备战2025年高考物理考点一遍过学案考点27 机械能守恒定律

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一、机械能
1．势能
与相互作用的物体的相对位置有关的能量叫做势能，包括重力势能、弹性势能、分子势能等。
2．重力做功
（1）物体的高度发生变化时，重力要做功。物体被举高时，重力做负功；物体下落时，重力做正功。
（2）特点：物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。
3．重力势能
（1）定义：物体由于处于一定的高度而具有的能量叫做重力势能，符号用Ep表示。
（2）大小：等于它所受重力与所处高度的乘积。
（3）表达式：Ep=mgh。
（4）单位：焦耳（J），与功的单位相同。
（5）相对性：重力势能总是相对选定的参考平面而言的（该平面常称为零势面）。同一物体对于不同的参考平面重力势能不同，其值可能为正，也可能为负。
（6）系统性：重力势能是物体与地球所组成的系统共有的，物体不能脱离地球谈重力势能的大小。
（7）重力势能是标量，只有大小，没有方向，但是有正负。
4．弹性势能
发生形变的物体，在恢复原状时能够对外界做功，因而具有能量，这种能量叫做弹性势能。弹性势能的多少跟形变量的大小有关，跟其弹性系数也有关。
5．对重力做功和重力势能的理解
（1）重力做功
重力对物体所做的功只跟物体初、末位置的高度差有关，跟物体的运动路径无关。具体可以从以下两个方面理解：
①重力做功的多少，不受其他力做功的影响。不论有多少力对物体做功，重力做功只与重力、物体在重力方向上的位移有关。
②重力做功不受运动状态、加速度等因素的影响。
（2）重力势能
①系统性：重力势能是物体和地球所组成的系统共同具有的能量，不是地球上物体独有的，通常所说的物体的重力势能是一种不确切的习惯说法。
②相对性：重力势能Ep=mgh与参考平面的选取有关，式中的h是物体重心到参考平面的高度。重力势能是标量，只有大小而无方向，但有正负之分，当物体在参考平面之上时，重力势能Ep为正值；当物体在参考平面之下时，重力势能Ep为负值。注意物体重力势能的正负的物理意义是表示比零势能大，还是比零势能小。
③参考平面选取的任意性。视处理问题的方便而定，一般可选择地面或物体运动时所达到的最低点所在的水平面为零势能参考平面。
④重力势能变化的绝对性：物体从一个位置到另一个位置的过程中，重力势能的变化与参考平面的选取无关，它的变化是绝对的。我们关注的是重力势能的变化，这意味着能的转化问题。
注意：重力势能是一个标量，其正负表示与参考平面上物体势能的相对大小，比较物体的重力势能的大小时，要带正负号比较。重力势能的大小与参考平面的选取有关，即重力势能具有相对性，但重力势能的变化量则与参考平面的选取无关，具有绝对性。
6．重力做功与重力势能变化的关系
（1）表达式：WG=mgh=–ΔEp。
（2）两种情况
重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加。
注意：重力势能的变化过程，也是重力做功的过程，二者的关系为WG=Ep1–Ep2=mgh1–mgh2=mg（h1–h2）=mg·Δh。
①当物体由高处运动到低处时WG>0，Ep1>Ep2，表明重力做正功，重力势能减少，减少的重力势能等于重力所做的功。
②当物体由低处运动到高处时，WGt2 B．v1t2
C．v1=v2，t1