2025届高三物理一轮复习导学案：生活中的机械能守恒

高三物理一轮复习导学稿 主编人：廖峰 审稿人：高三物理备课组 第五章 第三讲 生活中的机械能守恒 一、学习目标 （1）能够解析生活具体情境，抽象出合适的运动过程模型，分析模型中的研究对象受力、做功情况，判断是否适用机械能守恒定律 （2）运用机械能守恒定律，并结合动力学规律解释、分析和求解具体运动情境的能量变化与守恒规律 （3）通过对冬奥会项目的模型建构和能量关系分析，开展引发学生思考的爱国主义教育 二、重点与难点 重点：解析生活具体情境，抽象出合适的运动过程模型，分析模型中的研究对象受力、做功情况，判断是否适用机械能守恒定律 难点：运用机械能守恒定律，并结合动力学规律解释、分析和求解具体运动情境的能量变化与守恒规律 三、学习过程 【探究实验】 【1】思考猜想：小球想要顺利滑过轨道最高点，其释放位置与最高点的高度关系？ 【2】实验演示：观察演示实验，思考释放位置与最高点高度关系背后的原理 【3】理论验证与原理应用：分析该过程中高度关系背后的能量变化与守恒关系，并应用原理解决实际情境问题 实际情境（一）过山车中的机械能守恒 为了保障游客的安全，过山车必须具备完善的安全保障设施。其中，过山车的速度必须满足一定的条件，才能保证过山车沿轨道正常运行。下面以圆形回环过山车为例，分析过山车的速度条件。 【情境解析】过山车轨道位于竖直平面内，该轨道由一段倾斜轨道和与之相切的圆形轨道连接而成，过山车从倾斜轨道上的点A由静止开始下滑。圆形轨道半径为R，可视为质点的过山车质量为m。 问题1：忽略阻力作用，过山车从圆形轨道B点滑上圆轨道时，为保证过山车能够沿圆形轨道完整运行，在B点处速度至少多大？对轨道的压力至少多大？ 问题分解： ①过山车到最高点C的速度可以为零吗？ ②过山车能够进行完整圆周运动，其到最高点C的速度条件？ ③过山车从B点运动到C点过程机械能守恒吗？ ④过山车在B点的速度条件是？ 问题2：过山车的下滑起点A距离圆形轨道底部的高度h应满足什么条件？ 问题分解： ①过山车从A点运动到B点过程中有什么外力做功？ ②该过程机械能守恒吗？ 拓展问题：可以直接分析从A到C点运动过程中的机械能变化与守恒关系吗？ 总结收获： 【演示视频】观察跳台滑雪运动员的操作场景 思考讨论： （1）跳台滑雪雪道如何设置能够保证运动员飞行足够远，滞空时间足够长（观赏性强）？ （2）运动员滑行过程能量变化情况和运动情况如何分析、求解？ 实际情境（二）跳台滑雪运动中的机械能守恒 【情境解析】如图是简化后的跳台滑跳台滑雪雪道，整条雪道由倾斜的助滑坡AB和着陆坡CD，以及一段水平起跳台BC组成，且AB与BC 由一段平滑圆弧连接, 设质量为60kg的运动员从助滑坡AB上由静止开始下滑（该过程中可忽略阻力影响，重力加速度为g=10m/s2） 【赛道要求】该运动员到达点C时以一定速度水平飞出，要求腾空时间能够达到3s（腾空后最终落在CD段上的F点） 问题3：当CD段与水平方向成角37°时，求运动员从C点飞出后落在CD边上F点处时的速度vF和位移大小S1？ 分解问题： ①运动员从BC边飞出后做什么运动？ ②运动员落在CD边上F点时的竖直位移Sy？水平位移Sx？ ③运动员落在CD边上F点时的竖直分速度vy？水平分速度vx？ 问题4：AB段相对于BC段高度h的取值？ ③运动员到达C处时的速度vC？ ④运动员从A运动到C的过程机械能守恒吗？ 规律总结： 1.分析实际情境，构建简要、合适的运动模型 2.选择恰当研究对象，受力分析与运动分析，判断是否符合机械能守恒条件 3.选择恰当过程，结合动力学基本规律，应用机械能守恒定律分析求解 【课后练习】 变式提升：若该过山车的新轨道（断层轨道）如右图所示，过山车由A下滑后，从平台BC水平飞出后恰无碰撞由E点进入圆O轨道中，圆轨道半径为R， EO连线与竖直方向成角θ=53°，且恰能完成圆周运动从D点飞出进入新轨道（未画出）。试分析倾斜轨道AB高度h应满足什么条件。 问题分解①有几个运动过程？各过程机械能守恒吗？ ②过山车能够圆周运动到D点的速度要求是？ ③E到D过程机械能守恒，E点速度是？ ④C到E过程是平抛运动，E点速度与C点速度关系是？ ⑤A到C过程机械能守恒吗？ 1．跳台滑雪是冬奥会比赛项目，被称作“勇敢者的运动”，其场地的简化图如图所示。雪坡OB段为倾角为α=30°的斜面，某运动员从助滑道的最高点A由静止开始下滑，到达起跳点O时借助设备和技巧，保持在O点的速率沿与水平方向成θ角的方向起跳，最后落在雪坡上的B点，起跳点O与落点B之间的距离OB为此项运动的成绩。已知A点与O点之间的高度差h=50m，该运动员可视为质点，不计一切阻力和摩擦，g=10m/s2.求 （1）该运动员在O点起跳时的速度大小； （2）该运动员以多大的起跳角θ起跳才能取得最佳成绩，最佳成绩为多少； （3）在（1）问中，该运动员离开雪坡的最大距离。 2.游乐场游玩之后，某高一学习小组把游乐场的过山车（如甲图所示）抽象为如图乙所示的模型；大弧形轨道的下端N与竖直圆轨道平滑相接，P为圆轨道的最高点。现将质量为m=100g的小球（可视为质点）从大弧形轨道某位置滚下，进入竖直圆轨道后沿圆轨道内侧运动，小球经过最高点P时恰好不脱离轨道的速度，重力加速度大小为。不考虑小球运动过程中所受阻力。求： （1）圆形轨道半径r； （2）若小球经过最高点恰好不脱离轨道，小球从M点静止滚下的高度h； （3）若小球经过P时受到轨道的弹力大小为4N，小球到达最低点N点时对轨道压力F多大。 4 学科网（北京）股份有限公司 $$