【中学教材全解】2014-2015学年人教版高中物理必修2 第7章 第8节 机械能守恒定律

机械能守恒定律学习目标：1.知道什么是机械能，理解物体的动能和势能可以相互转化。2.会正确推导物体在光滑曲面上运动过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容和适用条件。3.会判定具体问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律分析实际问题。第8节重点1.机械能守恒的条件。2.在具体问题中能判定机械能是否守恒,并能列出数学表达式。难点1.判断机械能是否守恒。2.灵活运用机械能守恒定律解决问题。3.分析物体系统所具有的机械能，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能。重点难点导入新课（如图所示），感受动能与势能相互转化的过程，分析过山车在运行过程中动能和势能的变化情况。1.请举例说明物体动能和势能转化的普遍性并思考动能与势能相互转化时必须借助的因素是什么？一、动能与势能的相互转化提出问题参考案例：（1）自由下落的物体，物体的重力势能转化为动能，转化过程中重力做功；（2）物体沿光滑斜面滑下，物体的重力势能转化为动能，转化过程中重力做功；（3）竖直上抛的物体上升过程，物体的动能转化为重力势能，转化过程中重力做功；（4）压缩的弹簧把物体弹出，弹簧的弹性势能转化为物体的动能，转化过程中弹簧弹力做功；（5）运动会上撑杆跳高运动员在起跳的过程中，人的动能转化为杆的弹性势能和人的重力势能，以及撑杆的弹性势能转化为人的重力势能，转化过程中弹力、重力做功；（6）荡秋千的过程，人的重力势能与动能相互转化，转化过程中重力做功。2.实验演示：演示单摆和弹簧振子的运动情况（如图）。观察物体运动过程中动能与势能的变化特点是怎样的？提出问题结论：物体运动过程中，重力或弹力做正功时，动能增大，势能减小，势能转化为动能；反之，重力或弹力做负功时，动能减小，势能增大，动能转化为势能。3.什么是机械能？提出问题结论：重力势能、弹性势能与动能密切联系，它们统称为机械能。通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式。二、机械能守恒定律提出问题1.如图所示，物体沿光滑曲面下滑，开始时物体处于位置A，经过一段时间后物体运动到B位置1.证明：物体由A到B的过程中机械能保持不变。提出问题2.证明物体从A到B过程中物体与弹簧系统机械能守恒。3.请结合以上两种情形，总结机械能守恒的条件及内容。结论：（1）机械能守恒定律的条件：只有重力、弹力做功的物体系统，或其他力做功但做功代数和为0。（2）机械能守恒定律的内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。典型例题例1（多选）如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是（）甲乙丙丁A.甲图中，自由下落的物体A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒B.乙图中，物体B沿斜面匀速下滑的过程，物体B机械能守恒C.丙图中，不计任何阻力时，A加速下落，B加速上升过程中，A、B组成的系统机械能守恒D.丁图中，小球沿水平面做匀速圆周运动，小球的机械能守恒解析：甲图中只有重力和弹力做功，物体A和弹簧系统机械能守恒，但物体A机械能不守恒，选项A错误；乙图中，物体B匀速下滑，必有摩擦力做功，机械能不守恒，选项B错误；丙图中绳子张力对A做负功，对B做正功，代数和为0，A、B系统机械能守恒，选项C正确；丁图中，小球动能、势能均不变，机械能守恒，选项D正确。答案：CD提出问题典型例题例2把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个单摆（如图），摆长为l,最大偏角为θ。小球运动到最低位置时的速度是多大？思考讨论：（1）小球在摆动过程中受哪些力作用？哪些力做功？哪些力不做功？（2）小球在摆动过程中机械能是否守恒？（3）选小球在最低点为零势能参考平面，则小球在最高点的重力势能为多少？典型例题思考讨论：（1）物体下滑过程中受哪些力作用？哪些力做功？哪些力不做功？（2）物体做什么性质的运动？能否用牛顿第二定律求解？若能，请用牛顿第二定律求解。（3）物体下滑过程中满足机械能守恒吗？若满足，请用机械能守恒定律求解。例4如图所示，质量都是m的物体A和B，通过轻绳跨过滑轮相连。斜面光滑，不计绳子和滑轮之间的摩擦。开始时A物体离地的高度为h，B物体位于斜面的底端，用手托住A物体，A、B两物体均静止。撤去手后，求：（1）A物体将要落地时的速度是多大？（2）A物体落地后，B物体由于惯性将继续沿斜面上升，则B物体在斜面上上升的最远点离地的高度是多大？典型例题提出问题5.利用机械能守恒定律解题的步骤：结论：①选取研究对象——物体系或物体。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、末状态的机械能。④根据机械能守恒定律列方程，进行求解。巩固练习AC巩固练习2.如图所示，四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动。在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是（）ABCDC巩固练习3.（2011·新课标全国高考)一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离。假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是（）A.运动员到达最低点前重力势能始终减小B.蹦极绳张紧后的下落过程中，弹力做负功，弹性势能增加C.蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D.蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关ABC巩固练习A巩固练习谢谢