第8章 第4节 机械能守恒定律（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版2019）

第4节　机械能守恒定律 [学习目标]　1.了解人们追寻守恒量和建立“能量”概念的漫长过程(物理观念).2.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化(物理观念).3.知道机械能守恒的条件，会判断一个过程机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题(科学思维)． 知识点一　追寻守恒量 伽利略曾研究过小球在斜面上的运动，如图所示． 将小球由斜面A上某位置由静止释放，如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球在斜面B上速度变为0(即到达最高点)时的高度与它出发时的高度相同，不会更高一点，也不会更低一点．这说明某种“东西”在小球运动的过程中是不变的． 知识点二　动能与势能的相互转化 1．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. 2．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. 3．机械能：重力势能、弹性势能与动能统称为机械能． 知识点三　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，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变． 2．表达式：mv＋mgh2＝mv＋mgh1或Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1. 3．应用机械能守恒定律解决问题只需考虑运动的初状态和末状态，不必考虑两个状态间过程的细节，即可以简化计算． 1．判断下列说法的正误． (1)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用．(×) (2)合力为零，物体的机械能一定守恒．(×) (3)合力做功为零，物体的机械能保持不变．(×) (4)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒．(√) 2．如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高为H处自由落下，不计空气阻力，重力加速度为g，以桌面所在水平面为参考平面，则小球落到地面前瞬间的机械能为mgH. 考点一　对机械能守恒定律的理解 【情境导学】 如图所示的摆球实验中，忽略空气阻力． (1)当小球自A由静止释放运动到C的过程中，小球高度不断减小，速度不断增大，能量是怎么转化的？ (2)当小球由C运动到B的过程中，小球高度不断升高，速度不断减小，能量是怎么转化的？ (3)在D处加一钉子，小球仍由A摆下，为什么会重新回到原来的高度？ 答案 (1)小球由A运动到C的过程中，重力势能减少，动能增加，小球的重力势能转化为动能． (2)小球由C运动到B的过程中，动能减少，重力势能增加，小球的动能转化为重力势能． (3)小球重新回到原来的高度，说明小球在运动过程中能量守恒． 【知识拓展】 1．机械能守恒的几种情况 (1)只有重力做功，只发生动能和重力势能的相互转化． (2)只有系统内弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化． (3)只有重力和系统内弹力做功，只发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化． (4)除受重力和弹力外，其他力也做功，但其他力做功的代数和始终为零． 注意：机械能守恒的物体所受合外力不一定为零． 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) ⇒⇒ (3)机械能的定义法 机械能等于动能与势能之和，若一个过程中动能不变，势能变化，则机械能不守恒，如匀速上升的物体机械能增加． 【例题1】 下列说法正确的是(　　) A．一个物体所受的合力为零，它的机械能一定守恒 B．一个物体做匀速运动，它的机械能一定守恒 C．一个物体所受的合力不为零，它的机械能可能守恒 D．除了重力以外其余力对物体做功为零，它的机械能不可能守恒 思维导引：理解机械能守恒定律的概念与条件，分析物体受力情况，只受重力则机械能守恒． 答案　C 解析　一个物体所受合力为零时，物体的机械能也可能变化，如匀速上升的物体，所受合力为零，机械能增加，选项A、B错误；一个物体所受的合力不为零，它的机械能可能守恒，如自由下落的物体，只受重力，机械能守恒，选项C正确；机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功，所以除了重力以外其余力对物体做功为零，物体的机械能一定守恒，选项D错误． 【变式1】 如图所示，木块静止挂在绳子下端，一子弹以水平速度射入木块并留在其中，再与木块一起共同摆到一定高度，从子弹开始射入到共同上摆到最大高度的过程中，下列说法正确的是(　　) A．子弹的机械能守恒 B．木块的机械能守恒 C．子弹和木块总机械能守恒 D．子弹和木块上摆过程中机械能守恒 答案　D 解析　子弹射入木块过程，系统中摩擦力做负功，机械能减少；而共同上摆过程，系统只有重力做功，机械能守恒；综上