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1、2022年高中物理机械能守恒定律教案5 新人教版必修2学习目标: 1. 知道机械能的概念，能确定机械能的大小。2. 会正确推导自由落体运动、竖直上抛的上升过程中的机械能守恒定律。3. 掌握机械能守恒定律，知道它的含义和适用条件。4. 在具体问题中，能判断机械能是否守恒，并能列出机械能守恒方程式。5初步掌握用机械能守恒定律解决力学问题。学习重点: 1. 机械能。2. 机械能守恒定律以及它的含义和适用条件。学习难点: 机械能守恒定律以及它的含义和适用条件。 主要内容:一、 机械能E1定义：物体由于做机械运动而具有的能叫机械能。用符号E表示，它是动能和势能(包括重力势能和弹性势能)的统称。 2表达式
2、：E=EK+EP 3注意：机械能是即时量，物体在某一时刻的机械能等于那一时刻的动能和势能之和。 机械能是标量。没有方向，只有大小，可有正负(因势能可有正负)。 机械能具有相对性，因为势能具有相对性(须确定零势能参考平面)，所以机械能也具有相对性。另外与动能相关的速度也具有相对性(应该相对于同一惯性参考系，一般是地面)。 4机械能的几种不同形式之间可以相互转化。如自由落体和竖直上抛过程中，重力势能和动能之间发生相互转化。将弹簧的一端接在气垫导轨的一端，另一端与一滑块相连，滑块在弹簧弹力的作用下沿水平气垫导轨(摩擦极小可以忽略不计)做往复运动时，动能和弹性势能可以相互转化。一小球自由下落至一竖立弹
3、簧上后的运动过程中，动能与重力势能及弹性势能发生相互转化。 二、机械能守恒定律 1推导： 2定律的表述： 因研究对象的选取不同，机械能守恒定律有以下三种表述： 只有重力做功系统（研究对象是物体和地球组成的系统）中的机械能守恒定律：在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。只有弹簧弹力做功系统(研究对象是物体与弹簧组成的系统)中的机械能守恒定律：在只有弹簧弹力对物体做功的情形下，弹簧的弹性势能与物体的动能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。只有重力和弹簧弹力做功系统(研究对象是物体与弹簧和地球组成的系统)中的机械能守恒定律：在只有重力和弹簧弹力做功的情形
4、下，系统的动能和势能(包括重力势能和弹性势能)发生相互转化，但机械能的总量保持不变。 3表达式：EK2+EP2=EKl+EPl 或者E2=E1 式中EKl、EPl、E1分别是初状态时的动能、势能和机械能；EK2、EP2、E2分别是末状态时的动能、势能和机械能。几种不同的表达形式： 4适用条件：只有系统内的重力或弹簧弹力做功，其他力不做功或做功的代数和为零。 5物理意义：定律包含两层意思：一是机械能的几种不同形式(动能与势能)之间相互转化，其转化的条件是系统内的重力或弹簧的弹力做功。二是机械能的总量保持不变，其条件是只有系统内的重力或弹簧的弹力做功。“守恒”是一个动态概念，指在动能和势能相互转化
5、的整个过程中的任何时刻、任何位置的机械能的总量总保持恒定不变。 6 对定律的理解： (1)机械能守恒定律指出了重力和弹性力对物体(或系统)的做功过程，必然伴随着物体(或系统)的动能和势能、或势能和动能之间相互转化的过程。因此，“守恒”是一个动态概念，它与“不变”不同。 (2)机械能守恒的条件必须是“只有重力和弹性力做功没有其他外力做功”。不能把定律的成立条件说成是“只有重力和弹性力的作用”，“作用”与“做功”是不同的两个物理概念，不能相混这里的弹性力，在中学物理中狭义地指弹簧中的弹力。 (3)机械能守恒是针对一个系统而言的，不能对单个物体运用。 (4)除重力和弹簧弹力以外的其他力对物体做功多少
6、，是物体机械能变化的量度。 7重要意义：三、如何判断机械能是否守恒 (1)确定好研究对象和研究范围(哪个系统?哪一段物理过程?思想上一定要明确)。 (2)分析系统所受各力的情况及各力做功的情况(不能漏掉任何一个做功因素)。 (3)在下列几种情况下，系统机械能守恒 物体只受重力或弹簧弹力作用； 只有系统内的重力或弹簧弹力做功，其他力均不做功； 虽有多个力做功，但除系统内的重力或弹簧弹力以外的其他力做功的代数和为零； 系统跟外界没有发生机械能的传递，系统内外也没有机械能与其他形式能之间的转化。【例一】在下列实例中，不计空气阻力，机械能守恒的是( ) A作自由落体运动的物体。 B小球落在弹簧上，把弹
7、簧压缩后又被弹起。 C沿光滑曲面自由下滑的物体。 D起重机将重物匀速吊起。【例二】如图所示，两个质量相同的物体A和B，在同一高度处，A物体自由落下，B物体沿光滑斜面下滑，则它们到达地面时(空气阻力不计)( )A速率相同，动能相同。BB物体的速率大，动能也大。CA、B两物体在运动过程中机械能都守恒。DB物体重力所做的功比A物体重力所做的功多。【例三】在水平地面上以10m/s的初速度斜向上方抛出一个石块，一次初速度的方向与地面成60角，另一次与地面成30角，石块落回地面时速度的大小是否相同，各是多大?【例四】用一根长l的细线，一端固定在项板上，另一端拴一个质量为m的小球。现使细线偏离竖直方向角后，
8、从A处无初速地释放小球(如图)，试问： (1)小球摆到最低点O时的速度? (2)小球摆到左方最高点的高度(相对最低点)? (3)若在悬点正下方P处有一钉子，OP=l3，则小球碰钉后，向左摆动过程中能达到的最大高度有何变化?课堂训练：1关于机械能守恒定律适用条件的下列说法中正确的是( ) A只有重力和弹性力作用时，机械能守恒。 B当有其他外力作用时，只要合外力为零，机械能守恒。 C当有其它外力作用时，只要合外力的功为零，机械能守恒。 D炮弹在空中飞行不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒。2从地面竖直向上抛出一小球，若在上升和下落过程中不计阻力，则小球两次经过离地h高的某点时，小球具有
9、( ) A不同的速度 B不同的加速度 C不同的动能 D不同的机械能3关于机械能是否守恒的叙述，正确的是( ) A作匀速直线运动的物体的机械能一定守恒。 B作匀变速运动的物体机械能可能守恒。 C外力对物体做功为零时，机械能一定守恒。 D只有重力对物体做功，物体机械能一定守恒4质量为05kg的物体以加速度g2竖直下落5m时，物体的动能为_J，重力势能减少_J，在此过程中，物体的机械能_(填：守恒或不守恒)。课后作业：1下列说法中，正确的是( ) A机械能守恒时，物体一定不受阻力。 B机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用。 C物体处于平衡状态时，机械能必守恒。 D物体所受的外力不等于零，其机械能
10、也可以守恒。2如图所示，距地面h高处以初速度Vo沿水平方向抛出一个物体，不计空气阻力，物体在下落过程中，下列说法正确的是( ) A物体在c点比a点具有的机械能大。 B物体在a点比c点具有的动能大。 C物体在a、b、c三点具有的动能一样大。 D物体在a、b、c三点具有的机械能相等。3从离地面h高处以初速v0，分别向水平方向、竖直向上、竖直向下抛出a，b，c三个质量相同的小球，则它们( ) A落地时的动能相同 B落地时的动能大小是EkcEkaEkb C落地时重力势能的减少量相同D在运动过程中任一位置上的机械能都相同。4自由落下的小球，从接触竖直放要的弹簧开始到弹簧被压缩到最大形变的过程中，下列说法
11、中正确的是( ) A小球的动能逐渐减小。 B小球的重力势能逐渐减小。 C系统的机械能逐渐减小。 D。系统的机械能保持不变。5如图所示，从高H的平台上，以初速度vO抛出一个质量为m的小球，当它落到抛出点下方h处时的动能为( )A1/2mv02+mgH B1/2mv02+mgh CmgH-mgh D1/2mv02+mg（H-h）6长1的线的一端系住质量为m的小球，另一端固定，使小球在竖直平面内以绳的固定点为圆心恰能做完整的圆周运动，下列说法正确的是( )A小球、地球组成的系统机械能守恒。 B小球做匀速圆周运动。 C小球对绳拉力的最大值与最小值相差6mg。 D以最低点为参考平面，小球机械能的最小值为
12、2mgl。7有一斜轨道AB与同材料的l4圆周轨道BC圆滑相接，数据如图所示，D点在C点的正上方，距地面高度为3R，现让一个小滑块从D点自由下落，沿轨道刚好能滑动到A点，则它再从A点沿轨道自由滑下，能上升到的距地面最大高度是（不计空气阻力） ( ) AR B2R C在0与R之间 D在R与2R之间8如图所示，两个半径不同内壁光滑的半圆轨道，固定于地面，一小球先后从与球心在同一高度上的A、B两点由静止出发自由滑下，通过最低点时，下述说法中正确的是( )A小球对轨道底端的压力是相同的。B小球对轨道底端的压力是不同的，半径大的压力大。C通过最低点的速度不同，半径大的速度大。D通过最低点时向心加速度是相同
13、的。9质量为O5kg的物体作自由落体运动，下落ls后，物体的动能为_J，重力势能减少_J，在此过程中，物体的机械能_(填：守恒或不守恒)。10一根全长为1、粗细均匀的铁链，对称地挂在轻小光滑的定滑轮上，如图所示，受到轻微的扰动后，铁链开始滑动，当铁链脱离滑轮瞬间铁链速度大小为多少？阅读材料：能的概念 国内外都有一些物理课本把能定义为作功的本领。这个定义比较简明，容易记忆；但它是否妥当，还有不同看法。有人认为这个定义不是扎根于能的守恒性，因而是根本错误的。他们认为在能量的定义中不应该把热遗漏掉。一个热力学系统，在循环过程中吸收的热是不可能完全转化为功的。因而在能量转化过程中，某些作功的本领不可挽
14、回地损失掉了。从能量可以得到的功，其大小取决于能量的有序程度。一个以10米秒的速度运动着的1千克的铁锤，具有50焦的动能，这个能量是高度有序的。当铁锤回复到静止状态时，它可以做出很接近于50焦的功。但是，假如以同样大小的能量使分子做无规则运动，其结果将是温度升高约012K。在回到原来的状态时，在理论上它可能做一些功，但同时必须在较低温度下放出一些热。在室温下，可以转化为功的能量与输入能量的比值约为012K300K=-4104。我们能得到的功仅为210-2焦，远小于50焦。热力学第一定律告诉人们，不能无中生有地获得动力；热力学第二定律又告诉人们，甚至不能做到得失相当。能量的定义必须既以热力学第一定律又以第二定律为根据，少了任何一点就会使图象受到歪曲。 也有人认为，功只不过是能量转化的方式之一。为了突出能量概念的广阔外延和能量的守恒，应该避免使用象“能是做功的本领”这种过分简
