大　　
B.重力势能减小，动能减小
C.重力势能增大，动能减小　　
D.重力势能减小，动能增大
2.（2024届盐城合格性考试模拟）如图所示，“巨石阵”中三块巨石甲、乙和丙，若甲、乙重心离地高度相等，甲的质量大于乙的质量，乙的质量大于丙的质量，则三块巨石的重力势能（　　）
A.相等　　B.甲最大，丙最小
C.甲和乙相等，丙最小　　D.甲最大，乙和丙相等
3.（2024届沛县合格性考试模拟）如图所示，小朋友站在“蹦蹦跳”上随踏板跳跃，从状态1到状态2是着地后杆下的弹簧向上弹起并恢复原长的过程.在此过程中关于小朋友的重力势能和弹簧的弹性势能的变化，下列判断正确的是（　　）
A.减小，增大　　B.减小，减小
C.增大，减小　　D.增大，增大
4.（2024届盐城合格性考试模拟）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
5.（2024届江苏合格性考试模拟）如图所示，桌面高度为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，假设桌面处的重力势能为零，关于重力势能的说法正确的是（　　）
A.重力势能是矢量，有正负之分
B.刚开始下落时的重力势能为mg（H＋h）
C.落地时的重力势能为零
D.落地时的重力势能为－mgh
6.（2024届江苏合格性考试模拟）如图所示，运动员将质量为m的足球从地面上以速度v踢出，足球恰好水平击中高为h的球门横梁.以地面为零势能面，不计空气阻力，则足球在飞行过程中的机械能为（　　）
mv2　　B.mgh　　C.mv2＋mgh　　D.mv2－mgh
课时20　重力势能　机械能守恒定律
【一过考点】
1.（1）起　终　无　（2）mgh　有　无　地面　地球　（3）减少　增加
2.弹力　弹簧的劲度系数　形变量
3.（1）位置　重力　弹性　（2）动能　势能　（3）重力或弹力　保持不变
【二过易错】
1.×　2.×　3.×　4.√
【三过典题】
【例1】A　【解析】滑块从斜面下滑的过程中，重力做正功，重力势能减少，重力做功等于重力势能的变化量，因为斜面粗糙，所以摩擦力做负功，机械能减少，A正确.
【例2】C　【解析】篮球全程下落的高度为h，根据功的计算式，整个过程中，篮球所受重力做的功W＝mgh，C正确，A、B、D错误.
【例3】C　【解析】根据弹簧的弹性势能的表达式Ep＝kx2可知，弹簧的形变量x越大，弹性势能越大.将一轻质弹簧从伸长状态变为压缩状态的过程中，弹簧的形变量先减小后增大，所以弹性势能先减小后增大，A、B、D错误，C正确.
【例4】A　【解析】做自由落体运动的铁球，只有重力做功，机械能守恒，A正确；在空中向上做匀速运动的氢气球，动能不变，重力势能增大，则机械能不守恒，B错误；沿粗糙的斜面向下做匀速运动的木块，有摩擦力做了功，所以机械能不守恒，C错误；被起重机拉着向上做匀速运动的货物，动能不变，重力势能增大，则机械能不守恒，D错误.
【例5】C　【解析】小球抛出后只有重力做功，所以机械能守恒，因此小球着地时的机械能与抛出时的机械能相同，为m，要注意题干中提到取抛出点小球的重力势能为0，C正确.
【四过集训】
1.C　2.B　
3.C　【解析】小朋友向上弹起至弹簧恢复原长的过程中，重力做负功，重力势能增大，弹力做正功，弹性势能减小，C正确.
4.D　【解析】足球在上升过程中，重力做负功，重力势能增大，但是动能减小，原因是动能转化为重力势能，D正确.
5.D　【解析】重力势能只有大小，没有方向，故为标量，A错误；因为以桌面为零势能面，故刚开始下落时的重力势能为mgH，B错误；落地时相对于桌面的高度为－h，故落地时的重力势能为－mgh，C错误，D正确.
6.A　【解析】以地面为零势能面，故足球在地面上的机械能E＝mv2，由于不计阻力，足球的机械能守恒，则飞行过程的机械能均为E＝mv2，A正确.