《2018-2019学年高中物理 第四章 机械能和能源 5 课时1 机械能守恒定律学案 教科版必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019学年高中物理 第四章 机械能和能源 5 课时1 机械能守恒定律学案 教科版必修2（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课时1机械能守恒定律学习目标1.知道机械能的概念，理解物体的动能和势能是可以相互转化的.2.会推导机械能守恒定律.3.理解机械能守恒定律的内容和守恒条件.4.会用机械能守恒定律解决问题一、动能和势能的转化1机械能：重力势能、弹性势能和动能的总称2动能和势能的转化物体从高处向低处运动(如自行车在没有蹬车的情况下下坡)时，重力势能减少，动能增加物体的重力势能转化为动能物体从低处向高处运动(如自行车在没有蹬车的情况下上坡)时，重力势能增加，动能减少，物体的动能转化为重力势能二、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：Ep1Ek
2、1Ep2Ek2.1判断下列说法的正误(1)通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化()(2)弹性势能发生了改变，一定有弹力做功()(3)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用()(4)合力为零，物体的机械能一定守恒()(5)合力做功为零，物体的机械能保持不变()(6)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒()2.如图1所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高为H处自由落下，不计空气阻力，重力加速度为g，设桌面处的重力势能为零，则小球落到地面前瞬间的机械能为_图1答案mgH一、动能与势能的相互转化1.如图2所示，物体沿光滑斜面下滑，物体的重力势能如何变化，动能如何变化？当物体以某一初速度沿着光
3、滑斜面上滑时，物体的重力势能如何变化，动能如何变化？图2答案下滑时，物体的高度降低了，重力势能减少物体的速度增大了，即物体的动能增加；上滑时，物体的重力势能增加，动能减少2.如图3所示，在光滑水平面上，被压缩的弹簧恢复原来形状的过程，弹性势能如何变化？物体的动能如何变化？当物体以某一初速度压缩弹簧时，弹性势能如何变化，物体的动能如何变化？图3答案被压缩的弹簧恢复原来形状的过程，弹性势能减少，物体的动能增加；当物体压缩弹簧时，弹性势能增加，物体的动能减少1重力势能与动能的转化只有重力做功时，若重力对物体做正功，则物体的重力势能减少，动能增加，物体的重力势能转化为动能，若重力对物体做负功，则物体的
4、重力势能增加，动能减少，物体的动能转化为重力势能2弹性势能与动能的转化只有弹簧弹力做功时，若弹力对物体做正功，则弹簧的弹性势能减少，物体的动能增加，弹簧的弹性势能转化为物体的动能；若弹力对物体做负功，则弹簧的弹性势能增加，物体的动能减少，物体的动能转化为弹簧的弹性势能例1如图4所示，小球自a点由静止自由下落，到b点时与竖直弹簧接触，到c点时弹簧压缩到最短，若不计弹簧质量和空气阻力，弹簧始终在弹性限度内，在小球由abc的过程中()图4A小球在b点时动能最大B小球的重力势能随时间均匀减少C小球减少的重力势能全部转化为小球的动能D到c点时小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量答案D解析小球下落
5、到与弹簧接触后，受重力和向上的弹力作用，然后是弹力等于重力，最后是弹力大于重力，故小球从b到c的过程中，动能先增大后减小，故A错误小球从a到c的过程中，重力势能一直减少，但不随时间均匀减少，故B错误小球在a点和c点时动能为零，故小球从a到c的过程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能，故C错误，D正确针对训练1(多选)如图5所示是我们常用弹簧门的一角，依靠弹簧形变后储存的弹性势能自动将打开的门关闭，下列说法正确的是()图5A当我们把门打开时，人对门做的功转化为弹簧的弹性势能B当我们把门打开时，弹簧的弹性势能转化为门的动能C当我们放手后，弹簧的弹性势能转化为门的动能D当我们放手后，门的动能转
6、化为弹簧的弹性势能答案AC解析当我们把门打开时，人对门做的功转化为弹簧的弹性势能；当我们放手后，弹簧的弹性势能转化为门的动能，故选项A、C正确，B、D错误二、机械能守恒定律如图6所示，质量为m的物体自由下落的过程中，下落到高度为h1的A处时速度为v1，下落到高度为h2的B处时速度为v2，不计空气阻力，选择地面为参考平面图6(1)求物体在A、B处的机械能EA、EB；(2)比较物体在A、B处的机械能的大小答案(1)物体在A处的机械能EAmgh1mv12物体在B处的机械能EBmgh2mv22(2)根据动能定理WGmv22mv12下落过程中重力对物体做功，重力做的功等于物体重力势能的减少量，则WGmg
7、h1mgh2由以上两式可得：mv22mv12mgh1mgh2移项得mv12mgh1mv22mgh2由此可知物体在A、B两处的机械能相等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、抛体运动等(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
8、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，若拉力与摩擦力的大小相等，方向相反，则在此运动过程中，物体的机械能守恒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例2(多选)如图7所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()图7A甲图中，物体将弹簧压缩的过程中，
9、物体机械能守恒B乙图中，物体在大小等于摩擦力的拉力F作用下沿斜面下滑时，物体机械能守恒C丙图中，物体沿斜面匀速下滑的过程中，物体机械能守恒D丁图中，斜面光滑，物体在斜面上下滑的过程中，物体机械能守恒答案BD解析弄清楚机械能守恒的条件是分析此问题的关键表解如下：选项结论分析A物体压缩弹簧的过程中，物体所受重力和弹簧的弹力都对其做功，所以物体机械能不守恒B物体沿斜面下滑过程中，除重力做功外，其他力做功的代数和始终为零，所以物体机械能守恒C物体沿斜面匀速下滑的过程中动能不变，重力势能减小，所以物体机械能不守恒D物体沿斜面下滑过程中，只有重力对其做功，所以物体机械能守恒【考点】机械能守恒条件的判断【题
10、点】单物体和地球系统的机械能守恒条件的判断针对训练2(多选)如图8所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度地释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆向最低点的过程中()图8A重物的机械能减少B重物与弹簧组成的系统的机械能不变C重物与弹簧组成的系统的机械能增加D重物与弹簧组成的系统的机械能减少答案AB解析重物自由摆下的过程中，弹簧拉力对重物做负功，重物的机械能减少，选项A正确；对重物与弹簧组成的系统而言，除重力、弹力外，无其他外力做功，故系统的机械能守恒，选项B正确【考点】机械能守恒条件的判断【题点】多物体系统的机械能守恒的判断三
11、、机械能守恒定律的应用1机械能守恒定律的不同表达式表达式物理意义从不同状态看Ek1Ep1Ek2Ep2或E初E末初状态的机械能等于末状态的机械能从转化角度看Ek2Ek1Ep1Ep2或EkEp过程中动能的增加量等于势能的减少量从转移角度看EA2EA1EB1EB2或EAEB系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能2.应用机械能守恒定律的解题步骤(1)选取研究对象(物体或系统)(2)明确研究对象的运动过程，分析研究对象在运动过程中的受力情况，弄清各力的做功情况，判断机械能是否守恒(3)选取恰当的参考平面，确定研究对象在初、末状态的机械能(4)选取机械能守恒的某种表达式，列方程求解例3如
12、图9所示为某游乐场的过山车的简化模型，竖直圆形轨道的半径为R.现有一节车厢(可视为质点)，从高处由静止滑下，不计摩擦和空气阻力图9(1)要使车厢通过圆形轨道的最高点，车厢开始下滑时的高度至少应多高？(2)若车厢的质量为m，重力加速度为g，则车厢在轨道最低处时对轨道的压力是多少？答案(1)R(2)6mg解析(1)设车厢的质量为m，开始下滑时的高度为h，运动到圆形轨道最高点时的最小速度为v，要使车厢通过圆形轨道的最高点，应有mg车厢在下滑过程中，只有重力做功，故机械能守恒，选取轨道最低点所在平面为零势能参考平面，由机械能守恒定律得mv2mg2Rmgh联立以上两式解得hR(2)设车厢到达轨道最低点时
13、的速度为v，受到的支持力为F，则由机械能守恒定律得mv2mgh再由牛顿第二定律得Fmg由以上两式解得Fmg(1)mg6mg由牛顿第三定律知，车厢对轨道的压力FF6mg【考点】单个物体机械能守恒定律的应用【题点】机械能守恒定律在圆周运动中的应用针对训练3如图10所示，质量m50 kg的跳水运动员从距水面高h10 m的跳台上以v05 m/s的速度斜向上起跳，最终落入水，若忽略运动员的身高，取g10 m/s2.求：图10(1)运动员在跳台上时具有的重力势能(以水面为零势能参考平面)；(2)运动员起跳时的动能；(3)运动员入水时的速度大小答案(1)5 000 J(2)625 J(3)15 m/s解析(
14、1)以水面为零势能参考平面，则运动员在跳台上时具有的重力势能为Epmgh5 000 J.(2)运动员起跳时的速度为v05 m/s，则运动员起跳时的动能为Ekmv02625 J.(3)解法一：应用机械能守恒定律运动员从起跳到入水过程中，只有重力做功，运动员的机械能守恒，则mghmv02mv2，即v15 m/s.解法二：应用动能定理运动员从起跳到入水过程中，其他力不做功，只有重力做功，故合外力做的功为W合mgh，根据动能定理可得，mghmv2mv02，则v15 m/s.【考点】单个物体机械能守恒定律的应用【题点】机械能守恒定律在抛体运动中的应用1(机械能是否守恒的判断)关于机械能守恒，下列说法正确的是()A做自由落体运动的物体，机械能一定守恒B人乘电梯加速上升的过程，机械能守恒C物体必须在只受重力作用的情况下，机械能才守恒D合外力对物体做功为零时，机械能一定守恒答案A解析做自由落体运动的物体，只受重力作用，机械能守恒，A正确；人乘电梯加速上升的过程，电梯对人的支持力做功，故人的机械能不守恒，B错误；物体只有重力做功时，其他力也可存在，当它们不做功或做功之和为0，机械能也守恒，故C错误；合外力对物体做功为零，物体的动能不变，机械
