【新教材精创】1.5 科学验证：机械能守恒定律 学案（1）-鲁科版高中物理必修第二册

1.5 科学验证：机械能守恒定律 1. 理解机械能守恒定律的内涵，能用机械能守恒定律解释生产生活中的相关现象。 2. 能在熟悉的问题情境中运用机械能守恒定律解决问题时建构物理模型，会分析机械能守恒的条件；能从机械能守恒的角度分析动力学问题，通过推理，获得结论。 【重点】理解机械能守恒定律的内容，能判断机械能是否守恒，并能列出机械能守恒定律的数学表达式。理解验证机械能守恒定律的实验原理、实验方案，并能进行数据处理和误差分析。 【难点】机械能守恒的条件，科学验证机械能守恒定律的设计思路，数据处理和误差分析，以及机械能守恒定律的应用。 一、机械能 图一 图二 图三 图一中 能与 能相互转化；图二中 能与 能相互转化；图三中 能与 能相互转化； 1.机械能的定义：_________________________________________统称为机械能。 2.动能和势能都是______量、_______量，某状态的机械能E也是_____量、______量。同一状态的动能和势能之和为该状态的机械能，即E＝______________。 [注意]不同时刻或状态的动能与势能之和不表示机械能。 二、机械能守恒定律 在动能与势能转化的情景中，以自由落体（只受重力）运动为例。 1、只受重力作用 设下落过程中经过高度h1的A点速度v1，高度h2的B点时速度为v2，由同学用学习过的知识（牛顿定律或动能定理），分析下落过程中A、B两位置的机械能之间的数量关系。 A点到B点，从动能定理知道：WG= 由重力做功和重力势能变化的关系有WG= ；得到 ① 移项后，得 ② 即 思考：学生讨论式①的含义是什么？式②的含义又是什么？ 2、只有重力做功分析 上述结论是在运动过程只受重力作用的时候得到的，如果物体是沿光滑斜面下滑，上述 结论成立吗？（由同学推导，分析） 如果物体沿光滑曲面滑下，怎么分析？ 同样可以证明：在只有弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能也保持不变。 结论： 3、机械能守恒定律的表达式 ① ,即初状态的机械能等于末状态的机械能。 ② ,即动能(或势能)的增加量等于势能(或动能)的减少量。 ③ ,即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量。 4、机械能守恒条件： （1）从做功角度看：只有重力或系统内弹力做功。 ① 物体只受重力或弹簧弹力，不受其他力。 ② 物体受到重力和弹簧弹力，还受到其他力，但其他力不做功，或其他力做的总功为零。 （2）从能量转化角度看：只有系统内动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转化。 三、验证机械能守恒定律 如图所示，质量为m的物体从O点自由下落，为了验证机械能守恒定律，可选取某点作为高度的起点，量出纸带上其他点相对该点的距离作为高度。再计算重物经过这些点的速度，算出动能。最后比较重力势能的减小量与动能的增加量，验证机械能守恒。（以A点作为起点） -----本实验要验证的表达式，式中hB是 高度，vA是物体在A点的 速度, vB是物体在B点的 速度。 思考： 1.如何测量速度？需要哪些仪器？ 2.应该选择什么样的物体进行实验？为什么？ 3.在架设打点计时器时应注意什么？为什么？ 4.实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？ 5.若实验中不测量物体的质量，还能验证机械能守恒定律么？ 6.你能设计其他的实验方案验证机械能守恒么？ 四、机械能守恒定律的应用 荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动，若秋千绳的长度l=2m,荡到最高点时秋千绳与坚直方向的夹角θ=60°。取重力加速度g=9.8m/s2,求荡到最低点时秋千的速度大小。(忽略阻力及秋千绳的质量,且人在秋千上的姿势可视为不变） 讨论： （1）以谁为研究对象，研究的是哪个过程 （2）研究过程中，机械能是否守恒？ （3）选取哪个平面为参考平面，初末状态的机械能分别为多少？ （4）根据机械能守恒定律列方程 小结：利用机械能守恒定律解决问题的基本步骤 (