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2023-2024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 课标要求 层级达标 1.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。 2.能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。 学考层级 1.了解物体的动能和势能的相互转化，初步形成机械能的概念。 2.会正确推导物体在运动过程中的机械能守恒，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。 选考层级 1.理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件，能获得结论。 2.在具体问题中，会判断机械能是否守恒，并能用机械能守恒定律解决简单问题。 第1课时机械能守恒定律(赋能课—精细培优科学思维) 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 由重力做功与重力势能改变的关系可知 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。 [微情境·大道理] 1.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。(√) 2.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。 强化点(一)　机械能守恒定律的理解 任务驱动　 如图所示为正在比赛的撑竿跳高运动员，如果忽略空气的阻力，运动员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？ 提示：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。 [要点释解明] 1．机械能守恒的条件 (1)从做功的角度看，只有重力(或弹力)做功，机械能守恒。 ①只有重力做功，单个物体的动能和重力势能相互转化，物体的机械能守恒。 ②只有弹力做功，物体的动能和弹簧的弹性势能相互转化，物体与弹簧组成的系统机械能守恒。 ③只有重力和弹力做功，物体的动能、重力势能和弹簧的弹性势能相互转化，物体和弹簧组成的系统机械能守恒。 (2)从能量转化的角度看，只有系统内动能与势能的相互转化，无其他形式能量的转化，系统机械能守恒。 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)： ⇒⇒ [题点全练清] 1．以下对机械能守恒的理解正确的是(　 ) A．如果机械能只在系统内部物体间转化，则该系统机械能一定守恒 B．如果系统内部只有动能与势能的相互转化，则该系统机械能一定守恒 C．如果物体受力平衡，则物体与地球组成的系统机械能一定守恒 D．如果外力对一个系统所做的功为0，则该系统机械能一定守恒 解析：选B　如果系统内部只有动能与势能的相互转化，不发生机械能与其他形式能的转化，则该系统机械能一定守恒，A错误，B正确；如果物体受力平衡，匀速上升，动能不变，但是重力势能增大，机械能不守恒，C错误；如果外力对一个系统所做的功为0，说明是动能不变，但是机械能可能变化，比如物体匀速上升，动能不变，但是重力势能增大，机械能不守恒，D错误。 2．(2023·福建永安调研)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，火箭升空的过程，若匀速升空机械能守恒，若加速升空机械能不守恒 B．乙图中，物体匀速运动，机械能守恒 C．丙图中，小球做匀速圆周运动，机械能守恒 D．丁图中，轻弹簧将A、B两小车弹开，两小车组成的系统机械能守恒 解析：选C　甲图中，不论是匀速还是加速，由于推力对火箭做功，火箭的机械能不守恒，是增加的，故A错误；乙图中，物体沿斜面匀速上升