海南省海口市第十四中学高中物理 第七章 机械能守恒定律 机械能守恒定律学案 新人教版必修2.doc

海南省海口市第十四中学高中物理必修二学案： 第七章 机械能守恒定律 8 机械能守恒定律教学目标1.知道机械能的各种形式，能够分析动能和势能之间的相互转化问题。2.能够根据动能定理和重力做功与重力势能变化间的关系，推导出机械能守恒定律。3.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能利用机械能守恒定律解决有关问题。4.能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件，领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性。 重点：1.理解机械能守恒定律的内容。 2.能运用机械能守恒定律解决简单的物理问题。难点：1.理解机械能守恒的条件。2.能够判断在一个具体的过程中机械能是否守恒。 教学方法：学案导学学习过程一、 自主学习效果检测（一）动能与势能的相互转化1.转化条件：有_或_做功。2.转化特点：重力或弹力做_时，势能向动能转化；重力或弹力做_时，动能向势能转化。3机械能：包括_、_和弹性势能。 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，动能与势能可以_，而总的机械能_。2.守恒定律表达式(1)ek2-ek1=_，即ek增=_。(2)ek2+ep2=_。(3)e2=_。3.守恒条件：只有_做功。 三、机械能守恒定律的应用1应用机械能守恒定律解决问题，只需考虑运动的_和_，不必考虑两个状态间过程的细节。2用牛顿运动定律解决问题时，需要分析过程中各种力的作用，所以应用机械能守恒定律解题要比应用牛顿运动定律解题_(a简单b复杂)。【判一判】(1)机械能包括动能和势能。( )(2)做平抛运动的物体的机械能守恒。( )(3)只有重力对物体做功与物体只受重力含义相同。( )(4)物体处于平衡状态时，机械能一定守恒。( ) 动能与势能的转化二、课堂探究，小组合作学习主题一; 动能与势能的转化1用细线、小球、带有标尺的铁架台等做实验。把一个小球用细线悬挂起来，并将其拉到一定高度的a点，然后放开，小球在摆动过程中，重力势能和动能相互转化。我们看到，小球可以摆到与a点等高的c点，如图甲所示。如果用尺子在某一点挡住细线，小球虽然不能摆到c点，但摆到另一侧时，也能达到跟a点相同的高度，如图乙所示。在这个小实验中，小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个小实验说明了什么问题? 2.试结合表格分析动能与势能的转化情况。现象能量转化情况(1)从树上掉下的苹果_向_转化(2)物块以一定的初速度冲上光滑斜面_向_转化(3)拉弓射箭_向_转化【变式训练】动能和弹性势能之间也可以相互转化。例如，像图甲那样，以一定速度运动的小球能使弹簧压缩，这时小球_弹力做功，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_。主题二：机械能守恒定律1.如图物体沿光滑曲面滑下，试用我们学过的动能定理以及重力做功和重力势能的关系，推导出物体在a处的机械能和在b处的机械能相等。2.如图，小球以初速度v0压缩弹簧，水平接触面光滑，小球和弹簧组成的系统的机械能如何变化？【探究归纳】机械能守恒定律的条件1.物体只受重力或者只受弹力；2.物体除受重力或弹力外，还受其他力的作用，但其他力做功的代数和为零。【典例2】如图所示，在大型露天游乐场中翻滚过山车的质量为1 t，从轨道一侧的顶点a处由静止释放，到达底部b处后又冲上环形轨道，使乘客头朝下通过c点，再沿环形轨道到达底部b处， 最后冲上轨道另一侧的顶端 d处，已知d与a在同一水平面上。a、b间的高度差为20 m，圆环半径为5 m,如果不考虑车与轨道间的摩擦和空气阻力，g取10 m/s2。试求：(1)过山车通过b点时的动能；(2)过山车通过c点时的速度；(3)过山车通过d点时的机械能。(取过b点的水平面为零势能面) 【思路点拨】解答本题应把握以下两点：(1)分析物体受力情况，判断物体的机械能是否守恒。(2)确定研究过程，利用机械能守恒定律求解。【解析】(1)过山车由a点运动到b点的过程中,由机械能守恒定律ek增=ep减可得过山车在b点时的动能。(2)同理可得,过山车从a点运动到c点时有解得(3)由机械能守恒定律可知,过山车在d点时的机械能就等于在a点时的机械能,取过b点的水平面为零势能面,则有ed=ea=mghab=1031020 j=2105 j【规律方法】判断机械能守恒的方法(1)利用机械能的定义判断：分析动能与势能的和是否变化。(2)用做功判断：若物体系统中只有重力(或弹簧的弹力)做功，或有其他力做功但其他力做功的代数和为零，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，则物体系统的机械能守恒。(4)对于一些绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等问题机械能一般不守恒。【规律方法】用机械能守恒定律解决问题的一般步骤(1)选取研究对象物体或系统。(2)根据研究对象所经历的物理过程，进行受力、做功分析，判断机械能是否守恒。(3)恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的初、末状态时的机械能。(4)选取方便的机械能守恒定律的方程形式(ek1ep1ek2ep2、ekep或eaeb)进行求解。三、随堂检测，分层达标训练【基础达标】 1.关于机械能守恒定律的适用条件，下列说法中正确的是( )a.只受重力或弹力作用时，机械能守恒b.除重力或弹力外有其他作用力时，只要合外力为零，机械能就守恒c.除重力或弹力外有其他作用力时，只要其他力的合力的功为零，机械能就守恒d.炮弹在空中飞行不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后其机械能守恒2.如图所示，一个小孩从粗糙的滑梯上加速滑下，对于其机械能的变化情况，下列判断正确的是( )a.重力势能减小，动能不变，机械能减小b.重力势能减小，动能增加，机械能减小c.重力势能减小，动能增加，机械能增加d.重力势能减小，动能增加，机械能不变3.游乐场中的一种滑梯如图所示。小朋友从轨道顶端由静止开始下滑，沿水平轨道滑动了一段距离后停下来，则( )a下滑过程中支持力对小朋友不做功b下滑过程中小朋友的重力势能增加c整个运动过程中小朋友的机械能守恒d在水平面滑动过程中摩擦力对小朋友做负功4.如图所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，在弹簧压缩到最短的整个过程中，下列关于能量的叙述中正确的是( )a.重力势能和动能之和总保持不变b.重力势能和弹性势能之和总保持不变c.动能和弹性势能之和总保持不变d.重力势能、弹性势能和动能之和总保持不变5.(2012聊城高一检测)如图所示，两个质量相同的物体a和b，在相同高度由静止开始下落，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(斜面固定，空气阻力不计)( )a.速率相同，动能相同b.b物体的速率大，动能也大c.a、b两物体在运动过程中机械能都守恒d.b物体重力所做的功比a物体重力所做的功多6.物体自地面上方一定高度处做自由落体运动，ek表示动能，ep表示重力势能，e表示机械能，h表示下落的距离，以地面为零势能面，下列图象中能正确反映各物理量关系的是( )7.以20 m/s的速度将一物体竖直上抛，若忽略空气阻力，g取10 m/s2，试求：(1)物体上升的最大高度。(2)以水平地面为零势能面，物体在上升过程中重力势能和动能相等的位置。【能力提升】8.(2012海南高考)下列关于功和机械能的说法，正确的是( )a.在有阻力作用的情况下，物体重力势能的减少不等于重力对物体所做的功b.合力对物体所做的功等于物体动能的改变量c.物体的重力势能是物体与地球之间的相互作用能，其大小与势能零点的选取有关d.运动物体动能的减少量一定等于其重力势能的增加量9.(2012济南高一检测)如图，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高h处由静止自由落下，不计空气阻力，设桌面处的重力势能为零，则小球落地前瞬间的机械能为( )a.-mghb.mg(h-h)c.mg(h+h)d.mgh10.(2012包头高一检测)如图所示的轨道，ab段及cd段是光滑的弧面，bc段为中间水平部分，长为2 m，与物体间的动摩擦因数为0.2，若物体从ab段高0.8 m处由静止下滑，g取10 m/s2，求：(1)物体第一次到达b点时的速度大小；(2)物体在cd段运动时可达到的离地最大高度。11.如图所示，质量为m的木块放在光滑的水平桌面上，用轻绳绕过桌边的定滑轮与质量为m的砝码相连。已知m2m，让绳拉直后使砝码从静止开始下降h(小于桌高)的距离，木块仍没离开桌面，则砝码的速度为多少？答案解析1.【解析】选a、c。系统只受重力或弹力作用时，没有其他力做功，机械能一定守恒，a对；合外力为零，则合外力做的功为零，动能不变，但势能不一定不变，故机械能可能变化，b错；除重力与弹力外，其他力做的总功为零，相当于只有重力或弹力做功，机械能一定守恒，c对；爆炸瞬间炸药的化学能转化为炮弹的动能，炮弹动能增加，机械能增加，d错。2.【解析】选b。下滑时高度降低，则重力势能减小，加速运动，动能增加，摩擦力做负功，机械能减小，b对，a、c、d错。3.【解析】选a、d。下滑过程中支持力的方向总与速度方向垂直，所以支持力不做功，a正确；越往下滑重力势能越小，b错误；摩擦力的方向与速度方向相反，所以摩擦力做负功，机械能减少，d正确，c错误。4.【解析】选d。小球下落过程中受到的重力做正功，弹力做负功，重力势能、弹性势能及动能都要发生变化，任意两种能量之和都不会保持不变，但三种能量可相互转化，总和不变，故d对，a、b、c错。5.【解析】选a、c。a、b物体在运动过程中，只有重力做功，机械能守恒，c对；由机械能守恒定律得，a、b物体的初机械能相等，末机械能相等，动能也相同，a对，b错；由重力做功特点得，重力做的功wg=mgh，h相同，wg相同，d错。6.【解析】选b、c、d。重力势能ep随h增大而减小，a错，b对，ek=-ep=mgh,c对，e不随h的变化而变化，d对。7.【解析】(1)设物体上升的最大高度为h，在物体上升的整个过程中应用机械能守恒定律得mghmv02解得(2)设物体重力势能和动能相等的位置距地面的高度为h，此时物体的速度为v，则有mghmv2在物体被抛出到运动至该位置的过程中应用机械能守恒定律得mghmv2联立两式解得答案：(1)20 m(2)10 m8.【解析】选b、c。物体重力势能的减少量一定等于重力做的功，与有无其他力、其他力是否做功都无关，a错误；根据动能定理，合力对物体所做的功一定等于物体动能的改变量，b正确；物体的重力势能是系统共同具有的，也是相对的，c正确；只有重力做功时，运动物体动能的减少量才等于其重力势能的增加量，d错误。9.【解题指南】解答本题应把握以下两点：(1)明确零势能面，确定物体在某一位置的机械能。(2)在下落过程中物体的机械能保持不变。【解析】选d。只有重力做功，物体机械能守恒，小球落地时的机械能与开始下落时的机械能相等，都为mgh，d对。10.【解析】(1)从a到b，根据机械能守恒定律解得：vb=4 m/s。(2)从b到c，根据动能定理解得vc=2 m/s从c到d，根据机械能守恒定律得mgh=mvc2则最大高度h=0.4 m。答案：(1)4 m/s(2)0.4 m11.【解析】在砝码下降h的过程中，系统增加的动能为系统减少的重力势能为ep减mgh由e