2024版新教材高中物理第八章机械能守恒定律4.机械能守恒定律课件新人教版必修第二册

4．机械能守恒定律核心素养定位物理观念(1)知道什么是机械能，理解物体动能和势能的相互转化．(2)通过机械能守恒定律的学习，初步建立能量观念、体会守恒思想．(3)知道机械能守恒定律的内容和守恒条件．科学思维(1)会分析机械能守恒的条件，在具体实例中分析动能与势能(包括弹性势能)之间的相互转化．(2)理解机械能守恒定律的推导过程．(3)会从做功和能量转化的角度判断机械能是否守恒，能应用机械能守恒定律解决有关问题．科学态度与责任(1)通过对机械能守恒定律的验证，能认识科学规律的建立需要实验证据的检验．(2)能认识机械能守恒定律对日常生活的影响．导学·掌握必备知识共研·突破关键能力精炼·落实学科素养导学·掌握必备知识一、追寻守恒量伽利略的斜面实验探究如图所示．1．过程：将小球由斜面A上某位置由________释放，小球运动到斜面B上．2．实验现象：小球从斜面A上由静止向下滚动的高度降低，速度________，向上滚动速度减小，高度________.因为有摩擦，到达右侧的最大高度，总比左侧释放的高度小．3．假设推理：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地终止于它开始运动时的________，不会更高一点，也不会更低一点．4．实验结论：这说明某种“东西”在小球运动的过程中是____________．在物理学上我们把这个不变量叫作能量或者能．静止增大升高高度不变的二、动能与势能的相互转化1．机械能的形式：重力势能、________与动能都是机械运动中的能量形式，统称为________．2．表达式：E＝Ek＋Ep.3．转化的方式：通过___________做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式．每种能量转化都对应一个力做功

4．标矢性：机械能是状态量，是________(选填“标量”或“矢量”)．

与某一时刻对应弹性势能机械能重力或弹力标量

互相转化保持不变

Ek1＋Ep1

E1重力弹力【情境思考】一支可伸缩的圆珠笔，内有一根弹簧，尾部有一个小帽，压一下小帽，笔尖就伸出．如图所示，手握笔杆，使笔尖向上，小帽抵在桌面上，在压下后突然放手，笔杆竖直向上跳起高度为10cm，忽略空气阻力．判断以下问题：(1)圆珠笔弹起过程中，弹簧的弹性势能转化为圆珠笔的动能和重力势能．(

)(2)圆珠笔下落过程中，其动能转化为重力势能.(

)(3)圆珠笔下落过程中，其机械能不守恒．(

)(4)圆珠笔起跳的初速度约为1.4m/s.(

)√××√1

如何认识伽利略斜面实验中的动能与势能的转化？

2

机械能守恒的条件绝不是合力做的功为零，更不是合力为零．物体所受合力为零，机械能不一定守恒，要注意与动能定理区分．

(1)机械能守恒的对象是系统，不是单个物体．若以地球为参考系，可将物体和地球组成的系统的机械能简称为物体的机械能．(2)机械能的大小由物体的状态决定，即由物体所处的位置(高度)和速度大小决定．共研·突破关键能力目标一对机械能守恒的理解及判断【导思】如图所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下．(1)过山车受哪些力作用？各做什么功？(2)过山车下滑时，动能和势能怎么变化？两种能的和不变吗？(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吗？提示：(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．【归纳】1．对机械能守恒条件的理解(1)只有重力做功，只发生动能和重力势能的相互转化．(2)只有系统内弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化．(3)只有重力和系统内弹力做功，只发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化．(4)除受重力和弹力外，其他力也做功，但其他力做功的代数和始终为零．注意：机械能守恒的物体所受合外力不一定为零．2．判断机械能守恒的方法(1)做功分析法(常用于单个物体)(2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统)(3)机械能的定义法机械能等于动能与势能之和，若一个过程中动能不变，势能变化，则机械能不守恒，如匀速上升的物体机械能增加．【典例】例1以下四种情景中，a的机械能守恒的是(不计空气阻力)(

)答案：C解析：物块a沿固定斜面匀速下滑和沿粗糙的圆弧面加速下滑的过程中，都受到摩擦力作用，有内能产生，则物块a的机械能不守恒，故A、B错误；摆球a由静止释放，自由摆动过程中，只有重力做功，摆球a的动能和重力势能相互转化，机械能守恒，故C正确；小球a由静止释放至运动到最低点的过程中，小球a和弹簧组成的系统机械能守恒，小球a的机械能不守恒，故D错误．例

2(多选)如图所示，用轻弹簧相连的物块A和B放在光滑的水平面上，物块A紧靠竖直墙壁，一颗子弹沿水平方向射入物块B后留在其中．由子弹、弹簧和A、B所组成的系统在下列依次进行的过程中，机械能守恒的是(

)A．子弹射入物块B的过程B．物块B与子弹同速向左运动，直到弹簧最短的过程C.弹簧推着带子弹的物块B向右运动，直到弹簧恢复到原长的过程D．带着子弹的物块B因惯性继续向右运动的过程答案：BCD解析：子弹射入物块B的过程中，子弹和物块B组成的系统中摩擦力做功，一部分机械能转化成内能，机械能不守恒，A错误；物块B与子弹同速向左运动，直到弹簧最短的过程中，物块A、B、弹簧和子弹组成的系统虽然受墙壁的弹力作用，但此弹力不做功，只有系统内弹簧的弹力做功，动能和弹性势能发生转化，系统机械能守恒，B正确；同理，弹簧恢复到原长过程中，机械能也守恒，C正确；弹簧恢复原长后，整个系统继续向右运动，物块和弹簧组成的系统中只有弹簧弹力做功，故系统的机械能守恒，D正确．目标二机械能守恒定律的应用【导思】如图，质量为m的小球从光滑曲面上滑下．当它到达高度为h1的位置A时，速度的大小为v1，滑到高度为h2的位置B时，速度的大小为v2.在由高度h1滑到高度h2的过程中(不计空气阻力)：小球下滑过程中机械能守恒吗？若守恒，列出表达式．

【归纳】1．机械能守恒定律的表达形式2．用机械能守恒定律解题的基本思路

答案：AB

【典例】例4如图所示，水平轻弹簧一端与墙相连，处于自由伸长状态，质量为4kg的木块沿光滑的水平面以5m/s的速度开始运动并挤压弹簧．(1)求弹簧的最大弹性势能；(2)求木块被弹回速度增大到3m/s时弹簧的弹性势能．

精炼·落实学科素养1.如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断，正确的是(

)A．图甲中，火箭升空的过程中，若匀速升空机械能守恒，若加速升空机械能不守恒B．图乙中物体匀速运动，机械能守恒C．图丙中小球做加速运动，机械能守恒D．图丁中，轻弹簧将A、B两小车弹开，两小车组成的系统机械能不守恒，两小车和弹簧组成的系统机械能守恒答案：D解析：题图甲中无论火箭匀速上升还是加速上升，都有推力做正功，机械能增加，A错误；题图乙中物体沿斜面匀速上升，动能不变，重力势能增加，机械能增加，B错误；题图丙中，小球沿粗糙斜面加速滚下过程中，除了重力做功，还有摩擦力做负功，机械能减少，C错误；题图丁中，弹簧的弹力做功，弹簧的弹性势能转化为两小车的动能，两小车组成的系统机械能增加，而两小车与弹簧组成的系统机械能守恒，D正确．2．如图为一位小朋友在水上世界玩水滑梯，她坐在离水面高为16m的滑梯顶端由静止下滑．不考虑水的阻力，下滑过程可认为机械能守恒，小朋友的质量为30kg，下列说法正确的是(

)A．无论选择哪个位置为零势能参考平面，她下滑时的总机械能总是4800JB．无论选择哪个位置为零势能参考平面，她下滑时的总机械能变化量总是4800JC．小朋友质量越大，下滑到水滑梯底端的速度越大D．下滑时，小朋友会偏向滑道的外侧答案：D

3．如图所示是一儿童游戏机的工作示意图．光滑游戏面板与水平面成一夹角θ，半径为R的四分之一圆弧轨道BC与AB管道相切于B点，C点为圆弧轨道最高点，轻弹簧下端固定在AB管道的底端，上端系一轻绳，绳通过弹簧内部连一手柄P.将球投入AB管道内，缓慢下拉手柄使弹簧被压缩，释放手柄，弹珠被弹出，与游戏面板内的障碍物发生一系列碰撞后落入弹珠槽里，根据入槽情况可以获得不同的奖励．假设所有轨道均光滑，忽略空气阻力和手柄质量，弹珠视为质点，重力加速度为g.某次缓慢下拉手柄，使弹珠距B点为L，释放手柄，弹珠被弹出，到达C点时的速度为v.

答案：D

4．(多选)2022年第24届冬奥会在北京—张家口成功举办，图甲为在张家口的国家跳台滑