第四章 第五节 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（粤教版2019）

第五节　机械能守恒定律 【核心素养目标】 物理观念 知道机械能的概念，并会求机械能。 科学思维 通过理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。 科学态度与责任 能用机械能守恒定律分析生产生活的有关问题。 一、动能与势能的相互转化 1．机械能：动能与势能(包括重力势能和弹性势能)统称为机械能。 2．重力势能与动能的转化 只有重力做功时，若重力对物体做正功，则物体的重力势能减少，动能增加，物体的重力势能转化为动能；若重力对物体做负功，则物体的重力势能增加，动能减少，物体的动能转化为重力势能。 3．弹性势能与动能的转化 只有弹簧弹力做功时，若弹力对物体做正功，则弹簧的弹性势能减少，物体的动能增加，弹簧的弹性势能转化为物体的动能；若弹力对物体做负功，则弹簧的弹性势能增加，物体的动能减少，物体的动能转化为弹簧的弹性势能。 二、机械能守恒定律的理论验证 1．内容：在只有重力或弹力做功的系统内，动能和势能发生相互转化，而系统的机械能总量保持不变。 2．表达式：mgh1＋mv12＝mgh2＋mv22，即Ep1＋Ek1＝E＋Ek2。 1．判断正误 (1)通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化。(√) (2)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用。(×) (3)合力做功为零，物体的机械能一定保持不变。(×) (4)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒。(√) (5)人乘电梯匀速上升的过程机械能守恒。(×) 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)。 学生用书第111页 知识点一　机械能守恒的判断 如图所示为大型游乐场中的翻滚过山车在关闭发动机的情况下由高处飞奔而下的情景。若忽略过山车受到的摩擦力和空气阻力。 (1)过山车受哪些力作用？各做什么功？ (2)过山车下滑时，动能和势能怎样变化？两种能的和怎样变化？ (3)过山车下滑时机械能守恒吗？ 提示：　(1)过山车受重力和轨道的弹力作用，重力做正功，弹力不做功。 (2)过山车的重力势能转化为动能，二者之和保持不变。 (3)该过程过山车的机械能守恒。 1．对守恒条件的理解 (1)物体只受重力或弹力，不受其他力，如自由落体运动； (2)物体除受重力或弹力外，还受其他力，但其他力不做功，如物体沿光滑固定的斜面下滑， 物体受重力和支持力作用，但支持力不做功； (3)对于物体系统来说，除系统内的重力和弹力做功之外，外力不做功，有内力做功，但内力做功的代数和为零。 2．判断机械能是否守恒的方法 (1)当研究对象只有一个物体时，往往用是否“只有重力做功”来判定物体机械能是否守恒。 (2)当研究物体与弹簧组成的系统时，往往用是否“只有重力和弹力做功”来判定物体与弹簧组成的系统机械能是否守恒。 (3)当研究对象有多个物体在内时，往往用是否有重力与弹力之外的力做功(如有摩擦和介质阻力做功)来判定，或者从是否有机械能之外的能量参与转化的角度来判定。 如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(　　) A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒 B．乙图中，A置于光滑水平面上，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒 C．丙图中，不计任何阻力和滑轮质量时A加速下落、B加速上升过程中，A、B系统机械能守恒 D．丁图中，系在橡皮条一端的小球向下摆动时，小球的机械能守恒 C　[若不计空气阻力，题图甲中只有重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但物体A机械能不守恒，选项A错误；题图乙中物体B除受重力外，还受弹力，弹力对B做负功，机械能不守恒，但A、B组成的系统机械能守恒，选项B错误；题图丙中绳子张力对A做负功，对B做正功，代数和为零，A、B系统机械能守恒，选项C正确；题图丁中小球的重力势能转化为小球的动能和橡皮条的弹性势能，小球的机械能不守恒，选项D错误。] 针对练1．如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的。图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D