第八章4 机械能守恒定律 -【优化探究】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册同步导学案配套教参（人教版，多选）

4　机械能守恒定律 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.了解人们追寻守恒量和建立“能量”概念的漫长过程。 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。 3.能推导机械能守恒定律表达式。 4.会判断系统机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题。 1.物理观念：与功和机械能相关的初步能量观念。 2.科学思维：(1)守恒思想。 (2)能对熟悉物理情景建构物理模型。 3.关键能力：分析推理能力和物理建模能力。 授课提示：对应学生用书第115页 一 追寻守恒量 1．伽利略斜面实验探究 让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个对接斜面，没有摩擦时，hA＝hB，如图所示。看起来小球好像“记得”自己的起始高度或与高度相关的某个量。这一事实被后来的物理学家说成是“某个量是守恒的”，并且把这个量叫作能量。 2．能的转化：在伽利略的理想斜面实验中，小球的重力势能和动能相互转化。 二 动能与势能的相互转化 1．物体沿光滑斜面上升，重力对物体做负功，物体的速度减小，动能减少，高度增加，物体的重力势能增加。 2．被压缩的弹簧恢复原长时，弹力对与它接触的物体做正功，物体的速度变大，弹簧的弹性势能减少，物体的动能增加。 3．重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能。机械能可以从一种形式转化成另一种形式。 4．机械能是状态量，是标量，没有方向但有正负之分。 三机械能守恒定律 1．推导：在图中，物体在某一时刻处在位置A，这时它的动能是Ek1，重力势能是Ep1，总机械能是E1＝Ek1＋Ep1。经过一段时间后，物体运动到另一位置B，这时它的动能是Ek2，重力势能是Ep2，总机械能是E2＝Ek2＋Ep2。忽略运动过程中物体受到的阻力。由动能定理知，WG＝Ek2－Ek1。 根据重力对物体做的功与重力势能的关系有WG＝Ep1－Ep2。 从以上两式可得Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2，则Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1，即E2＝E1。 2．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。 授课提示：对应学生用书第116页 　机械能守恒条件的理解与判断 　如图所示，两位小朋友在蹦床上玩得非常开心。试思考以下问题。 (1)右边的男孩离开蹦床后飞向空中的过程中，机械能守恒吗？ (2)左边的女孩若已落在蹦床上，使蹦床下陷，她的机械能守恒吗？ 提示：(1)守恒。男孩离开蹦床后只受重力作用，只有重力做功，机械能守恒。 (2)不守恒。因为她受到的蹦床的弹力做负功，她的机械能减少，机械能不守恒。 1．对机械能守恒条件的理解 机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功，可分为以下三种情况： (1)只受重力作用：如在不考虑空气阻力情况下的各种抛体运动(自由落体、竖直上抛、平抛、斜抛等)。 (2)受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹力做功，例如： ①物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力作用，但曲面的支持力对物体不做功。 ②在光滑水平面上运动的小球碰到弹簧，把弹簧压缩后又被弹簧弹回来。 (3)除重力和弹力之外，还有其他力做功，但其他力做功的总和为零，系统机械能没有转化为其他形式的能，物体的机械能不变，这不是真正的守恒，但也可以当作守恒来处理。 2．机械能守恒的判断 (1)用做功来判断：分析物体或系统受力情况(包括内力和外力)，明确各力做功的情况，若对物体或系统只有重力或弹力做功，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒。 (2)用能量转化来判定：若系统中只有动能和势能的相互转化，无机械能与其他形式的能的转化，则系统机械能守恒。 　下列对配图的说法正确的是(　　) A．图1中“蛟龙号”被吊车吊下水的过程中，它的机械能守恒 B．图2中物块在恒力F作用下沿固定光滑斜面匀速上滑过程中，物块机械能守恒 C．图3中物块沿固定斜面匀速下滑过程中，物块机械能不守恒 D．图4中撑竿跳高运动员在上升过程中机械能守恒 [思路点拨]　解答此题应注意把握以下两点： (1)机械能守恒时物体或系统的受力特点。 (2)机械能守恒时能量转化特点。 [解析]　图1中“蛟龙号”被吊车吊下水的过程中，钢绳的拉力对它做负功，所以机械能不守恒，故A错误；图2中物块在F作用下沿固定光滑斜面匀速上滑，力F做正功，物块机械能增加，故B错误；图3中物块沿固定斜面匀速下滑，在斜面上物块受力平衡，重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，摩擦力做负功，物块机械能减少，故C正确；图4中撑竿跳高运动员在上升过程中撑竿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D错误。 [答案]　C 名师点评 判断机械能是否守恒应注意的问题 1．合力为零是物体处于平衡状态的条件。物体受到的合力为零时，它一定处于匀速运动状态或静止状态，但它的机械能不一定守恒。