2016-2017学年高中物理 第7章 机械能守恒定律新人教版必修2_9

成才之路 物理 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索 人教版 必修 2 机械能守恒定律 第七章 第八节 机械能守恒定律 第七章 学习目标定位1 课堂情景切入2 知识自主梳理3 重点难点突破4 考点题型设计5 课 时 作 业7 易错案例剖析6 学习目标定位 * 知道机械能的概念，理解动能与势能的相互转化 * 掌握机械能守恒的内容及适用条件 * 会用机械能守恒定律解决有关问题 * 体会科学探究中的守恒思想 课堂情景切入 用细绳把铁锁吊在高处，并把铁锁拉到鼻子尖前释放，保持头的位置不动，铁锁摆回来时，会打着鼻子吗？试试看 ，并解释为什么。 知识自主梳理 1 重力 势 能与 动 能 物体自由下落或沿光滑斜面下滑时，重力对物体做正功，物体的重力势能 _，动能 _， _转化成了 _；反之，将物体竖直上抛时，物体的 _向 _转化。 动 能与 势 能的相互 转 化 减少 增加 重力势能 动能 动能 重力势能 2 弹 性 势 能与 动 能 动能和弹性势能之间也可以相互转化。例如，象图甲那样，以一定速度运动的小球能使弹簧压缩，这时小球 _做功，使动能转化成弹簧的 _；小球静止以后，被压缩的弹簧又能将小球弹 回 (如图乙所示 )，这时弹力对小球 _，又使弹簧的 _转化成小球的 _。克服弹力 弹性势能 做功 弹性势能 动能 1 机械能 机械能是指系统内所有物体的 _和 _(重力势能，弹簧所具有的弹性势能 )的总 和。 2 机械能守恒定律 在只有重力或 (弹簧 )弹力做功的物体系统内，动能与势能可以 _，而总的机械能 _。 机械能守恒定律 动能 势能 相互转化 保持不变 3 机械能守恒定律的表达形式 (1)初、末状态的机械能相等，即： Ek1 Ep1 _ (2)重力势能的增加 (减少 )量等于动能的减少 (增加 )量，即： EP增 _ 4 机械能守恒的条件 只有 _做功或系统内 _ 做功。 Ek2 Ep2 Ek减 重力 (弹簧 )弹力 重点难点突破 一、 对 机械能的理解 1机械能是一个状态量，机械运动的物体在某一位置时，具有确定的速度，也就有确定的动能和势能，即具有确 定的机械能。 2机械能是一个相对量，其大小与参考系、零势能面有关。 3机械能是标量，是系统所具有的。 答案： B 解析： 苹果下落 过 程机械能守恒，开始下落 时 其机械能 为 E mgH，落到坑底 时 机械能仍 为 mgH。 二、 对 机械能守恒定律的理解 1 研究 对 象 (1)当只有重力做功时，可取一个物体 (其实是物体与地球构成的系统 )作为研究对象，也可取几个物体构成的系 统作为研究对象。 (2)当物体之间有弹力做功时，必须将这几个物体构成的系统作为研究对象 (使这些弹力成为系统内力 )。 2 表达式及其意 义 ： 表达式 物理意义 从不同 状态看 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2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 Ek2 Ek1 Ep1 Ep2或 Ek Ep 过程中动能的增加量等于势能的减少量 从转移 角度看 EA2 EA1 EB1 EB2或 EA EB 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 3守恒条件的理解 (1)只受重力 (或弹簧弹力 )作用，如做抛体运动的物体。 (2)除重力 (或弹簧弹力 )外，还受其他力的作用，但其他力不做功。 (3)除重力 (或弹簧弹力 )外，受到其他力的作用，但其他力做功的代数和为零。 特 别 提醒： (1)“守恒 ”是一个动态概念，指在动能和势能相互转化的整个过程中的任何时刻、任何位置，机械能总量总保持 不变。 (2)机械能守恒的条件不是合力做的功等于零，也不是合力等于零。 解析： (1)过 山 车 受重力， 轨 道支持力、摩擦力和空气阻 力；重力做正功， 轨 道支持力不做功，摩擦力和空气阻力做 负 功。 (2)过 山 车 下滑 时 ， 势 能减少 动 能增加，两种能的和减少 。 (3)若忽略 过 山 车 的摩擦力和空气阻力， 过 山 车 下滑 时 机 械能守恒。 三、机械能守恒定律的 应 用 1选取研究对象 (物体或系统 )。 2明确研究对象的运动过程，分析研究对象在过程中的受力情况，弄清各力做功情况，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选取恰当的表达式列方程求解。常见的表达式有以下几种： a Ek1 EP1 Ek2 EP2，即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能和势能之和。 b Ek EP或 EP Ek，即动能 (或势能 )的增加量等于势能 (或动能 )的减少量。 c EA EB，即系统内 A物体机械能的增加量等于 B物体机械能的减少量。 5对计算结果进行必要的讨论和说明。 特 别 提醒： 机械能守恒定律是一种 “能 能转化 ”关系，其守恒是有条件的，因此，应用时首先要对研究对象在所研究的过 程中机械能是否守恒做出判断。 答案： 2.5 四、机械能守恒定律和 动 能定理的比 较两大规律 比较内容 机械能守恒定律 动能定理 应用范围 只有重力和弹力做功时 无条件限制 物理意义 其他力 (重力、弹力以外 )所做的功是机械能变化 的量度 合外力对物体做的功是动能变化的量度 关注角度 守恒的条件和始末状态机械能的形式及大小 动能的变化及改变动能的方式 (合外力做 功情况 ) 说明 等号右边表示动能增量时，左边表示势能的减少量 ， “mgh”表示重力势能 (或重力势能的变 化 ) 等号左边是合外力的功，右边是动能的增 量， “mgh”表示重力的功 特 别 提醒： (1)除重力外还有其他力做功且做功不为零时，其他力做功数值等于机械能的变化量。 (2)由于应用动能定理不需要满足什么条件，所以涉及功能关系问题时还是优先考虑动能定理。 考点题型设计 机械能是否守恒的判定 A一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动 图 (a) B运动员在蹦床上越跳越高 图 (b) C图 (c)中小车上放一木块，小车的左侧有弹簧与墙壁相连，小车在左右振动时，木块相对于小车无滑动 (车轮 与地面摩擦不计 ) D图 (c)中如果小车振动时，木块相对小车有滑动 解析： A选项弹 丸只受重力与支持力，支持力不做功，只 有重力做功，所以机械能守恒。 B选项 中运 动员 做功，其机械 能越来越大， C选项 中只有 弹 力做功，机械能守恒。 D选项 中 有滑 动 摩擦力做功，所以机械能不守恒。 答案： AC 答案： D 解析： 人上楼、跳 绳过 程中机械能不守恒，从能量 转 化 角度看都是消耗人体的化学能；水滴石穿，水滴的机械能减少 的部分 转变为 内能；弓箭射出 过 程中是 弹 性 势 能与 动 能、重 力 势 能的相互 转 化，只有重力和 弹 力做功，机械能守恒。 机械能守恒定律的 应 用 答案： (1)8 m/s (2)9 m/s (3)216 N (1)小球刚进入半圆形轨道最低点 B时轨道对小球的支持力； (2)半圆形轨道的半径； (3)小球抛出时的初速度大小。 多个物体 组 成系 统 的机械能守恒 (1)斜面的倾角 ； (2)B获得的最大速度 v。 (1)当 A端落地时，甲、乙两人速度大小各为多少？ (2)若乙在 B端的上升可以看成是竖直方向，则乙离开 B端还能被弹起多高？ 易错案例剖析 易 错 分析： 产生错解的原因是对机械能守恒定律的条件 “只有重力做功 ”没有把握准确分别以 A、 B两球为研究对象时，除了重力对它们各自做了功以外，还有杆的弹力对 A球做了