第1章 第5节 第1课时 机械能守恒定律 （Word教参）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第二册（鲁科版2019）

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 核心素养导学 物理观念 (1)知道什么是机械能。 (2)知道物体的动能和势能可以相互转化。 (3)知道机械能守恒定律的内容及表达式。 (4)会描述能量守恒定律的内容。 科学思维 (1)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。 (2)会分析机械能守恒的条件。 (3)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。 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；能用机械能守恒定律解释生产生活中的相关现象。 1．机械能：运动的物体往往既有动能又有势能，物体的动能与重力势能(弹性势能)之和称为机械能。 2．推导：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，由动能定理得 WG＝mv22－mv12① 由重力做功和重力势能的变化关系可知 WG＝mg(h1－h2 )＝mgh1－mgh2＝Ep1－Ep2② ①②联立可得 mgh1－mgh2＝mv22－mv12， 即mv12＋mgh1＝mv22＋mgh2 由机械能的定义得Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2。 3．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。 4．条件：只有重力或系统内弹力对物体做功，机械能的大小与运动方向和轨迹的曲、直无关。 5．表达式： (1)mv12＋mgh1＝mv22＋mgh2或Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2。 (2)mgh1－mgh2＝mv22－mv12，即ΔEp减＝ΔEk增。 1.物理课上，老师让学生做了一个趣味实验：用细绳把铁锁吊在高处，并把铁锁拉到学生的鼻子尖前释放，保持头的位置不动，铁锁摆回来时，铁锁会打到鼻子吗？请解释原因。 提示：铁锁不会打到鼻子。由伽利略的理想斜面实验知，若没有阻力，铁锁刚好能回到初位置，遵循机械能守恒定律。若存在阻力，机械能损失，铁锁速度为0时的高度低于开始下落时的高度，铁锁一定不能到达鼻子的位置。 2.如图所示，蹦床运动员在向上的运动过程中。 请对以下说法作出判断： (1)离开蹦床前，蹦床的弹性势能减小，运动员的重力势能增大，运动员的机械能不变。(×) (2)离开蹦床前，蹦床的弹性势能转化为运动员的机械能，运动员的机械能增大。(√) (3)离开蹦床后，运动员的动能转化为运动员的重力势能，运动员的机械能不变。(√) 新知学习一|机械能守恒的条件及判断 [任务驱动] 如图所示为正在比赛的撑杆跳运动员，如果忽略空气的阻力，运动员靠撑杆上升的过程中有什么力做功？运动员的机械能守恒吗？ 提示：撑杆跳运动员上升的过程中重力、杆的弹力都做功，运动员的机械能不守恒；但运动员和撑杆组成的系统机械能守恒。　　　　 [重点释解] 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。 a．图甲中，小球在摆动过程中线的拉力不做功，若不计空气阻力则只有重力做功，小球的机械能守恒。 b．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的机械能不守恒。 c．图丙中，不计空气阻力，球在下落过程中，只有重力和弹力做功，球与弹簧组成的系统机械能守恒。但对球来说，机械能不守恒，这一点需要特别注意。 2．判断机械能守恒的方法 (1)做功分析法(常用于单个物体)： (2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统)： ⇒⇒ [针对训练] 1．若忽略空气阻力的影响，下列运动过程中物体机械能守恒的是(　 ) A．被掷出后在空中运动的铅球 B．沿粗糙斜面减速下滑的木块 C．随热气球一起匀速上升的吊篮 D．随倾斜传送带加速上行的货物 解析：选A　机械能守恒的条件是只有重力做功，被掷出后在空中运动的铅球只有重力做功，机械能守恒；沿粗糙斜面下滑的木块除重力外还有摩擦力做功，机械能不守恒；随热气球一起匀速上升的吊篮在上升过程中动能不变，重力势能随高度增大而增大，机械能不守恒；随倾斜传送带加速上行的货物在上行过程中动能增大，重力势能增大，机械能不守恒。故A正确。 2.如图所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度地释放，让它自由摆下，不计空气阻力。在重物由A点摆向最低点B的过程中，下列说法正确的是(　 ) A．重物的机械能守恒 B．重物的机械能增