第四章 第五节 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（粤教版2019）

第五节　机械能守恒定律 课程内容要求 核心素养提炼 1.了解人们追寻守恒量和建立“能量”概念的漫长过程． 2．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． 3．能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题． 1.物理观念：知道能量守恒是自然界的重要规律，知道什么是机械能，理解机械能守恒定律的内容及条件． 2．科学思维：领悟从守恒的角度分析问题的方法，会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决有关问题． 3．科学态度与责任：认识机械能守恒定律对日常生活的影响，体会守恒思想对物理学的推动作用． [对应学生用书P74] 1．重力势能与动能：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：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． 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. [思考] (1)如图甲是滚摆及其运动的示意图，滚摆在上升过程中，重力做功情况如何？其动能与势能怎样变化？在下降过程中呢？ (2)如图乙所示，在光滑水平面上，弹簧左端固定，右端连接物体，弹簧被压缩到一定程度释放物体，在弹簧恢复到原长的过程中，弹力做功情况如何？弹性势能、物体的动能如何变化？ 提示　(1)滚摆在上升过程中，重力做负功，动能减少，重力势能增加；在下降过程中，重力做正功，动能增加，重力势能减少． (2)在弹簧恢复到原长的过程中，弹力做正功，弹性势能减少，动能增加． 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：Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2，即E1＝E2. [思考] 用细绳把铁锁吊在高处，并把铁锁拉到鼻子尖前释放，保持头的位置不动，铁锁摆回来时，会打到鼻子吗． 提示　不会打到鼻子． [对应学生用书P74] 探究点一　机械能守恒的条件 如图所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下．(忽略轨道的阻力和其他阻力)过山车下滑时，过山车受哪些力作用？各做什么功？动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？ 提示　过山车下滑时，如果忽略阻力作用，过山车受重力和轨道支持力作用；重力做正功，支持力不做功，动能增加，重力势能减少，机械能保持不变． 1．对守恒条件的理解 (1)物体只受重力或弹力，不受其他力，如自由落体运动； (2)物体除受重力或弹力外，还受其他力，但其他力不做功，如物体沿光滑固定的斜面下滑，物体受重力和支持力作用，但支持力不做功； (3)对于物体系统来说，除系统内的重力和弹力做功之外，外力不做功，有内力做功，但内力做功的代数和为零． 2．机械能守恒的判断方法 判断机械能是否守恒的三种基本方法． (1)做功条件分析法：应用机械能守恒的条件进行判断．分析物体(或系统)的受力情况(包括内力和外力)，明确各力做功的情况，若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，则物体(或系统)的机械能守恒． (2)能量转化分析法：从能量转化的角度进行判断．若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化，机械能也没有转化成其他形式的能(如内能)，则系统的机械能守恒． (3)增减情况分析法：直接从机械能的各种形式的能量增减情况进行判断．若系统的动能与势能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒；若系统内各个物体的机械能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒． 如图所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度地释放，让它自由摆下，不计空气阻力．在重物由A点摆向最低点B的过程中，下列说法正确的是(　　) A．重物的机械能守恒 B．重物的机械能增加 C．重物的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变 D．重物与弹簧组成的系统机械能守恒 D　[重物由A点摆到B点的过程中，弹簧被拉长，弹簧的弹力对重物做了负功，所以重物的机械能减少，故选项A、B错误；此过程中，由于只有重力和弹簧的弹力做功，所以重物与弹簧组成的系统机械能守恒，即重物减少的重力势能，等于重物获得的动能与弹簧的弹性势能之和，故选项C错误，D正确．] [变式]　(多选)在[例1]中，若把轻弹簧竖直放置且连接一个小球，用手托起小球，使弹簧处于压缩状态，如图所示．则迅速放手后(不计空气阻力)(　　) A．放手瞬间小球的加速度等于重力加速度 B．小球、弹簧和地球组成的系统机械能守恒 C．小球的机械能守恒 D．小球向下运动过程中，小球动能与弹簧弹性势能之和不断增大 BD　[放手瞬间小球加速度大于重力加速度，A错误；整个系统(包括地球)的机械能守恒，B正确，C错误；向下运动过程中，由于重力势能减小，所以小球