第8章 4 机械能守恒定律-2021-2022学年新教材高中物理必修第二册【名师导航】同步Word教参(人教版)

4.机械能守恒定律 学习目标：1.[物理观念]了解人们追寻守恒量历程，初步建立能量的概念、体会守恒思想。2.[物理观念]知道机械能的概念，理解物体的动能和势能之间可以相互转化。3.[科学探究]能够根据动能定理、重力做功与重力势能变化间的关系推导机械能守恒定律的表达式。4.[科学思维]理解机械能守恒定律的内容和守恒条件，能在问题情景中根据机械能守恒的条件，判断机械能守恒，获得结论。 阅读本节教材，回答第89页“问题”并梳理必要知识点。 教材第89页“问题”提示：运动过程中，小球的速度在变化，动能在变化，小球距斜面底端的高度在变化，重力势能在变化，小球到达B斜面的最大高度不变。 一、追寻守恒量 伽利略的斜面实验探究如图所示。 1．过程：将小球由斜面A上某位置由静止释放，小球运动到斜面B上。 2．实验现象：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地终止于它开始运动时的高度，不会更高一点，也不会更低一点。 3．实验结论：这说明某种“东西”在小球的运动过程中是不变的。在物理学上我们把这个不变量叫作能量或者能。 二、动能与势能的相互转化 1．机械能的形式：重力势能、弹性势能和动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能。 2．表达式：E＝Ek＋Ep。 3．转化的方式：通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式。 4．标矢性：机械能是状态量，是标量(选填“标量”或“矢量”)。 三、机械能守恒定律 1．内容 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 2．守恒定律表达式 (1)Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2，即ΔEk增＝ΔEp减。 (2)Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1。 (3)E2＝E1。 3．守恒条件 物体系统内只有重力或弹力做功。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)物体自由下落时，重力做正功，物体的动能和重力势能都增加。 (×) (2)合力为零，物体的机械能一定守恒。 (×) (3)合力做功为零，物体的机械能一定守恒。 (×) (4)只有重力做功，物体的机械能一定守恒。 (√) 2．关于机械能，以下说法正确的是(　　) A．质量大的物体，重力势能一定大 B．速度大的物体，动能一定大 C．做平抛运动的物体机械能时刻在变化 D．质量和速率都相同的物体，动能一定相同 D　[重力势能的大小与零势能面的选取有关，质量大但重力势能不一定大，A错误；动能的大小与质量以及速度大小有关，所以速度大，动能不一定大，B错误；平抛运动过程中只受重力作用，只有重力做功，机械能守恒，C错误；根据Ek＝mv2可知质量和速率都相同的物体，动能一定相同，D正确。] 3．(多选)下列选项中物体m机械能守恒的是(均不计空气阻力)(　　) 　　　 A　　　　　　　 　　B 　　　 C　　　　　　 　　　D CD　[物块沿固定斜面匀速下滑，在斜面上物块受力平衡，重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，摩擦力做负功，机械能减少；物块在力F作用下沿固定光滑斜面上滑时，力F做正功，机械能增加；小球沿光滑半圆形固定轨道下滑，只有重力做功，小球机械能守恒；用细线拴住小球绕O点来回摆动，只有重力做功，小球机械能守恒，选项C、D正确。] 机械能守恒的条件及判断 (教师用书独具)　教材第90页“思考与讨论”答案提示：两种情况下重力做的功相等，重力势能的变化也相等；两种情况下，由于合外力不一样，故动能的变化不相等；在真空中自由下落时，重力势能全部转化为动能；小球在液体中下落时，重力势能转化为动能和内能。 教材第91页“思考与讨论”答案提示： 关系依然成立，mgh2＋mv＝mgh1＋mv。 如图所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下。(忽略轨道的阻力和其他阻力) 过山车下滑时，过山车受哪些力作用？各做什么功？动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？ 提示：过山车下滑时，如果忽略阻力作用，过山车受重力和轨道支持力作用；重力做正功，支持力不做功，动能增加，重力势能减少，机械能保持不变。 1．对机械能守恒条件的理解 (1)从能量转化的角度看，系统内只有动能和势能相互转化，而没有其他形式能量(如内能)的转化，并且系统与外界没有任何能量转化，则系统的机械能守恒。 (2)从做功的角度看，只有重力和系统内的弹力做功，具体表现如下： ①只受重力作用，例如所有做抛体运动的物体机械能守恒。 ②系统内只有重力和弹力作用，如图甲、乙、丙所示。 　　　　　　　 　甲　　　　乙　　　　丙 图甲中，小球在摆动过程中线的拉力不做功，如不计空气阻力则只有重力做功，小球的机械能守恒。 图乙中，各接触面光滑，A自B上端自由下滑的过程中，只有重力和A、B间的弹力做功，A、B组成的系统机械能守恒。但对A来说，B对A的弹力做负功，这个力对A来说是外力，A