【新教材精创】1.5 科学验证：机械能守恒定律 学案（2）-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。 【课前自主学习】 1、物体自由下落或沿光滑斜面滑下，重力对物体做_____功，物体的重力势能____了。在这个过程中，物体的动能_____了，物体的______能转化成了_____能。 原来具有一定速度的物体，由于惯性在空中竖直上升或沿光滑斜面上升，这时重力做____功，物体的动能_____了,物体的重力势能_____了，物体的______能转化成了_____能。 被压缩的弹簧具有_______能，当弹簧恢复原来形状时将物体弹出，弹力做_____功，弹性势能就______,物体动能_____，此过程中________能转化成______能。 2、机械能定义：_______能、______势能、______势能的统称。 【课内探究】 1、 机械能守恒定律 （推导） 质量为m的物体自由下落过程中，经过高度h1的A点时速度为v1，下落至高度h2的B点处速度为v2。 可见：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。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 1． 机械能守恒定律内容： 。 2. 数学表达式： 即E1= E2。 3.机械能守恒条件的理解 （1）从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，无其它形式能量之间（如内能）转化； （2）从系统做功的角度看，只有重力或弹力做功。 4.只有重力或弹力做功与只受重力或弹力作用的含义不同。 (1)只受重力或弹力； (2)除重力或弹力外，还受其它力，但其它力不做功或其它力所做功代数和为零（摆球）。 5.守恒定律的多种表达方式 当系统满足机械能守恒的条件以后，常见的守恒表达式有以下几种： （1） ，即初状态的动能和势能之和等于末状态的动能和势能之和。 （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。 二、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。 方法一：利用起始点和第n点 （1）若物体由静止下落高度h时，它的瞬时速度为v，那么重力势能的减小量为mgh，动能的增加量为 1/2mv2； （2）看它们在实验误差允许的范围内是否是相等，如果相等则验证了机械能守恒； 方法二：任取两点 若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA 再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB 则在误差允许范围内，由计算得出 机械能守恒定律即被验证。 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 (1)确定研究对象和研究过程(2)分析研究对象在运动过程中的受力情况