第四章 第五节　机械能守恒定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第五节　机械能守恒定律 【核心素养目标】 物理观念 知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。 科学思维 能够推导出机械能守恒定律；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。 知识点一　机械能守恒定律 如图所示，质量为m的物体沿光滑曲面滑下的过程中，下落到高度为h1的A处时速度为v1，下落到高度为h2的B处时速度为v2，重力加速度为g，不计空气阻力，选择地面为参考平面。 (1)求从A至B的过程中重力做的功； (2)求物体在A、B处的机械能EA、EB； (3)比较物体在A、B处的机械能的大小。 提示：(1)W＝mgΔh＝mg(h1－h2)＝mgh1－mgh2① (2)EA＝mgh1＋mv② EB＝mgh2＋mv③ (3)由动能定理：W＝mv－mv④ 由①④得：mv＋mgh2＝mv＋mgh1 即EB＝EA。 1．动能与势能的相互转化 (1)机械能：动能与势能(包括重力势能和弹性势能)统称为机械能。 (2)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。 (3)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。 2．机械能守恒定律 (1)内容：在只有重力或弹力做功的系统内，动能和势能发生相互转化，而系统的机械能总量保持不变。 (2)表达式：mgh1＋mv＝mgh2＋mv，即Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2。 【判断正误】 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，物体的机械能一定保持不变。(　　) 答案：1.×　2.×　3.× 1．对机械能守恒条件的理解 (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)只有重力和弹力做功，发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化。 (4)除受重力或弹力外，其他力也做功，但其他力做功的代数和为零。如物体在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面运动，若已知拉力与摩擦力的大小相等，方向相反，在此运动过程中，其机械能守恒。 学生用书↓第99页 2．判断机械能是否守恒的方法 (1)利用机械能的定义直接判断：若动能和势能中，一种能变化，另一种能不变，则其机械能一定变化。 (2)用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹力)做功，虽受其他力，但其他力不做功，机械能守恒。 (3)用能量转化来判断：若物体系统中只有动能和势能的相互转化，而无机械能与其他形式的能的转化，则物体系统机械能守恒。 (多选)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，物体将弹簧压缩的过程中，物体和弹簧组成的系统机械能守恒(不计空气阻力) B．乙图中，物体在大小等于摩擦力的沿斜面向下的拉力F作用下沿斜面下滑时，物体机械能守恒 C．丙图中，物体沿斜面匀速下滑的过程中，物体机械能守恒 D．丁图中，斜面光滑，物体在斜面上下滑的过程中，物体机械能守恒 ABD　[题图甲中，只有重力和弹簧弹力对系统做功，则系统机械能守恒，A正确；题图乙中，物体在大小等于摩擦力的沿斜面向下的拉力F作用下沿斜面下滑时，由于力F做的正功等于摩擦力做的负功，则力F与摩擦力做功的代数和为零，则物体机械能守恒，B正确；题图丙中，物体沿斜面匀速下滑的过程中，动能不变，重力势能减小，则物体机械能减小，C错误；题图丁中，斜面光滑，物体在斜面上下滑的过程中，只有重力做功，则物体机械能守恒，D正确。] 针对练1.以下物体的运动过程 ，满足机械能守恒的是(　　) A．在草地上滚动的足球 B．从旋转滑梯上滑下的小朋友 C．竖直真空管内自由下落的硬币 D．匀速下落的跳伞运动员 C　[在草地上滚动的足球要克服阻力做功，机械能不守恒，故A错误；小朋友从旋转滑梯上滑下时，受阻力作用，阻力做负功，机械能减小，故B错误；真空管内自由下落的硬币只有重力做功，重力势能转化为动能，机械能守恒，故C正确；匀速下落的跳伞运动员受重力和空气阻力而平衡，阻力做负功，故机械能减少，D错误。] 针对练2.(多选)下列选项中物体m机械能守恒的是(均不计空气阻力)(　　) CD　[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，机械能减少；物块在力F作用下沿固定光滑斜面上滑时，力F做正功，机械能增加；小球沿光滑半圆形固定轨道下滑，只有重力做功，小球机械能守恒；用细线拴住小球绕O点来回