第一章 第5节 第1课时　机械能守恒定律（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【正禾一本通】同步课堂高效讲义（鲁科版2019）

答案： 1mgl 1mgl 3 3 12.通过探究得到弹簧的弹性势能的表达式为 Ep＝1kx2，式中 k 为弹簧的劲度系数，x 为 2 弹簧伸长(或缩短)的长度，请利用弹性势能表达式计算下列问题。 放在地面上的物体上端系在劲度系数 k＝400 N/m 的弹簧上，弹簧的另一端拴在跨过定滑轮的绳子上，如图所示，手拉绳子的另一端，当往下拉 0.1 m 时，物体开始离开地面，继续拉绳，使物体缓慢升高到离地 h＝0.5 m 高处。如果不计弹簧自重和滑轮与绳的摩擦，求整个过程拉力所做的功以及弹性势能的最大值。 解析： 由题意知弹簧的最大伸长量 x＝0.1 m， 则最大弹性势能 Ep＝1kx2＝1×400×0.12 J＝2 J， 2 2 此过程中拉力做的功与弹力做的功数值大小相等， 则有 W1＝W 弹＝|ΔEp|＝2 J，刚好离开地面时有 G＝F＝kx＝400×0.1 N＝40 N，则物体缓慢升高时 F＝40 N， 物体上升 h＝0.5 m，拉力克服重力做功 W2＝Fh＝Gh＝40×0.5 J＝20 J， 拉力共做功 W＝W1＋W2＝2 J＋20 J＝22 J。 答案： 22 J 2 J 学生用书 第 21 页 【素养目标】 第 5 节 科学验证：机械能守恒定律 第 1 课时 机械能守恒定律 物理观念 知道什么是机械能，理解物体动能和势能的相互转化，知道机械能守恒 定律的内容，初步形成能量观和守恒观。 科学思维 能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件，能构建模型推导机械能守 恒定律，领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性。 科学态度与责任 通过对机械能守恒定律的验证，能认识科学规律的建立需要实验证据的 检验；有较强的学习和研究物理的兴趣。 一、机械能守恒定律 1. 机械能 (1) 定义：物体的动能与重力势能(弹性势能)之和称为机械能。 (2)表达式：E＝Ep＋Ek。 2. 机械能守恒定律(1)内容 在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总 量保持不变。 (2) 表达式 1mv2＋mgh2 1mv＋2 mgh1。 ① 2 ＝ 1 2 2 ②Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1。 (3) 守恒条件 物体系统内只有重力或弹力做功。 二、机械能守恒定律的推导 1. 推导过程 如图所示，如果物体只在重力作用下自由下落，重力做的功设为 WG 由重力做功和重力势能的变化关系可知 WG＝mg(h1－h2)＝Ep1－Ep2 由动能定理得 WG＝1mv2－1mv2 2 1 2 2 联立可得 mgh1－mgh2＝1 v－2 1mv2 m 2 1 2 2 即 mgh1＋1mv2＝mgh2＋1mv2 1 2 2 2 即 Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2 。 2. 结论：在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化， 机械能的总量保持不变。 3. 弹性势能与动能的转化 在只有弹力做功的物体系统内，动能与弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 1. 判断正误 (1) 物体所受的合外力为零时，机械能一定守恒。( × ) (2) 做平抛运动的物体，其初状态动能与重力势能之和必等于末状态的动能与重力势能之 和。( √ ) (3) 在一个运动过程中，既有重力做功，又有弹力做功，则系统的机械能一定不守恒。 ( × ) (4) 理想条件下，物体自由下落过程中，机械能一定守恒。( √ ) 学生用书 第 22 页 2. 链接实景 对下列四幅图中情境的描述，其中正确的有哪些？ (1) 图 1 中“蛟龙号”被吊车匀速吊着下水的过程中其机械能守恒 (2) 图 2 中火车在水平弯道上匀速转弯时其机械能守恒 (3) 图 3 中握力器在手的压力作用下弹性势能增加了 (4) 图 4 中撑杆跳高运动员在上升过程中机械能守恒 提示： 图 1 中“蛟龙号”被吊车匀速吊着下水的过程中，钢绳的拉力对它做负功，所以机械能不守恒，故(1)错误；图 2 中火车在水平弯道上匀速转弯时做匀速圆周运动，动能、 重力势能均不变，其机械能守恒，故(2)正确；图 3 中握力器在手的压力下弹性形变增大，所 以弹性势能增大，故(3)正确；图 4 中撑杆跳高运动员在上升过程中撑杆的弹性势能转化为运动员的机械能，所以运动员的机械能不守恒，故(4)错误，所以正确的有(2)(3)。 知识点一 对机械能守恒条件的理解 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，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