第四章 第5节　机械能守恒定律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（教科版2019）

第5节　机械能守恒定律 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道动能和势能的相互转化和机械能的概念． 2．掌握机械能守恒定律，知道机械能守恒的条件． 3．能够应用机械能守恒定律分析相关的实际问题． 1．物理观念：能量、机械能、机械能守恒定律． 2．科学思维：机械能守恒的条件、应用． 3．科学探究：通过摆球、弹簧、滑块等观察机械能的转化与守恒． 4．科学态度与责任：机械能守恒定律的深刻意义和实际应用． [对应学生用书P76] 1．机械能：动能和势能(包括重力势能和弹性势能)统称为机械能． 2．动能与势能的相互转化 (1)转化条件：重力或弹力做功． (2)转化特点：做正功时，势能向动能转化；做负功时，动能向势能转化． [思考] (1)如图甲所示，在小球沿光滑的斜面下滑过程中，动能和重力势能分别如何变化？如果小球以某一速度沿斜面上滑呢？ 甲 提示　下滑时动能增大重力势能减小，上滑时动能减小重力势能增大． (2)如图乙所示，光滑水平面上，在被压缩的弹簧恢复原状过程中，弹簧的弹性势能和小球的动能分别如何变化？小球向左运动，挤压弹簧呢？ 乙 提示　弹簧恢复原状时，小球动能增加，弹性势能减小；挤压弹簧时，小球动能减小，弹性势能增大． 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，而总机械能保持不变． 2．表达式 (1)Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2，即ΔEk＝－ΔEp． (2)Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1． 3．守恒条件：只有重力或弹力做功． [思考] 如图所示，物体沿光滑曲面滑下，途经A、B两点．物体在A、B两点时具有的机械能有何关系？ 提示　物体由A到B，只有重力做功，故其机械能守恒，即A、B两点的机械能相等． 三、关于机械能转化与守恒的实验观察　 机械能守恒定律的应用 1．通过摆球的往复运动，可以观察到只有重力做功时的机械能转化与守恒． 2．通过弹簧滑片或弹簧钩码的往复运动，可以观察只有弹力做功时的机械能转化与守恒． 3．应用机械能守恒定律可以方便地解决生活和生产中的许多问题． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)物体只发生动能和势能的相互转化时，它的机械能一定守恒．(√) (2)物体做匀速运动，它的机械能一定守恒．(×) [对应学生用书P77] 探究点一　机械能守恒的条件 如图，用细线拴着的小球在竖直平面内摆动．探究以下问题： (1)小球的受力情况如何？ 提示　小球在摆动过程中受重力和线的拉力作用． (2)各力做功情况如何？小球的动能和势能如何变化？ 提示　拉力和速度方向总是保持垂直，对小球不做功，只有重力对小球做功．小球在摆动过程中重力势能和动能在不断相互转化． (3)这个实验说明了什么问题？ 提示　在摆动过程中，小球总能回到原来的高度，可见，重力势能和动能的总和不变． 机械能守恒的四种情况 1．物体只受重力，只发生动能和重力势能的相互转化，如自由落体运动、抛体运动等． 2．只有弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化．如在光滑水平面上运动的物体碰到一根弹簧，和弹簧相互作用的过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒． 3．物体既受重力，又受弹力，重力和弹力都做功，发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化，如自由下落的物体落到竖直的弹簧上并和弹簧相互作用，在这个过程中，对物体和弹簧组成的系统来说，机械能守恒． 4．除受重力或弹力外，还受其他力，但其他力不做功，或其他力做功的代数和为零．如物体在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面向下运动，若拉力的大小与摩擦力的大小相等，则在此运动过程中，其机械能守恒． (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A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒 B．乙图中，物体B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，其机械能守恒 C．丙图中，不计任何阻力时，在A加速下落、B加速上升的过程中，A、B组成的系统机械能守恒 D．丁图中，小球从水平位置A处由静止释放，运动到B处的过程中，小球的机械能守恒 BCD　[题图甲中重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但A机械能不守恒，故A错误；题图乙中物体B除受重力外，还受支持力、拉力、摩擦力，但当拉力与摩擦力相等时，除重力之外的三个力做功的代数和为零，故B的机械能守恒，故B正确；题图丙中绳子的张力对A做负功，对B做正功，两者代数和为零，又不计任何阻力，故A、B组成的系统机械能守恒，故C正确；题图丁中只有小球的重力做功，故机械能守恒，故D正确．] [题后总结]　 (1)系统机械能守恒时，系统中单个物体的机械能不一定守恒． (2)虽然有摩擦力做功，但还有其他力做功来抵消摩擦力做的功，机械能仍然守恒． (3)系统中有内力做功，但内力做功的代数和为零，则机械能守恒． (4)物体除受重力外还