高中物理人教版 (新课标)必修28.机械能守恒定律导学案

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7.8机械能守恒定律导学案预习导学：一、       机械能：1.定义：                         称为机械能，符号用    表示。它包括         、         、          。2.表达式：                     。 3.机械能间可相互转化：（1）            和      可以相互转化。例如：在自由落体运动中，物体的重力做    功，重力势能       ，动能      ，        能转化为      能；竖直向上抛出的物体，克服重力做功，动能       、重力势能      ，      能转化为         能。（2）不仅重力势能跟动能可以相互转化，       势能也可以跟动能相互转化。例如：乒乓球从高处落到光滑的桌面时发生弹性形变，其    能转化为        能；当乒乓球恢复形变后       能又转化为      能，使其跳起。4.机械能的相对性：因为势能具有相对性（需确定零势能参考面），同时与动能相关的速度也具有相对性（相对于同一惯性参考系，一般是地面），所以机械能也具有相对性。所以只有在确定了           和              的情况下，机械能才有确定的物理意义。二、       机械能守恒定律：（重点、难点）自学探究：思考1：动能和势能的相互转化是否存在某种定量关系，遵守什么规律呢？我们下面再看这样一个例子：演示1：如图5．8—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，把小球拉到一定高度的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，小球可以摆到跟A点等高的C点，如图5．8—1甲．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5．8—1乙思考2：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? 实验证明，小球在摆动过程中重力势能和动能在不断转化．在摆动过程中，小球总能回到原来的高度．可见，                    总和不变．演示2，如图5．8—2，水平方向的弹簧振子．用弹簧振子演示动能和弹性势能的相互转化思考3：在这个实验中，小球的受力情况如何?各个力的做功情况如何?这个实验说明了什么? 实验证明，小球在往复运动过程中弹性势能和动能在不断转化．小球在往复运动过程中总能回到原来的位置，可见，                  总和应该不变．动能、重力势能和弹性势能统称为        能．总结：虽然动能不断地变化，势能也不断地变化，它们的变化应该存在一个规律，即总的机械能            ．单个物体的机械能守恒情境一：如图，质量为m的小球从曲面上滚下，到A点时速度为v1，距地面的高度为h1，到B点时速度为v2，距地面的高度为h2。自学：1、小球的机械能由哪几种能量组成？在A、B两点的机械能分别如何表示？ 2、此过程中外力对小球做的总功W总和重力做功WG分别如何表示？  3、W总和WG是否相等？要使二者相等，应满足什么条件？  对话：1、若外力的总功W总与重力做功WG相等，请分析小球在A、B两点的机械能满足什么关系？       2、若曲面不光滑，小球的机械能将减少，减少的机械能哪里去了？  3、请你总结出小球机械能守恒的条件。 在只有          做功的物体系统（研究对象是物体和地球组成的系统）内，         和          发生相互转化，但机械能的总量          。同样可以证明：只有弹簧弹力做功的物体系统(研究对象是物体与弹簧组成的系统)内，弹簧的          与物体的          发生相互转化，但机械能的总量          。 以弹簧振子为例简要分析，系统的动能和弹性势能的相互转化系统的机械能保持不变结论：（1）机械能守恒定律内容：                                                                                                                        （2）机械能守恒定律的表达式：_____________________          ________________________对机械能守恒条件的理解：1．从系统做功的角度看，只有_____或_____做功。包括两种情况：（1）物体只受_____或_____，不受其他的力；（2）物体受重力或弹力以外其它的力，但其它力______功，或其它力所做功代数和为________。请分析以上三个实例：物体从光滑斜面上下滑；悬挂着的小球在竖直面内摆动；水平方向的弹簧振子做往复运动       2．从能量转化的角度看，只有系统内________和_______相互转化，无其它形式能量（如内能）之间的转化思考与讨论：一个小球在真空中自由下落，另一个同样的小球在黏性较大的液体中由静止开始下落，它们都由高度为h1的地方下落到高度为h2的地方。在这两种情况下，重力做的功相等吗？重力势能的变化相等吗？动能的变化相等吗？重力势能各转化成什么形式的能?  例1：把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为，最大偏角为θ，如果阻力可以忽略，小球运动到最低位置时的速度是多大？   例2：在下面列举的各个实例中（除a外都不计空气阻力），哪些情况机械能是守恒的？说明理由。①跳伞员带着张开的降落伞在空气中匀速下落②抛出的手榴弹或标枪在空中运动③拉着一个物体沿光滑的斜面匀速上升（图甲）④在光滑水平面上运动的小球碰到一个弹簧，把弹簧压缩后，又被弹回来（图乙）⑤用细绳拴着一个小球，使小球在竖直面内做圆周运动  物体—物体系统的机械能守恒情境二：如图所示，一根不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和b. a球质量为m，静置于地面；b球质量为3m，用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧．自学：松手后b球落地之前，a、b组成的系统机械能守恒吗？你是如何判断的？小球a和小球b的机械能分别如何变化？对话：1、请你列出系统机械能守恒的方程，你能想到哪几种表达形式？         2、请你计算出b球落地前瞬时的速度。  三、应用机械能守恒定律解题的基本步骤：（1）明确研究对象；（2）分析研究对象受力情况和各个力在所研究过程中的做功情况，判断是否满足机械能守恒的条件；（3）选取题中所关心的两个状态（一般为初态和末态），分析由状态1到状态2，研究对象的动能和势能的增、减情况；（4）选择合适的机械能表达式列方程，进行求解。 课堂巩固：1、关于物体的机械能是否守恒的叙述，下列说法中正确的是：（     ）A、做匀速直线运动的物体，机械能一定守恒；B、做匀速变速直线运动的物体，机械能一定守恒；C、外力对物体所做的功等于0时，机械能一定守恒；D、物体若只有重力做功，机械能一定守恒。2、如图所示，桌面高度为h，质量为m的小球，从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设桌面处的重力势能为零，小球落到地面前的瞬间的机械能应为（    ）A、mgh     B、mgH      C、mg（H+h）    D、mg（H-h）3、如图所示，轻弹簧一端与墙相连处于自然状态，质量为4kg的木块沿光滑的水平面以5m/s的速度运动并开始挤压弹簧，求弹簧的最大弹性势能及木块被弹回速度增大到3m/s时弹簧的弹性势能。  4、将物体由地面竖直上抛，如果不计空气阻力，物体能够达到的最大高度为H，当物体在上升过程中的某一位置时，它的动能和重力势能相同，则这一位置的高度是（    ）A、H          B、H        C、H        D、H5、如图所示，AB为一长为L的光滑水平轨道，小球从A点开始做匀速直线运动，然后冲上竖直平面内半径为R的光滑半圆环，到达最高点C后抛出，最后落回到原来的出发点A处，如图所示，试求小球在A点运动的初速度为多大？     6、如图所示，在光滑水平桌面上有一质量为M的小车，小车跟绳一端相连，绳子另一端通过滑轮吊一个质量为m的砖码，则当砝码着地的瞬间（小车未离开桌子）小车的速度大小为多大？在这过程中，绳的拉力对小车所做的功为多少？   课后作业：1．下列关于机械能守恒的说法中，正确的是              (    )A．做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒B．做匀变速运动的物体的机械能不可能守恒C．如果没有摩擦力和介质阻力，运动物体的机械能一定守恒D．物体只发生动能和势能的相互转换时，物体的机械能守恒2．下列关于物体机械能守恒的说法中，正确的是    (    )A．运动的物体，若受合外力为零，则其机械能一定守恒B．运动的物体，若受合外力不为零，则其机械能一定不守恒C．合外力对物体不做功，物体的机械能一定守恒D．运动的物体，若受合外力不为零，其机械能有可能守恒3．如图所示，某人以拉力F将物体沿斜面拉下，拉力大小等于摩擦力，则下列说法中正确的是    (    )A．物体做匀速运动  B．合外力对物体做功等于零C．物体的机械能保持不变  D．物体机械能减小4．当物体克服重力做功时，物体的    (    )A．重力势能一定减少，机械能可能不变        B．重力势能一定增加，机械能一定增加   C．重力势能一定增加，动能可能不变D．重力势能一定减少，动能可能减少5．下列说法中，正确的是(    ) A．机械能守恒时，物体一定不受阻力。 B．机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用。 C．物体处于平衡状态时，机械能必守恒。 D．物体所受的外力不等于零，其机械能也可以守恒。6、如图所示，两个质量相同的物体A和B，在同一高度处，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(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。7、如图所示，物体沿光滑圆弧凹面从A点滑至B点的过程中，物体受    力和    力的作用，其中只有    力做功，重力势能    ，动能    ，但两者之和    ．8．质量为0．5kg的物体以加速度g／2从静止竖直下落5m时，物体的动能为_________J，重力势能减少_________J，在此过程中，物体的机械能__________(填：守恒或不守恒)。9、质量为m的物体以速度v0竖直上抛，若以抛出点为参考平面，则上升的最大高度H为多少?当物体的动能和重力势能相等时物体距地面的高度h又为多少?    10、一物体从高1m，斜面长2m的光滑斜面顶端滑下。不计空气阻力，求物体滑到斜面底端速度的大小？