高中物理 第4章 能量守恒与可持续发展 4.2 研究机械能守恒定律学案 沪科版必修2.doc

4.2 研究机械能守恒定律思维激活 力做功的过程也是能量从一种形式转化为另一种形式的过程，物体的动能和势能总和称为机械能，例：瀑布水的下落，荡秋千，过山车，撑竿跳高等,如图4-2-1所示.分析上述各个过程中能量转换情况. 图4-2-1提示 瀑布（自由落体）： 重力势能动能荡秋千： 动能重力势能过山车： 动能重力势能动能撑竿跳高： 动能弹性势能、重力势能动能自主整理一、什么是机械能物体由于做机械运动而具有的能量称为机械能.物体的机械能是物体的动能与势能之和，即e=ek+ep.二、研究机械能守恒定律1.重力势能可以转化为动能 打桩机重锤在下落过程中，重力对重锤做正功，重锤的重力势能减少.在这个过程中，重锤的速度增加了，表示重锤的动能增加了.这说明，重锤原来具有的重力势能转化成了动能.2.动能也可以转化为重力势能 原来具有一定速度的物体，由于惯性在空中竖直上升或沿光滑斜面上升，这时重力做负功，物体的速度减小，表示物体的动能减小了.但这时物体的高度增加，表示它的重力势能增加了.这说明，物体原来具有的动能转化成了重力势能.3.弹性势能与动能之间也能相互转化 不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也可以与动能相互转化.被压缩的弹簧具有弹性势能，当弹簧恢复原来形状时，就把跟它接触的物体弹出去.这一过程中，弹力做功，弹簧的弹性势能减小，而物体得到一定的速度，动能增加.4.机械能守恒定律（1）定律的内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变，即e=ek+ep=恒量.（2）定律适用条件只有重力做功或系统内弹力做功.（3）表达式：ek=ep或ek0+ep0=ekt+ept.三、应用机械能守恒定律分析问题解题步骤（1）根据题意，选取研究对象（物体或系统）.（2）明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功情况，判断是否符合机械能守恒的条件.（3）恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的起始状态和末了状态的机械能（包括动能和重力势能）.（4）根据机械能守恒定律列方程，进行求解.高手笔记1.对机械能守恒定律的理解（1）守恒定律的研究对象既可以是某一物体，也可以是某几个相互作用的物体构成的系统.若是由两个相互作用的物体构成的系统，一个物体机械能的增加，必定等于另一个物体机械能的减少，系统机械能总量保持不变.（2）对研究对象的受力分析注重于重力（弹力）之外的力，分析它们是否做功.（3）对研究对象进行状态分析必须选定参考系与零势能参考面，区分初、末状态，但在分析状态时不必考虑物体运动的具体路径.2.机械能守恒定律的不同表达形式（1）物体在初状态的机械能等于其末状态的机械能，即e2=e1或ek1+ep1=ek2+ep2（2）减少(或增加)的势能等于增加(或减少)的动能,即ep=ek（3）系统内一物体机械能的增加(或减少)等于另一物体机械能的减少(或增加)，即e1=e2.3.关于机械能守恒定律的不同叙述（1）“如果没有摩擦力和介质的阻力，在任一物体的势能与动能相互转化的过程中，物体的总的机械能保持不变”.（2）“在只有重力和弹力做功的系统内，动能和势能（重力势能、弹性势能）可以相互转化，而总的机械能保持不变”.（3）“在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但总的机械能保持不变”.（4）“一个物体，如果只受到重力和弹力的作用，在发生动能和势能相互转化时，机械能的总量保持不变”.名师解惑如何理解机械能守恒定律的条件？剖析：（1）从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，无其他形式能量之间（如内能）的转化.（2）从系统做功的角度看，只有重力和系统内的弹力做功，具体表现在：只有重力（和弹簧弹力），如：所有做抛体运动的物体（不计空气阻力），机械能守恒.只有重力和系统内的弹力做功.例如：如图4-2-2（a、b、c）所示图4-2-2 在图a中，小球在摆动过程中线的拉力不做功，如不计空气阻力，只有重力做功，小球的机械能守恒. 在图b中，a与b、b与地面间的摩擦力不计，a自b上自由下滑过程中，只有重力和a、b间弹力做功，a、b组成的系统机械能守恒.但对b来说，a对b的弹