機械能守恒定律導學案高一下學期物理人教版

高一年級物理第八章機械能守恒定律自學探究學案8.4機械能守恒定律主備:王來智時間：5月26日班級姓名學習目標-核心素養(yǎng)物理觀念：1.知道什么是機械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉化；2.理解機械能守恒定律的內容，知道它的含義和適用條件；科學思維：在具體情景中，能判定機械能是否守恒，并能列出機械能守恒的方程式?？茖W探究：通過推導機械能守恒定律，使學生養(yǎng)成對問題研究的嚴謹和嚴密的邏輯思維習慣。使學生樹立科學觀點，理解和運用自然規(guī)律并用來解決實際問題。自主學習（認真閱讀課本，獨立思考，相信你一定行﹗）一、追尋守恒量伽利略曾研究過小球在斜面上的運動，如圖所示。將小球由斜面A上某位置由靜止釋放，如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小球在斜面B上速度變?yōu)?（即到達最高點）時的高度與它出發(fā)時的高度，不會更高一點，也不會更低一點。這說明某種“東西”在小球運動的過程中是的。二、動能與勢能的相互轉化1．重力勢能與動能的轉化（分析：小球受什么力？有哪些力做功？能量怎么改變？）A→B:只有力做功，①重力對物體做功，則物體的重力勢能，動能，物體的轉化為；B→C：只有力做功，②重力對物體做功，則物體的重力勢能，動能，物體的轉化為；③重力勢能與動能的轉化定量關系如圖所示，質量為m的物體沿光滑曲面滑下的過程中，下落到高度為h1的A處時速度為v1，下落到高度為h2的B處時速度為v2，重力加速度為g，不計空氣阻力，選擇地面為參考平面．（探究重力勢能與動能的轉化定量關系）結論：①重力對物體做功，則物體的重力勢能，動能，②重力對物體做功，則物體的重力勢能，動能，分析以下運動重力勢能與動能的轉化情況，規(guī)律與以上結論一致嗎？2．彈性勢能與動能的轉化（分析：小球受什么力？有哪些力做功？能量怎么改變？）A→O:只有彈簧彈力做功，①彈力對物體做功，彈簧的彈性勢能，物體的動能，彈簧的轉化為物體的；O→B:只有彈簧彈力做功，②彈力對物體做功，彈簧的彈性勢能，物體的動能，彈簧的轉化為物體的；③彈性勢能與動能的轉化定量關系（參考推導重力勢能與動能的轉化定量關系探究彈性勢能與動能的轉化定量關系）結論：①彈力對物體做功，則物體的彈性勢能，動能，②彈力對物體做功，則物體的彈性勢能，動能，3．機械能：、與統(tǒng)稱為機械能．理解：①機械能是狀態(tài)量（對應物體在某一時刻或某一位置時的機械能）；②機械能具有相對性（其大小與參考系、零勢能面的選取有關）。（3）標量：【例1】如圖所示，桌面高為h，質量為m的小球從離桌面高為H處自由落下，不計空氣阻力，重力加速度為g，以桌面所在水平面為參考平面，則小球落到地面前瞬間的機械能為．三.機械能守恒定律情景一、如圖所示，質量為m的物體沿光滑曲面滑下的過程中，下落到高度為h1的A處時速度為v1，下落到高度為h2的B處時速度為v2，重力加速度為g，不計空氣阻力，選擇地面為參考平面．試推導物體在A點和在B點時的機械能有什么關系？結論:在只有力做功的系統(tǒng)內，動能與重力勢能互相轉化時總的保持不變。情景二、如圖，光滑小球套在水平桿上運動，0為原長處，小球只在彈力的作用下從左向右運動，經過A點時速度為v1,經過B點時速度為v2,試推導物體在A點和在B機械能有什么關系？結論:在只有力做功的系統(tǒng)內，動能與彈性勢能互相轉化時總的保持不變。1．機械能守恒定律的內容：在只有或做功的物體系統(tǒng)內，與可以互相轉化，而____________保持不變．2．表達式：守恒觀點：Ek1＋Ep1.＝Ek2＋Ep2轉化觀點：?Ek=-?Ep①只有重力做功守恒觀點：eq\f(1,2)mv12＋mgh1＝eq\f(1,2)mv22＋mgh2轉化觀點：eq\f(1,2)mv22-eq\f(1,2)mv12＝mgh1-mgh2②只有彈力做功守恒觀點：eq\f(1,2)mv12＋eq\f(1,2)kx12＝eq\f(1,2)mv22＋eq\f(1,2)kx22轉化觀點：eq\f(1,2)mv22-eq\f(1,2)mv12＝eq\f(1,2)kx12-eq\f(1,2)kx22③重力、彈力都做功守恒觀點：______轉化觀點：______3．應用機械能守恒定律解題的一般步驟(1)根據題意選取研究對象；(2)明確研究對象的運動過程，分析研究對象在此過程中的受力情況，弄清各力做功的情況，判斷機械能是否守恒．(3)確定研究對象在此過程中的初態(tài)和末態(tài)的機械能．(4)根據機械能守恒定律的不同表達式列方程并求解．強調：應用機械能守恒定律解決問題只需考慮運動的初狀態(tài)和末狀態(tài)，不必考慮兩個狀態(tài)間的過程細節(jié)，即可以簡化計算．例題精講例1.如圖所示，下列關于機械能是否守恒的判斷正確的是()A．圖甲中“蛟龍?zhí)枴北坏踯噭蛩俚跸滤倪^程中它的機械能守恒B．圖乙中物塊在恒力F作用下沿固定光滑斜面勻速上滑過程中，物塊的機械能守恒C．圖丙中物塊沿固定斜面勻速下滑過程中，物塊的機械能不守恒D．圖丁中撐竿跳高運動員在上升過程中機械能守恒例2.把一個小球用細線懸掛起來，就成為一個擺（如圖），擺長為l，最大偏角為θ。如果阻力可以忽略，小球運動到最低位置細線受到拉力是多大？例3.以相同大小的初速度v0將物體從距地面高為h的同一水平面分別豎直上拋、豎直下拋、平拋、斜上拋、斜下拋，如圖所示，試比較它們落地速度大小例4.如圖是一個設計“過山車”的試驗裝置的原理示意圖，斜面AB與豎直面內的圓形軌道在B點平滑連接，斜面AB和圓形軌道都是光滑的，圓形軌道半徑為R，一個質量為m的小車(可視為質點)在A點由靜止釋放沿斜面滑下，小車恰能通過圓形軌道的最高點C.已知重力加速度為g.求：（1）A點距水平面的高度h；（2）運動到B點時小車對軌道壓力的大小.強化練習A組1.如圖，固定于O點細線下端系一小球，不計空氣阻力，在水平拉力F作用下，小球以恒定速率在豎直平面內由A往B點運動，此過程中小球()A.所受合力為零B.所受水平拉力漸漸變小C.機械能守恒D.機械能增大2.物體在地面附近以3m/s2的加速度勻減速上升，則物體上升的過程中，物體機械能的變化是A.不變 B.增加 C.減少 D.無法判斷3.伴隨著人工智能的發(fā)展，我國部分地區(qū)已經實現(xiàn)無人機智能配送。如圖所示，某次配送中，質量為m的貨物在無人機拉力作用下勻速豎直上升，上升時速度大小為v，上升的高度為h，忽略空氣阻力，重力加速度為g。下列說法正確的是（）A．拉力對貨物做的功為mghB．貨物的機械能保持不變C．貨物的重力勢能減少了mghD．合外力對貨物所做總功為mgh4.圖（a）中彈丸以一定的初始速度在光滑碗內做復雜的曲線運動，圖（b）中的運動員在蹦床上越跳越高。下列說法中正確的是A.圖（a）彈丸在上升的過程中，機械能逐漸增大B.圖（a）彈丸在上升的過程中，機械能保持不變C.圖（b）中的運動員多次跳躍后，機械能增大D.圖（b）中的運動員多次跳躍后，機械能不變5．如圖所示，輕彈簧下端連接一重物，用手托住重物并使彈簧處于壓縮狀態(tài)。然后手與重物一同緩慢下降，直至重物與手分離并保持靜止。在此過程中，下列說法正確的是（）A．彈簧的彈性勢能與物體的重力勢能之和先減少再增加B．彈簧對重物做的功等于重物機械能的變化量C．重物對手的壓力隨下降的距離均勻變化D．手對重物做的功一定等于重物重力勢能的變化量6.如圖所示，一根輕彈簧下端固定，豎立在水平面上.其正上方A位置有一只小球.小球從靜止開始下落，在B位置接觸彈簧的上端，在C位置小球所受彈力大小等于重力，在D位置小球速度減小到零.在小球下降階段，下列說法中正確的是(不計空氣阻力)C.從A→C位置小球重力勢能的減少等于小球動能的增加7.如圖所示，輕質彈簧的一端與墻相連，質量為2kg的滑塊以5m/s的速度沿光滑平面運動并壓縮彈簧，則彈簧在被壓縮過程中的最大彈性勢能為_______;當木塊的速度減為2m/s時，彈簧的彈性勢能為_______.8.如圖所示，分別用質量不計不能伸長的細線與彈簧分別吊質量相同的小球A、B，將兩球拉開使細線與彈簧都在水平方向上，且高度相同，而后由靜止放開A、B兩球，兩球在運動中空氣阻力不計，到最低點時兩球在同一水平面上，則兩球在最低點時的速度（)、B球的速度大小相等球的速度大球的速度大D.無法判斷D．合外力對物體做的功等于物體機械能的增加量9．如圖所示，質量為m的小球以速度v0離開桌面，若以桌面為零勢能面，則它經過A點時所具有的機械能是（不計空氣阻力）（）A.12mv02+mgh B．12mv02C．12mv02 D．12mv011.如圖所示，光滑水平面AB與豎直面內光滑的半圓形導軌在B點銜接，導軌半徑為R，一個質量為m的靜止物塊在A處壓縮彈簧，釋放物塊后在彈力作用下獲得一向右速度，當它經過B點進入導軌達到最高點C時，對軌道的彈力大小恰好等于其重力。已知重力加速度為g。求:釋放物塊前彈簧儲存了多大的彈性勢能?12.如圖所示，由距離地面h2＝1m的高度處以v0＝4m/s的速度斜向上拋出質量為m＝1kg的物體，當其上升的高度為h1＝0.4m時到達最高點，最終落在水平地面上，現(xiàn)以過拋出點的水平面為參考平面，取重力加速度g＝10m/s2，不計空氣阻力，則()A．物體在最大高度處的重力勢能為14JB．物體在最大高度處的機械能為16JC．物體落地前瞬間的機械能為8JD．物體落地前瞬間的動能為8J13．一均勻直桿AB，長為r，從圖所示位置由靜止開始沿光滑面ABCD滑下，已知ACB是半徑為r的圓弧，BD為水平面，當直桿滑到BD部分時的速度大小為。14.如圖所示，一粗細均勻的U形管內裝有同種液體豎直放置，右管口用蓋板A密閉一部分氣體，左管口開口，兩液面高度差為h，U形管中液柱總長為4h.現(xiàn)拿去蓋板，液柱開始流動，當兩側液面恰好相齊時右側液面下降的速度大小為________.15．如圖所示，長為質量為m的勻質鏈條AB對稱掛在定滑輪上，在A端還連有一個質量也為m的珠子，無初速釋放鏈條，當B端剛滑離滑輪時，求鏈條的速度。（不計摩擦，B端剛滑離滑輪時，A端沒有著地）16．如圖所示，有一條柔軟的質量為m、長為L的均勻鏈條，開始時鏈條的長在水平桌面上，而長垂于桌外，用外力使鏈條靜止。不計一切摩擦，桌子足夠高。下列說法中不正確的是（

）A．若自由釋放鏈條，則鏈條剛離開桌面時的速度B．若自由釋放鏈條，則鏈條剛離開桌面時的速度C．若要把鏈條全部拉回桌面上，至少要對鏈條做功D．若要把鏈條全部拉回桌面上，至少要對鏈條做功B組17．如圖所示，具有一定初速度的物塊沿傾角為30°的粗糙斜面向上運動的過程中受到一個恒定的沿斜面向上的拉力F的作用，這時物塊產生沿斜面向下的大小為6m/s2的加速度，那么物塊向上運動的過程中，下列說法正確的是()A．物塊的機械能一定增加B．物塊的機械能一定減少C．物塊的機械能可能不變D．物塊的機械能可能增加也可能減少18.如圖所示，半徑為R的豎直光滑圓軌道內側底部靜止著一個光滑的小球，現(xiàn)給小球一個沖擊使其在瞬間得到一個水平初速度SKIPIF1<0，若SKIPIF1<0大小不同，則小球能夠上升到的最大高度（距離底部）也不同，下列說法正確的是A．如果SKIPIF1<0，則小球能夠上升的最大高度為SKIPIF1<0B．如果SKIPIF1<0，則小球能夠上升的最大高度為RC．如果SKIPIF1<0，則小球能夠上升的最大高度為SKIPIF1<0D．如果SKIPIF1<0，則小球能夠上升的最大高度為2R19．如圖所示，質量為m的物體，以某一初速度從A點向下沿光滑的軌道運動，不計空氣阻力，若物體通過軌道最低點B時的速度為3eq\r(gR)，求：(1)物體在A點時的速度大??；(2)物體離開C點后還能上升的高度。20.（多選）如圖所示，細輕桿的一端與小球相連，可繞O點的水平軸自由轉動.現(xiàn)給小球一初速度，使它在豎直平面內做圓周運動，a、b分別表示軌道的最低點和最高點，則小球在這兩點對桿的作用力大小之差可能為（）mgmgmgmg21．一根質量為m、長為L的均勻鏈條一半放在光滑的水平桌面上，另一半懸在桌邊