第1章 第5节 科学验证 机械能守恒定律-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习全书word（鲁科版）

第5节　科学验证:机械能守恒定律 学习目标 课标解读 1.知道什么是机械能,理解物体动能和势能的相互转化。 2.能够应用落体法验证机械能守恒定律。 3.理解机械能守恒定律的内容,知道它的含义和适用条件。 4.在具体问题中,能判定机械能是否守恒,并能应用机械能守恒定律解决简单问题 1.通过实例观察,体会生活中的能量转化过程,初步形成机械能的概念。 2.利用实验操作和探究的过程,培养科学探究的意识和能力。 3.通过机械能守恒定律的理论推导,体验科学思维的培养过程 一、机械能守恒定律 1.机械能 物体的动能与重力势能(弹性势能)之和称为机械能。 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:m+mgh2=m+mgh1,即Ek2+Ep2=Ek1+Ep1。 二、验证机械能守恒定律 实验 目的 (1)验证机械能守恒定律。 (2)进一步熟悉打点计时器的使用 实验 原理 (1)让带有纸带的重物自由下落,利用打点计时器记录重物下落过程中的运动情况。选取纸带上的某点作为高度的起点,量出纸带上其他点相对该点的距离作为高度。 (2)用天平称出重物的质量,算出重物经过这些点的重力势能。 (3)计算重物经过这些点的瞬时速度,算出动能。通过比较重物经过这些点的机械能,得出实验结论 实验 器材 铁架台、打点计时器、交流电源、纸带、天平、砝码、毫米刻度尺、重物 实验 步骤 (1)安装置:按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。 (2)打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由落下,更换纸带重复做3～5次实验。 (3)选纸带:选点迹清晰的纸带 1.思考判断 (1)通过重力做功,动能和重力势能可以相互转化。(　√　) (2)物体的机械能一定是正值。(　×　) (3)合力为零,物体的机械能一定守恒。(　×　) (4)合力做功为零,物体的机械能一定守恒。(　×　) (5)只有重力做功,物体的机械能一定守恒。(　√　) 2.思维探究 (1)试分析在弯弓斜向上射箭的过程中,涉及机械能中哪些能量之间的转化。 答案:箭被射出的过程中,弹性势能转化为箭的动能;箭上升过程中,动能转化为重力势能,下落过程中,重力势能又转化为动能。 (2)在“验证机械能守恒定律”的实验中,要确定物体的动能,需测出物体下落一定高度时的速度。根据已学过的知识,可有三种方法:①vn=;②vn=gtn;③vn=,本实验应采取哪种方法? 答案:第③种方法。其中,第①种方法是根据机械能守恒定律mgh=mv2得到的,而我们的目的是验证机械能守恒定律,根据这一定律得到的结论再去验证之,因而这种方法不能用。 第②种方法认为加速度为g,由于各种摩擦阻力不可避免,所以实际下落加速度必将小于g,而下落高度h是直接测量的,这样将得到机械能增加的结论,有阻力作用机械能应是减少的,故这种方法也不能用。 总之,本实验中速度看似有很多方法求得,但正确的只有一种,即从纸带上直接求出物体实际下落的速度,而不能用理论计算,同样的道理,重物下落的高度h也只能用刻度尺直接测量,而不能用h=gt2或h=计算得到。 要点一　机械能守恒的条件及判断 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,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? 答案: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;机械能守恒。 1.对机械能守恒条件的理解 (1)从做功的角度看,只有重力或弹力做功。 (2)从能量转化的角度看,只有系统内动能和势能相互转化,无其他形式能量之间(如内能)的转化。 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)。 分析能量种类⇒只有动能、重力势能、弹性势能⇒系统机械能守恒 [例1] (2022·浙江温州诸暨中学月考)关于以下四幅图,下列说法正确的是(　C　) A.图甲中潜水器被吊车吊下水的过程中它的机械能守恒 B.图乙中汽车在匀速上坡过程中机械能不变 C.图丙中握力器在手的压力作用下弹性势能增加了 D.图丁中撑竿跳高运动员在上升过程中机械能守恒 解析:题图甲中潜水器被吊车吊下水的过程中,钢绳的拉力和水的浮力均对它做负功,所以机械能不守恒,故A错误;题图乙中汽车匀速上坡过程中,动能不变,重力势能增加,故机械能增加,故B错误;题图丙中握力器在手的压力下形变增大,所以弹性势能增加,故C正确;题图丁中撑竿跳高运动员