【中學教材全解】2020-2021學年人教版高中物理必修2-第7章-第8節(jié)-機械能守恒定律課時學案

第8節(jié)機械能守恒定律學習目標1.知道什么是機械能，理解物體的動能和勢能可以相互轉化。2.理解機械能守恒定律的內容和適用條件。3.會判定具體問題中機械能是否守恒，能運用機械能守恒定律分析解決簡潔的實際問題。自主學習圖7-8-11.如圖7-8-1所示，在伽利略斜面試驗中，小球沿斜面下滑時，重力做_________功，物體的動能_________。重力勢能_________，物體的_________能轉化為_________能；小球沿斜面上滑過程中，重力做_________功，物體的動能________，重力勢能_________，物體的________能轉化為_______能。假如忽視空氣阻力和摩擦阻力，小球在QUOTE兩斜面上升的高度_______。圖7-8-12.如圖7-8-2甲所示，以確定速度運動的小球能使彈簧壓縮，這時彈簧彈力做功，小球的_________能轉化為彈簧的能；小球速度變?yōu)榱阋院?，被壓縮的彈簧又能將小球彈回(如圖乙所示)，這時彈力對小球做功，彈簧的能轉化成小球的能。甲乙圖7-8-23.在自由落體運動或拋體運動中，物體從高為QUOTE的QUOTE處運動到高為QUOTE的QUOTE處，處于位置QUOTE時，它的動能為QUOTE，重力勢能為QUOTE，運動到位置QUOTE時，它的動能是QUOTE，重力勢能為QUOTE，依據重力做功等于重力勢能的變化的負值，得QUOTE=，此過程也可由動能定理得到重力做功等于物體動能的變化，即QUOTE=，所以有QUOTE，即QUOTE＋QUOTE=。4.在只有做功的物體系統(tǒng)內，能與能可以相互轉化，而總的能保持不變，這叫做機械能守恒定律。其表達式可以寫成QUOTE＋QUOTE=。自我檢測1.（單選）下列狀況機械能守恒的是（）A.跳傘運動員從空中勻速下落過程B.物體以8QUOTE的加速度在空中下落的過程C.物體做平拋運動過程D.物體在細線拉力作用下沿光滑斜面上滑過程圖7-8-32.（單選）如圖7-8-3所示，桌面高為QUOTE，質量為QUOTE的小球從離桌面高為QUOTE處自由落下，不計空氣阻力，假設桌面處的重力勢能為零，則小球落到地面前瞬間的機械能為（）圖7-8-3A.QUOTE B.QUOTEC.QUOTE D.QUOTE3.（單選）從高處自由下落的物體，它的重力勢能QUOTE和機械能QUOTE隨高度QUOTE的變化圖線如圖7-8-4所示，正確的是（）ABCD圖7-8-4圖7-8-54.（單選）如圖7-8-5圖7-8-5A.重力勢能和動能之和總保持不變B.重力勢能和彈性勢能之和總保持不變C.動能和彈性勢能之和保持不變D.重力勢能、彈性勢能和動能之和總保持不變課內探究一、動能與勢能的相互轉化1.請舉例說明物體動能與勢能轉化的普遍性并思考動能與勢能相互轉化時必需借助的因素是什么？2.如圖7-8-6所示，觀看并分析物體在運動過程中動能、勢能的變化狀況。甲乙圖7-8-63.什么是機械能？二、機械能守恒定律1.機械能守恒的條件（1）只有重力做功的狀況。圖7-8-7如圖7-8-7所示，物體沿光滑曲面下滑，開頭時物體處于位置QUOTE，經過一段時間后物體運動到QUOTE位置。證明：物體由QUOTE到QUOTE的過程中機械能保持不變。圖7-8-7思考爭辯：小球從QUOTE到QUOTE的過程中的受力狀況和做功狀況如何？合力做功與小球動能變化的表達式如何？重力做功與重力勢能變化的表達式如何？結論：（2）只有彈簧的彈力做功圖7-8-8如圖7-8-8所示，物體在光滑水平面以確定的初速度壓縮彈簧，已知物體從QUOTE、QUOTE兩點的動能分別為QUOTE、QUOTE，彈簧的彈性勢能分別為QUOTE、QUOTE。圖7-8-8證明物體從QUOTE到QUOTE過程中物體與彈簧系統(tǒng)機械能守恒。結論：（3）彈力和重力都做功：圖7-8-9如圖7-8-9所示，豎直平面內彈簧上端固定，另一端系確定質量的重物，試證明重物從QUOTE向QUOTE運動過程中，物體與彈簧系統(tǒng)機械能守恒。圖7-8-9結論：。（4）請結合以上三種情形，總結機械能守恒的條件及內容。①機械能守恒的條件：；②機械能守恒定律：。例1（多選）如圖7-8-10所示，下列關于機械能是否守恒的推斷正確的是（）甲乙丙丁圖7-8-10A.甲圖中，自由下落的物體QUOTE將彈簧壓縮的過程中，物體QUOTE的機械能守恒B.乙圖中，物體QUOTE沿斜面勻速下滑的過程，物體QUOTE機械能守恒C.丙圖中，不計任何阻力時，QUOTE加速下落，QUOTE加速上升過程中，QUOTE組成的系統(tǒng)機械能守恒D.丁圖中，小球沿水平面做勻速圓周運動，小球的機械能守恒2.機械能守恒定律的表達式及其應用圖7-6-11如圖7-8-11物體沿光滑曲面從QUOTE到QUOTE下落過程中物體的機械能守恒。圖7-6-11請思考：（1）假如以地面為參考面，QUOTE兩位置的動能和重力勢能分別為QUOTE、QUOTE和QUOTE、QUOTE，其機械能守恒的表達式如何表示？（2）物體從QUOTE到QUOTE，只有重力做功，削減的重力勢能與增加的動能有何關系？從能量轉化的角度怎樣表述機械能守恒定律？結論：①②圖7-8-12例2把一個小球用細繩懸掛起來，就成為一個單擺（如圖7-8-12），擺長為QUOTE,最大偏角為QUOTE。小球運動到最低位置時的速度是多大？圖7-8-12思考爭辯：（1）小球在搖擺過程中受哪些力的作用？哪些力做功？哪些力不做功？（2）小球在搖擺過程中機械能是否守恒？（3）選小球在最低點為零勢能參考平面，則小球在最高點的重力勢能為多少？圖7-8-13例3如圖7-8-13所示，一個物體從光滑斜面頂端由靜止開頭下滑。已知物體的質量QUOTE=0.50kg，斜面的傾角QUOTE=30°，斜面長度QUOTE=2.5m，重力加速度QUOTE取10QUOTE。求物體滑到斜面底端時的速度大小。圖7-8-13方法一：用牛頓其次定律求解方法二：用機械能守恒定律求解點評：在不涉及運動過程中的加速度和時間時，若滿足機械能守恒的條件，用機械能守恒定律來處理問題要比用牛頓其次定律更便利；一些難于用牛頓其次定律解決的問題，若滿足機械能守恒的條件，用機械能守恒定律則易于解決。圖7-8-14例4如圖7-8-14所示，質量都是QUOTE的物體QUOTE和QUOTE，通過輕繩跨過滑輪相連。斜面光滑，不計繩子和滑輪之間的摩擦。開頭時QUOTE物體離地的高度為QUOTE，QUOTE物體位于斜面的底端，用手托住QUOTE物體，QUOTE、QUOTE兩物體均靜止。撤去手后，求：圖7-8-14（1）QUOTE物體將要落地時的速度多大？（2）QUOTE物體落地后，QUOTE物體由于慣性將連續(xù)沿斜面上升，則QUOTE物體在斜面上上升的最遠點離地的高度多大？3.應用機械能守恒定律解題的步驟：①選取爭辯對象——物體系或物體。②依據爭辯對象所經受的物理過程，進行受力、做功分析，推斷機械能是否守恒。③恰當地選取參考平面，確定爭辯對象在過程的初、末狀態(tài)的機械能。④依據機械能守恒定律列方程，進行求解。鞏固練習1.（多選）下列物體中，機械能守恒的是（）A.做自由落體運動的物體B.被勻速吊起的集裝箱C.光滑曲面上自由運動的物體D.物體以QUOTE的加速度豎直向上做勻減速運動2.（單選）如圖7-8-15所示，下列四個選項的圖中，木塊均在固定的斜面上運動，其中圖A、B、C中的斜面是光滑的，圖D中的斜面是粗糙的，圖A、B中的QUOTE為木塊所受的外力，方向如圖中箭頭所示，圖A、B、D中的木塊向下運動，圖C中的木塊向上運動。在這四個圖所示的運動過程中機械能守恒的是（）ABCD圖7-8-153.（多選）一蹦極運動員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺下落，到最低點時距水面還有數米距離。假定空氣阻力可忽視，運動員可視為質點，下列說法正確的是（）A.運動員到達最低點前重力勢能始終減小B.蹦極繩張緊后的下落過程中，彈力做負功，彈性勢能增加C.蹦極過程中，運動員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機械能守恒D.蹦極過程中，重力勢能的轉變與重力勢能零點的選取有關圖7-8-164.（單選）如圖7-8-16所示，光滑斜面的頂端固定一彈簧，一物體向右滑行，并沖上固定在地面上的斜面。設物體在斜面最低點QUOTE的速度為QUOTE，壓縮彈簧至QU