高中物理人教版 (新课标)必修28.机械能守恒定律学案及答案

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知识与技能
1．知道什么是机械能，知道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，知道它的含义和适用条件．
3．在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式。
过程与方法
学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒．
2．初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象分析问题，尤其是分析、判断物体所具有的重力势能．
3．应用机械能守恒定律解决具体问题．
情感、态度与价值观
通过能量守恒的教学，使学生树立科学观点，理解和运用自然规律，并用来解决实际问题．
◇课前导学◇
1、本节学习机械能及机械能守恒定律，正确判定机械能是否守恒是本节的难点，养成良好的解题习惯，灵活运用机械能守恒定律解决问题是本节的重点。
2、机械运动的___________________统称为机械能。其含义是机械能的表现形式有三种：即__________________。有时物体只具有动能，如水平路面上匀速行驶的汽车（取路面上的重力势能为零），我们说汽车也具有机械能。
3、三种形式的机械能之间也可以发生相互_______，如作竖直上抛运动的物体在上升过程中，_______在转化为_________；运动的小球碰到水平放置的一端固定的弹簧，在将弹簧压缩的过程中，小球的_________在转化为____________，弹出的过程中，_________又转化为小球的_________。如果在转化过程中满足总机械能守恒，则对我们处理问题带来极大的便利。
4、理论推理和实验验证都能指出：在只有____________的情况下，物体的动能和势能（含重力势能及弹簧势能）发生相互转化，但机械能的总量__________。机械能守恒定律的表达式为：____________________________， 或者EK2+EP2=EK1+EP1 此外还有；；（较适用于定性或半定量说理）
5、应用机械能守恒定律处理问题的解题步骤：
①确定研究对象和研究________（可以单个物体，也可以是相互作用的几个物体的整体）；
②考察_____________的条件是否满足（这一步骤比较容易出错，也是考试的重点，应紧扣只有重力、弹力做功，只存在重力势能、弹性势能和动能的转化来判断）；
③对物体做运动的状态分析，确定物体的初末动能；选择零势能点或面，确定初末状态的势能值。（注意物体的速度应为对地速度）；
④应用机械能守恒定律列出方程并解方程；
⑤写好答案，必要时作讨论。
◇例题精析◇
例1 不考虑弹性势能时下列运动中机械能一定守恒的是【 】
A、自由落体运动
B、竖直方向上做匀变速运动
C、在竖直方向上做匀速直线运动
D、在水平面上作匀加速直线运动
解析
拓展 判断物体的机械能是否一定守恒，要求紧扣判据。其思考过程具有发散性思维的特征，要求有一定的力和运动的感性知识作为经验，学习过程中应注意前后知识的联系，不能把机械能守恒定律孤立起来。其次一种比较简捷的判断方法是看机械能的数量有无变化，若有变化则机械能肯定不守恒了。
例2 如图所示，轻质弹簧的一端与墙相联，质量为2kg的滑块以5m/s的速度沿光滑平面运动并压缩弹簧，求：（1）弹簧在被压缩过程中最大弹性势能，（2）当木块的速度减为2 m/s时，弹簧具有的弹性势能。
解析
拓展 如果不用动能定理来处理，则需要求出弹簧的弹力对物体做的功，由于弹力为变力做功W=kx2/2，本题没有告知k，往往会陷入无法求解的局面。
例3 如图所示，质量都是m的物体A和B，通过轻绳子跨过滑轮相连。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两物均静止。撤去手后，求：
（1）A物体将要落地时的速度多大？
（2）A物落地后，B物由于惯性将继续沿斜面上升，则B物在斜面上的最远点离地的高度多大？
解析
拓展 应用机械能守恒定律时，通常用增加（或减少）的动能等于减少（或增加）的重力势能来列式比较简单、且不容易出现错误。此外从本题的应用可以看到，机械能守恒定律既可以适用于单个物体，也可以适用于几个相互作用的物体构成的整体（或称为系统），合理地选择研究对象可以使处理过程简单化，这一点只有在实践中不断地总结，才能有所提高。
例4 一根全长为L、粗细均匀的铁链，对称地挂在轻小光滑的定滑轮上，如图所示，当受到轻微的扰动，铁链开始滑动，当铁链脱离滑轮的瞬间铁链速度大小为_______.
EQ
◇学习小结◇
一、动能和势能的相互转化
1．动能和重力势能的相互转化．
2．动能和弹性势能的相互转化．
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，动能和势能能够相互转化，而总的机械能保持不变．
2．应用：应用机械能守恒定律解题的步骤．
◇自我评价◇
1、关于机械能是否守恒，下列叙述中正确的是【 】
A、作匀速直线运动物体的机械能一定守恒
B、作匀变速运动物体的机械能可能守恒
C、外力对物体做功为零时，机械能一定守恒
D、只有重力对物体做功，物体的机械能一定守恒
2、在下列情况中，物体的机械能守恒的是(不计空气阻力) 【 】
A、推出的铅球在空中运动的过程中
B、沿着光滑斜面匀加速下滑的物体
C、被起重机匀速吊起的物体
D、物体做平抛运动
3、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
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
图5-8-4
5、如图5-8-4所示，桌面高为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，假设桌面处重力势能为零，则小球落地前瞬间的机械能为【 】
A. mgh B. mgH
C. mg(H+h) D. mg(H-h)
6、a、b、c三球自同一高度以相同速率抛出，a球竖直上抛，b球水平抛出，c球竖直下抛．设三球落地时的速率分别为va、vb、vc，则【 】
A．va＞vb＞vc B．va＝vb＞vc C． va＜vb＜vc D． va＝vb＝vc
7、一起重机吊着物体以加速度a(amA初始时两物块均静止，在两物块运动过程中，下列说法中正确的是【 】
A、B减少的重力势能等于A增加的重力势能
B、B的机械能守恒
C、系统的机械能守恒，但两物体各自的机械能都在变化
D、B机械能的减少等于A机械能的增加
18、a、b为紧靠着的且两边固定的两张相同的薄纸，如图5-8-10所示。一个质量为m的小球从距纸面高度为H处自由下落，恰好能穿破两张纸(即穿过后速度为零)。现将a纸的位置升高，b纸的位置不变，要使小球仍能穿破两张纸，则a纸上移的最大高度是多大？
19、如图所示，质量为m的小球A和质量为3m的小球B用细杆连接在一起，竖直地靠在光滑墙上，A球离地面高度为h，墙壁转角呈弧形，释放后它们一起沿光滑水平面滑行，求滑行的速度。