第4章 第5节 机械能守恒定律（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（教科版2019）

第5节　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，理解物体动能和势能的相互转化。 (2)通过机械能守恒定律的学习， 初步建立能量观念、体会守恒思想。 (3)知道机械能守恒定律的内容和守恒条件。 科学思维 (1)会分析机械能守恒的条件，在具体实例中分析动能与势能(包括弹性势能)之间的相互转化。 (2)理解机械能守恒定律的推导过程。 (3)会从做功和能量转化的角度判断机械能是否守恒，能应用机械能守恒定律解决有关问题。 科学态度与责任 (1)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。 (2)能认识机械能守恒定律对日常生活的影响。 一、动能和势能的相互转化 1．重力势能与动能的相互转化：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，重力势能转化成了动能；若重力做负功，则动能转化为重力势能。 2．弹性势能与动能的相互转化：只有弹簧弹力做功时，若弹力做正功，则弹簧弹性势能减少，物体的动能增加，弹性势能转化为动能；若弹力做负功，则动能转化为弹性势能。 3．机械能：重力势能、弹性势能和动能的统称，表达式为E＝Ek＋Ep。 重力或弹力对物体做功时，不同形式的机械能可以发生相互转化。 二、机械能守恒定律 1．内容 在只有重力或弹力做功的系统内，动能和势能会发生相互转化，但总机械能保持不变。 2．表达式 Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2，即E1＝E2。 3．特例 机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在力学范围内的一种特殊情况。 机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功，而不一定是只受重力或弹力作用。　　 三、关于机械能转化与守恒的实验观察 1．摆球实验：忽略空气阻力的影响，只有重力对小球做功，细线的拉力不做功，小球在摆动过程中的机械能守恒。 2．弹簧、重物实验：弹簧下端悬挂钩码在竖直方向上往复运动，忽略空气阻力的影响，只有重力和弹簧的弹力做功，弹簧和钩码组成的系统机械能守恒。 1.如图所示，为伽利略的斜面实验。 请对以下结论作出判断： (1)对于任意斜面，都可以使小球在右侧斜面上升到同样高度。(×) (2)只有斜面光滑时，小球才能上升到右侧斜面上同样的高度。(√) (3)斜面光滑时，伽利略斜面实验中的守恒量是机械能。(√) 2．毛泽东的诗词中曾写到“一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕”。试分析在弯弓射雕过程中，涉及机械能中哪些能量之间的转化？ 提示：箭被射出过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能；箭上升过程中，箭的动能转化为重力势能；箭下落过程中，箭的重力势能转化为动能。 3.物理课上，老师让学生做了一个趣味实验：用细绳把橡皮球吊在高处，并把橡皮球拉到学生的鼻子尖前释放，保持头的位置不动，橡皮球摆回来时，橡皮球会打到鼻子吗？请解释原因。 提示：橡皮球不会打到鼻子。由伽利略的理想斜面实验知，若没有阻力，橡皮球刚好能回到初位置，遵循机械能守恒定律。若存在阻力，机械能损失，橡皮球速度为零时的高度低于开始下落时的高度，橡皮球一定不能到达鼻子的位置。 新知学习(一)|机械能守恒的理解及判断 [任务驱动] 图甲所示为游客正在乘坐翻滚过山车，图乙所示为正在比赛中的撑竿跳高运动员，图丙所示为小朋友正在玩蹦床游戏。如果忽略轨道、空气的阻力，思考以下问题： (1)图甲中的游客和翻滚过山车整体在运行过程中有什么力做功？其机械能守恒吗？ (2)图乙中的撑竿跳高运动员在靠撑竿上升的过程中有什么力做功？运动员的机械能守恒吗？ (3)图丙中的小朋友在离开蹦床上升和下落过程中有什么力做功？小朋友的机械能守恒吗？ 提示：(1)游客和翻滚过山车整体在运行过程中重力做功，其机械能守恒。 (2)撑竿跳高运动员上升的过程中重力、竿的弹力都做功，运动员的机械能不守恒；但运动员和撑竿组成的系统机械能守恒。 (3)小朋友在离开蹦床上升和下落过程中重力、弹性绳的弹力做功，小朋友的机械能不守恒；但小朋友和弹性绳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)守恒条件：只有重力或系统内弹力做功。 (2)理解： ①只受重力作用，系统的机械能守恒。例如所有做抛体运动的物体。 ②系统内只有重力和弹力作用，系统的机械能守恒。例如： a．如图甲所示，小球在摆动过程中线的拉力不做功，如不计空气阻力，则只有重力做功，小球的机械能守恒。 b．如图乙所示，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．如图丙所示，不计空气阻力，球在下落过程中，只有重力和弹簧的弹力做功，球与弹簧组成的系统机械能守恒。但对球来说，其机械能不守恒。 ③除重力和弹力之外，还有其他力做功，但其他力做功的