第1章 第5节第1课时 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（鲁科版2019）

第5节　科学验证：机械能守恒定律 第1课时　机械能守恒定律 【素养目标】 物理观念 知道什么是机械能，理解物体动能和势能的相互转化，知道机械能守恒定律的内容，初步形成能量观和守恒观。 科学思维 能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件，能构建模型推导机械能守恒定律，领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性。 科学态度与责任 通过对机械能守恒定律的验证，能认识科学规律的建立需要实验证据的检验；有较强的学习和研究物理的兴趣。 一、机械能守恒定律 1．机械能 (1)定义：物体的动能与重力势能、弹性势能之和称为机械能。 (2)表达式：E＝Ep＋Ek。 2．机械能守恒定律 (1)内容 在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。 (2)表达式 ①mv＋mgh2＝mv＋mgh1。 ②Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1。 (3)守恒条件 物体系统内只有重力或弹力做功。 二、机械能守恒定律的推导 1．推导过程 如图所示，如果物体只在重力作用下自由下落，重力做的功设为WG 由重力做功和重力势能的变化关系可知 WG＝mg(h1－h2)＝Ep1－Ep2 由动能定理得WG＝mv－mv 联立可得mgh1－mgh2＝mv－mv 即mgh1＋mv＝mgh2＋mv 即Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2。 2．结论：在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。 3．弹性势能与动能的转化 在只有弹力做功的物体系统内，动能与弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。 1．判断正误 (1)物体所受的合外力为零时，机械能一定守恒。(　×　) (2)做平抛运动的物体，其初状态动能与重力势能之和必等于末状态的动能与重力势能之和。(　√　) (3)在一个运动过程中，既有重力做功，又有弹力做功，则系统的机械能一定不守恒。(　×　) (4)理想条件下，物体自由下落过程中，机械能一定守恒。(　√　) 学生用书第22页 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　对机械能守恒条件的理解 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，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．对机械能守恒条件的理解 (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。 (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个弹簧，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)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。 (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的作用下沿斜面运动，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。 2．判断机械能是否守恒的方法 (1)利用机械能的定义判断(直接判断)：若物体动能、势能均不变，机械能不变．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。 (2022·安徽合肥高一期中)以下四种情境中，物体a机械能守恒的是(不计空气阻力)(　　) C　[物块a在沿固定斜面匀速下滑和沿粗糙的圆弧面加速下滑过程中都受到摩擦力作用，有内能的产生，物块a的机械能不守恒，故A、B错误；摆球a由静止释放，自由摆动过程中只有重力做功，摆球a的动能和重力势能相互转化，机