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1、第第3节能量守恒定律节能量守恒定律第第1课时机械能守恒定律课时机械能守恒定律 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第1课时课时课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位课标定位定位学学习习目目标标：1.体会在一定条件下，体会在一定条件下，动动能和能和势势能可能可以相互以相互转转化，了解物理化，了解物理规规律源于生律源于生产产、生活、生活实实践践2通通过实验验证过实验验证机械能守恒定律，培养收集数据，机械能守恒定律，培养收集数据，分析分析论证论证的能力的能力3理解机械能守恒的条件，公式，能用机械能守理解机械能守恒的条件，公式，能用机械能守恒定律分析解决恒定律分
2、析解决实际问题实际问题重点重点难难点：点：1.机械能守恒定律的机械能守恒定律的实验实验探究及守恒探究及守恒定律的定律的应应用用2机械能守恒定律条件的判断机械能守恒定律条件的判断课前自主学案前自主学案一、机械能的一、机械能的转转化和守恒的化和守恒的实验实验探索探索1实实验验器器材材：铁铁架架台台(带带铁铁夹夹)、_、_、_，纸纸带带几几条条，复复写写纸纸片片、导导线线、直尺、直尺打点计时器打点计时器学生电源学生电源重物重物2实验实验原理：在只有重力做功的自由落体运原理：在只有重力做功的自由落体运动动中，中，物体的物体的_和和_互相互相转转化，但化，但_保持不保持不变变故故实验实验只需借助打点只需
3、借助打点计时计时器，通器，通过纸过纸带测带测出重物某出重物某时时刻的刻的_，算出，算出该时该时刻的刻的_，取，取该该点点为为参考点，参考点，则该则该点的点的动动能就是重物能就是重物下落下落过过程中的程中的_然后分然后分别测别测量并量并计计算算纸纸带带上其他各点的上其他各点的_和和_的的总总和并比和并比较较，即可，即可验证验证机械能是否守恒机械能是否守恒重力势能重力势能动能动能总机械能总机械能下落高度下落高度速度速度机械能机械能动能动能重力势能重力势能思考感悟思考感悟在在该实验该实验中需要天平中需要天平测测出重物的出重物的质质量量吗吗？提示：提示：不用因物体的不用因物体的势势能和能和动动能中都含
4、有物体能中都含有物体的的质质量量3实验实验步步骤骤(1)将将打打点点计计时时器器安安装装在在铁铁架架台台上上，用用导导线线把把打打点点计时计时器与学生器与学生电电源源连连接好接好(2)把把纸纸带带的的一一端端在在重重锤锤上上用用夹夹子子固固定定好好，另另一一端端穿穿过过计计时时器器的的限限位位孔孔，用用手手_提提到到纸纸带带使重使重锤锤停靠在打点停靠在打点计时计时器附近器附近(3)先先_后后_，让让重重锤锤带带着着纸带纸带自由下落自由下落(4)重复几次，得到重复几次，得到35条打好点的条打好点的纸带纸带(5)在打好点的在打好点的纸带纸带中挑中挑选选点迹清晰且打点在同一点迹清晰且打点在同一直直线
5、线的一条，依的一条，依实验实验原理求得原理求得实验实验数据，并将数数据，并将数据填入自己据填入自己设计设计的表格中的表格中竖直的竖直的接通电源接通电源释放纸带释放纸带二、机械能守恒定律二、机械能守恒定律1机械能：机械能：_和和_之和称之和称为为机械能机械能2机械能守恒定律机械能守恒定律(1)内内容容：在在只只有有像像重重力力那那类类力力做做功功的的情情况况下下，物物体体的的_与与_可可相相互互转转化化，机机械械能能的的总总量量_(2)条件：只有条件：只有_做功做功(3)表达式：表达式：Ek2Ep2_.动能动能势能势能动能动能势能势能保持不变保持不变重力重力Ek1Ep1核心要点突破核心要点突破一
6、、探究机械能守恒中的几点注意一、探究机械能守恒中的几点注意1实验设计实验设计的两种思路的两种思路通通过对过对物体自由下落运物体自由下落运动动的研究来的研究来验证验证机械能守机械能守恒定律的恒定律的实验实验原理是：忽略空气阻力，自由下落原理是：忽略空气阻力，自由下落的物体在运的物体在运动过动过程中机械能守恒，即重物程中机械能守恒，即重物动动能的能的增加量等于其重力增加量等于其重力势势能的减少量能的减少量这这是回避起始点，在是回避起始点，在纸带纸带上上选择选择后面的某两点后面的某两点验验证证机械能守恒定律的方法由于重力机械能守恒定律的方法由于重力势势能的相能的相对对性，性，处处理理纸带时选择纸带时
7、选择适当的点适当的点为为基准点，基准点，势势能的能的大小不必从起始点开始大小不必从起始点开始计计算算这样这样，纸带纸带上打出上打出起始点起始点O后的第一个后的第一个0.02 s内的位移是否接近内的位移是否接近2 mm，以及第一个点是否清晰也就无关，以及第一个点是否清晰也就无关紧紧要了，要了，实实验验打出的任何一条打出的任何一条纸带纸带，只要后面的点迹清晰，只要后面的点迹清晰，都可以用于都可以用于计计算机械能是否守恒算机械能是否守恒3实验实验中的注意事中的注意事项项(1)打打点点计计时时器器要要稳稳定定地地固固定定在在铁铁架架台台上上，打打点点计计时时器器平平面面与与纸纸带带限限位位孔孔调调整整
8、在在竖竖直直方方向向，以以减减小小摩擦阻力摩擦阻力(2)应应选选用用质质量量和和密密度度较较大大的的重重物物，增增大大重重力力可可使使阻阻力力的的影影响响相相对对减减小小，增增大大密密度度可可以以减减小小体体积积，可使空气阻力减小可使空气阻力减小(3)实实验验中中，需需保保持持提提纸纸带带的的手手不不动动，且且保保证证纸纸带带竖竖直直，待待接接通通电电源源，打打点点计计时时器器工工作作稳稳定定后后，再再松开松开纸带纸带(4)测测量下落高度量下落高度时时，为为了减小了减小测测量量值值h的相的相对误对误差，差，选选取的各个取的各个计计数点要离起始点数点要离起始点远远一些，一些，纸带纸带也不易也不易
9、过长过长，有效，有效长长度可在度可在60 cm80 cm之之间间4实验实验中的中的误误差分析差分析(1)本本实验实验中因重物和中因重物和纸带纸带在下落在下落过过程中要克服各程中要克服各种阻力种阻力(空气阻力、打点空气阻力、打点计时计时器阻力器阻力)做功，故做功，故动动能能的增加量的增加量Ek稍小于重力稍小于重力势势能的减少量能的减少量Ep，即，即EkEp，这这属于系属于系统误统误差改差改进进的的办办法是法是调调整整器材的安装，尽可能地减小阻力器材的安装，尽可能地减小阻力(2)本本实验实验的另一个的另一个误误差来源于差来源于长长度的度的测测量，属偶量，属偶然然误误差减小差减小误误差的差的办办法是
10、法是测测下落距离下落距离时时都从都从0点点量起，一次将各打点量起，一次将各打点对应对应的下落高度的下落高度测测量完或量完或者多次者多次测测量取平均量取平均值值来减小来减小误误差差(3)打点打点计时计时器器产产生的生的误误差差由于交流由于交流电电周期的周期的变变化，引起打点化，引起打点时间间时间间隔隔变变化而化而产产生生误误差；差；读读数点数点选择选择不好，振不好，振动动片振片振动动不均匀，不均匀，纸带纸带放放置方法不正确引起摩擦，都会造成置方法不正确引起摩擦，都会造成实验误实验误差差二、机械能守恒定律的理解及二、机械能守恒定律的理解及应应用用1物体机械能是否守恒的判断物体机械能是否守恒的判断(
11、1)利用机械能的定利用机械能的定义义判断判断若物体在水平面上匀速运若物体在水平面上匀速运动动，其，其动动能、能、势势能均不能均不变变，机械能守恒若一个物体沿斜面匀速下滑，机械能守恒若一个物体沿斜面匀速下滑，其其动动能不能不变变，重力，重力势势能减少，其机械能减少能减少，其机械能减少(2)用做功判断用做功判断若若物物体体或或系系统统只只有有重重力力(或或弹弹簧簧的的弹弹力力)做做功功，虽虽受受其其他他力力，但但其其他他力力不不做做功功或或做做功功的的代代数数和和为为零零，机械能守恒机械能守恒(3)用能量用能量转转化来判断化来判断若物体系若物体系统统中只有中只有动动能和能和势势能的相互能的相互转转
12、化而无机化而无机械能与其他形式的能的械能与其他形式的能的转转化，化，则则物体系物体系统统的机械的机械能守恒能守恒特特别别提提醒醒：(1)对对一一些些绳绳子子突突然然绷绷紧紧、物物体体间间非非弹弹性性碰碰撞撞等等，除除非非题题目目特特别别说说明明，否否则则机机械械能能必必定定不守恒不守恒(2)机械能守恒的条件机械能守恒的条件绝绝不是合外力的功等于零，不是合外力的功等于零，更不是合外力等于零，而是看是否只有重力或更不是合外力等于零，而是看是否只有重力或弹弹簧簧弹弹力做功力做功2三种常三种常见见的表达形式的表达形式(1)守恒的守恒的观观点点EkEpEkEp，表示系，表示系统统的初状的初状态态机械能的
13、机械能的总总和与末状和与末状态态机械能的机械能的总总和相等，运用和相等，运用这这种表达形种表达形式式时时，应选应选好重力好重力势势能的零能的零势势能面，且初、末状能面，且初、末状态态必必须须用同一零用同一零势势能面能面计计算算势势能能(2)转转化的化的观观点点EkEp，表示系，表示系统统(或物体或物体)机械能守恒机械能守恒时时，系系统统减小减小(或增加或增加)的重力的重力势势能等于系能等于系统统增加增加(或减或减少少)的的动动能能应应用用时时，关，关键键在于分清重力在于分清重力势势能的增能的增加量和减少量，可不加量和减少量，可不选选零零势势能面而直接能面而直接计计算初、算初、末状末状态态的的势
14、势能差能差(3)转转移的移的观观点点E增增E减减，表示若系，表示若系统统由由A、B两部分两部分组组成，成，则则A部分物体机械能的增加量与部分物体机械能的增加量与B部分物体机械能的部分物体机械能的减少量相等减少量相等3机械能守恒定律和机械能守恒定律和动动能定理的比能定理的比较较(1)机械能守恒定律的适用条件是只有系机械能守恒定律的适用条件是只有系统统内部的内部的重力或重力或弹弹力做功，力做功，这这个定律不适用的个定律不适用的问题问题可以利可以利用用动动能定理或功能原理解决能定理或功能原理解决(2)当有重力或当有重力或弹弹力以外的力力以外的力对对物体做功物体做功时时，物体，物体的机械能不再守恒，它
15、的机械能的增加或减少就的机械能不再守恒，它的机械能的增加或减少就等于除重力或等于除重力或弹弹力之外的其他力的功，此即功能力之外的其他力的功，此即功能原理原理(3)无无论论物体的机械能是否守恒，它物体的机械能是否守恒，它动动能的能的变变化都化都等于合外力等于合外力对对它所做的功它所做的功动动能定理，能定理，这这个关个关系普遍适用于任何情况系普遍适用于任何情况(4)动动能定理能定理侧侧重于解决一个研究重于解决一个研究对对象受合外力做象受合外力做功的影响，而引起自身功的影响，而引起自身动动能的能的变变化，即外界因素化，即外界因素自身自身变变化的关系，而守恒定律是排除外界因素化的关系，而守恒定律是排除
16、外界因素对对系系统统的影响，研究系的影响，研究系统统内两个或多个研究内两个或多个研究对对象之象之间动间动能和能和势势能相互影响、相互能相互影响、相互转转化的化的规规律律4机械能守恒定律的机械能守恒定律的应应用用(1)机械能守恒的研究机械能守恒的研究对对象象可以以某一物体可以以某一物体(实际实际是物体与地球是物体与地球组组成的系成的系统统)为为研究研究对对象，也可以以几个相互作用的物体象，也可以以几个相互作用的物体组组成的成的系系统为统为研究研究对对象象(2)应应用机械能守恒定律解用机械能守恒定律解题题的一般步的一般步骤骤选选取系取系统对统对象，确定研究象，确定研究过过程；程；进进行受力分析，考
17、行受力分析，考查查守恒条件；守恒条件；选选取零取零势势能平面，确定初、末状能平面，确定初、末状态态机械能；机械能；运用守恒定律，列出方程求解运用守恒定律，列出方程求解课堂互堂互动讲练例例例例1 1类类型一型一机械能守恒条件的判断机械能守恒条件的判断 关于机械能守恒定律的适用条件，下列关于机械能守恒定律的适用条件，下列说说法中正确的是法中正确的是()A只有重力和只有重力和弹弹力作用力作用时时，机械能才守恒，机械能才守恒B当有其他外力作用当有其他外力作用时时，只要合外力，只要合外力为为零，机械零，机械能就守恒能就守恒C除重力外，当有其他外力作用除重力外，当有其他外力作用时时，只要其他外，只要其他外
18、力不做功，机械能就守恒力不做功，机械能就守恒D炮炮弹弹在空中在空中飞飞行不行不计计阻力阻力时时，仅仅受重力作用，受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒所以爆炸前后机械能守恒【精精讲讲精精析析】机机械械能能守守恒恒的的条条件件是是只只有有重重力力和和系系统统内内的的弹弹力力做做功功，如如果果这这里里的的弹弹力力是是外外力力，且且做做功功不不为为零零，机机械械能能不不守守恒恒，A错错；物物体体受受其其他他外外力力作作用用且且合合外外力力为为零零时时，机机械械能能可可以以不不守守恒恒，如如拉拉一一物物体体匀匀速速上上升升，合合外外力力为为零零，但但机机械械能能不不守守恒恒，B错错；C选选项项中中，这这里
19、里的的其其他他外外力力不不含含重重力力，满满足足机机械械能能守守恒恒的的条条件件；对对于于D选选项项，在在炮炮弹弹爆爆炸炸过过程程中中，爆爆炸炸时时化化学学能能转转化化为为机机械械能能，机机械械能能不不守恒守恒【答案答案】C【方法方法总结总结】物体的运物体的运动动形式可能有多种，判形式可能有多种，判断机械能是否守恒，关断机械能是否守恒，关键键看是否有重力和看是否有重力和弹弹力做力做功机械能守恒常功机械能守恒常见见的情况有：的情况有：(1)物体只受重力物体只受重力作用；作用；(2)物体物体虽虽然受到重力以外的其他力作用，然受到重力以外的其他力作用，但它但它们们在物体运在物体运动过动过程中始程中始
20、终终不做功不做功变变式式训训练练1下下列列关关于于机机械械能能是是否否守守恒恒的的叙叙述述正正确确的是的是()A做匀速直做匀速直线线运运动动的物体的机械能一定守恒的物体的机械能一定守恒B做匀做匀变变速直速直线线运运动动的物体的机械能可能守恒的物体的机械能可能守恒C合外力合外力对对物体做功物体做功为为零零时时，机械能一定守恒，机械能一定守恒D只有重力只有重力对对物体做功，物体的机械能不一定守物体做功，物体的机械能不一定守恒恒解析：解析：选选B.A项项中做匀速直中做匀速直线线运运动动的物体，可能除的物体，可能除了重力和系了重力和系统统内内弹弹力做功外，力做功外，还还有其他力做功，有其他力做功，所以
21、机械能不一定守恒，不所以机械能不一定守恒，不选选；B项项中做匀中做匀变变速直速直线线运运动动的物体，可能只受重力或只有重力做功的物体，可能只受重力或只有重力做功(如如自由落体运自由落体运动动)，物体的机械能可能守恒，物体的机械能可能守恒，应选应选；C项项中合外力中合外力对对物体做功物体做功为为零零时时，说说明物体的明物体的动动能能不不变变，但，但势势能有可能能有可能变变化，如降落化，如降落伞伞在空中匀速在空中匀速下降，机械能减少，不下降，机械能减少，不选选；D项项中只有重力中只有重力对对物体物体做功，符合机械能守恒的条件，机械能一定守恒做功，符合机械能守恒的条件，机械能一定守恒类类型二型二机械
22、能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用例例例例2 2 在在高高为为h的的地地方方以以速速度度v竖竖直直向向上上运运动动的的物物体体，如如果果只只受受重重力力作作用用，则则它它的的动动能能是是重重力力势势能能2倍倍时时的高度是多少？的高度是多少？【思路点思路点拨拨】运用机械能守恒定律解决运用机械能守恒定律解决问题时问题时，初、末状初、末状态态机械能的确定是关机械能的确定是关键键，在只有重力做，在只有重力做功的情况下，机械能只包括重力功的情况下，机械能只包括重力势势能和能和动动能，如能，如果有果有弹弹力做功，那么机械能力做功，那么机械能还还包括包括弹弹性性势势能能变变式式训练训练2把一个小球用把一个
23、小球用细线悬细线悬挂起来，就成挂起来，就成为为一个一个摆摆(如如图图231)，摆长为摆长为l，最大偏角，最大偏角为为.小小球运球运动动到最低位置到最低位置时时的速度是多大？的速度是多大？图图231类类型三型三与弹簧有关的机械能守恒与弹簧有关的机械能守恒例例例例3 3 (2011年年济济南高一南高一检测检测)如如图图232所示，所示，轻弹轻弹簧簧K一端与一端与墙墙相相连连，质质量量为为4 kg的木的木块块，沿光，沿光滑水平面以滑水平面以10 m/s的速度运的速度运动动，并，并压缩弹压缩弹簧，簧，则则弹弹簧在被簧在被压缩过压缩过程中的最大程中的最大弹弹性性势势能能为为_图图232【思路点思路点拨拨
24、】只有只有弹弹簧簧弹弹力做功，力做功，动动能和能和弹弹性性势势能能发发生生转转化，当化，当动动能最小能最小时时，弹弹性性势势能最大能最大【答案答案】200 J【方法方法总结总结】只有只有弹弹簧簧弹弹力做功的情况下力做功的情况下动动能、能、弹弹簧的簧的弹弹性性势势能相互能相互转转化，机械能化，机械能总总量保持不量保持不变变 如如图图233所示，所示，质质量量为为m的木的木块块放在光放在光滑的水平桌面上，用滑的水平桌面上，用轻绳绕过轻绳绕过桌桌边边的定滑的定滑轮轮与与质质量量为为M的砝的砝码码相相连连，已知，已知M2m，让绳让绳拉直后使拉直后使砝砝码码从静止开始下降从静止开始下降h(小于桌高小于桌
25、高)的距离，木的距离，木块块仍仍没离开桌面，没离开桌面，则则此此时时砝砝码码的速度的速度为为多少？多少？类类型四型四多物体组成系统的机械能守恒多物体组成系统的机械能守恒例例例例4 4图图233【思路点思路点拨拨】砝砝码码未到地面之前，木未到地面之前，木块块和砝和砝码码的速度大小相等以木的速度大小相等以木块块和砝和砝码为码为一个系一个系统统，利，利用机械能守恒定律求解用机械能守恒定律求解【方法方法总结总结】如果如果连连接物体接物体间间的的轻绳轻绳和和轻轻杆在杆在物体运物体运动过动过程中程中对对系系统统不做功或做功的代数和不做功或做功的代数和为为零，系零，系统统内一部分物体增加的机械能等于另一部内
26、一部分物体增加的机械能等于另一部分物体减少的机械能，系分物体减少的机械能，系统统机械能守恒，但机械能守恒，但对对于于每一个物体而言，机械能不守恒每一个物体而言，机械能不守恒变变式式训练训练 3如如图图234所示所示质质量量分分别别为为m和和2m的的两两个个小小球球A和和B，中中间间用用轻轻杆杆相相连连，在在杆杆的的中中点点O处处有有一一固固定定转转动动轴轴，把把杆杆置置于于水水平平位位置置后后释释放放，在在B球球顺顺时时针针摆摆到到最最低低位位置置的的过过程中程中()AA球和球和B球的机械能均不球的机械能均不变变BA球的机械能增加，球的机械能增加，B球的机械能减少球的机械能减少CA球、球、B球和地球球和地球组组成的系成的系统统机械能减少机械能减少DA球、球、B球和地球球和地球组组成的系成的系统统机械能增加机械能增加图图234解析：解析：选选B.由于杆由于杆摆摆到到竖竖直直过过程中程中A球上升，同球上升，同时时有速度，因此有速度，因此A球机械能增加，球机械能增加，B球由于杆力做球由于杆力做负负功，因而机械能减少，而功，因而机械能减少，而A、B球球组组成的系成的系统统无外无外力做功，因而机械能守恒力做功，因而机械能守恒
