(讲义)第8章 主题提升课2 机械能及其守恒定律-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册(人教版2019)

主题一　能量观念的建立及应用 1．理解重力势能与重力做功的关系，理解动能定理和机械能守恒定律，学会从机械能转化和守恒的视角分析物理问题，形成初步的能量观念。 2．在应用机械能守恒定律解决问题的过程中，体会守恒的思想，领悟从守恒的角度分析问题的方法，增强分析和解决问题的能力。 【典例1】　放在粗糙水平地面上的物体受到水平拉力的作用，在0～6 s内其速度与时间的关系图像和拉力的功率与时间的关系图像如图所示。下列说法正确的是(　　) A．物体的质量为 kg B．滑动摩擦力的大小为5 N C．0～6 s拉力做的功为30 J D．0～2 s内拉力做的功为20 J A　[由题中v-t图像知，在2～6 s内，物体做匀速直线运动且速度v＝6 m/s，P＝10 W，则滑动摩擦力为f＝F＝＝ N＝ N，故B错误；当P′＝30 W时，v＝6 m/s，得到牵引力F′＝＝ N＝5 N，0～2 s内物体的加速度a＝＝3 m/s2，根据牛顿第二定律得F′－f＝ma，代入数据可得m＝ kg，故A正确；在0～2 s内，由P-t图像围成的面积表示拉力做的功，可得W1＝t1＝30 J，同理在2～6 s内，拉力做的功W2＝Pt2＝10×(6－2) J＝40 J，故0～6 s 拉力做的功为W＝W1＋W2＝70 J，故C、D错误。] 【典例2】　(多选)如图所示，一根原长为L的轻弹簧，下端固定在水平地面上，一个质量为m的小球，在弹簧的正上方从距地面高度为H处由静止下落压缩弹簧。若弹簧的最大压缩量为x，小球下落过程受到的空气阻力恒为Ff，则小球从开始下落至最低点的过程(　　) A．小球动能的增量为0 B．小球重力势能的增量为mg(H＋x－L) C．弹簧弹性势能的增量为(mg－Ff)(H＋x－L) D．系统机械能减少FfH AC　[小球下落的整个过程中，开始时速度为零，结束时速度也为零，所以小球动能的增量为0，选项A正确；小球下落的整个过程中，重力做功WG＝mgh＝mg(H＋x－L)，根据重力做功量度重力势能的变化得WG＝－ΔEp，则小球重力势能的增量为－mg(H＋x－L)，选项B错误；根据动能定理得WG＋Wf＋W弹＝0，所以W弹＝－(mg－Ff)(H＋x－L)， 根据弹簧弹力做功量度弹性势能的变化得W弹＝，则弹簧弹性势能的增量为(mg－Ff)(H＋x－L)，选项C正确；系统机械能的减少量等于重力、弹力以外的力做的功，小球从开始下落至最低点的过程，克服阻力做的功为Ff(H＋x－L)，所以系统机械能减少Ff(H＋x－L)，选项D错误。] 主题二　科学规律的探究 1．通过实验，验证机械能守恒定律，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．能明确实验需要测量的物理量，由此设计实验方案。会使用所提供的实验器材进行实验并获得数据，通过对数据的分析发现其中的特点，进而归纳出实验结论，并尝试对其做出解释。 【典例3】　利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动。 (1)滑块通过B点的瞬时速度可表示为________。 (2)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝______，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒。 [解析]　(1)由于遮光片的宽度b很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度，则滑块通过光电门B的速度为vB＝。 (2)滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量为ΔEk＝(M＋m)＝；系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝mgd－Mgd sin 30°＝gd。 [答案]　(1)　(2)gd 学科网（北京）股份有限公司 $$