第四章 5.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（教科版2019）

5．机械能守恒定律 课程标准 核心素养 1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化 2.能够根据动能定理、重力做功与重力势能变化间的关系，推导出机械能守恒定律 3.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题 物理观念：动能、势能、机械能的概念 科学思维：转化观点在机械能守恒中的理解和应用 科学探究： (1)通过实例探究机械能守恒的条件 (2)根据具体事例探究机械能守恒定律的不同表达式 科学态度与责任：机械能守恒定律在日常生活中的应用 一、动能和势能的相互转化 机械能守恒定律 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．动能和重力势能间的转化 荡秋千的情景：下降过程，重力势能减少，动能增加。 上升过程，重力势能增加，动能减少。 3．动能和弹性势能间的转化 运动员击球情景：网球触拍减速时，网线的弹性势能增大，网球的动能减少。网球反弹加速时，网线的弹性势能减少，网球的动能增大。 4．机械能守恒定律 (1)内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能会发生相互转化，但机械能的总量保持不变。 (2)表达式：Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2。 二、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．摆球实验中，细线对小球的拉力与小球的运动方向垂直，拉力不做功。 2．只有重力做功是系统机械能守恒的必要条件。 3．(1)合力为零是物体处于平衡状态的条件。物体的合力为零时，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。 (2)合力做功为零是物体动能不变的条件。合力对物体不做功，它的动能一定不变，但它的机械能不一定守恒。 (3)只有重力做功或系统内弹力做功是机械能守恒的条件，只有重力对物体做功时，物体的机械能一定守恒；只有重力或系统内弹力做功时，系统的机械能一定守恒。 1．判断正误 (1)通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化。(　　) (2)通过弹力做功，动能和弹性势能可以相互转化。(　　) (3)物体的机械能一定是正值。(　　) (4)通过重力或弹力做功，机械能可以转化为其他能。(　　) (5)物体所受的合力为零，物体的机械能一定守恒。(　　) 学生用书第96页 (6)人乘电梯匀速上升的过程，机械能守恒。(　　) (7)不计空气阻力及摩擦力时，滚摆在运动过程中机械能守恒。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√ 2．链接实景 对下列四幅图中情境的描述，其中正确的有哪些？ (1)图1中“蛟龙号”被吊车匀速吊着下水的过程中其机械能守恒 (2)图2中火车在水平弯道上匀速转弯时其机械能守恒 (3)图3中握力器在手的压力作用下弹性势能增加了 (4)图4中撑杆跳高运动员在上升过程中机械能守恒 提示：　 图1中“蛟龙号”被吊车匀速吊着下水的过程中，钢绳的拉力对它做负功，所以机械能不守恒，故(1)错误；图2中火车在水平弯道上匀速转弯时做匀速圆周运动，动能、重力势能均不变，其机械能守恒，故(2)正确；图3中握力器在手的压力下弹性形变增大，所以弹性势能增大，故(3)正确；图4中撑杆跳高运动员在上升过程中撑杆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(4)错误，所以正确的有(2)(3)。 知识点一　机械能守恒的理解与判断 如图所示为大型游乐场中的翻滚过山车在关闭发动机的情况下由高处飞奔而下的情景。若忽略过山车受到的摩擦力和空气阻力。 (1)过山车受哪些力作用？各做什么功？ (2)过山车下滑时，动能和势能怎样变化？两种能的和怎样变化？ (3)过山车下滑时机械能守恒吗？ 提示：　(1)过山车受重力和轨道的弹力作用，重力做正功，弹力不做功。 (2)过山车的重力势能转化为动能，二者之和保持不变。 (3)该过程过山车的机械能守恒。 1．机械能守恒的条件的理解 (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．机械能是否守恒的三种判断方法 (1)利用机械能守恒的定义判断(直接判断)：若物体动能、势能均不变，则其机械能不变。若一个物体动能不变、势能变化，或势能不变、动能变化，或动能和势能同时增加(减小)，其机械能一定变化。 (2)用做功判断：若物体系统只有重力(或弹簧的弹力)做功；或虽受其他力，但其他力一直不做功；或其他力做功代数和为零，则机械能守恒。 学生用书第97页 (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