2024版新教材高中物理第八章機(jī)械能守恒定律4.機(jī)械能守恒定律課件新人教版必修第二冊(cè)

4．機(jī)械能守恒定律核心素養(yǎng)定位物理觀念(1)知道什么是機(jī)械能，理解物體動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化．(2)通過機(jī)械能守恒定律的學(xué)習(xí)，初步建立能量觀念、體會(huì)守恒思想．(3)知道機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和守恒條件．科學(xué)思維(1)會(huì)分析機(jī)械能守恒的條件，在具體實(shí)例中分析動(dòng)能與勢(shì)能(包括彈性勢(shì)能)之間的相互轉(zhuǎn)化．(2)理解機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)過程．(3)會(huì)從做功和能量轉(zhuǎn)化的角度判斷機(jī)械能是否守恒，能應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問題．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)通過對(duì)機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證，能認(rèn)識(shí)科學(xué)規(guī)律的建立需要實(shí)驗(yàn)證據(jù)的檢驗(yàn)．(2)能認(rèn)識(shí)機(jī)械能守恒定律對(duì)日常生活的影響．導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)共研·突破關(guān)鍵能力精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)一、追尋守恒量伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)探究如圖所示．1．過程：將小球由斜面A上某位置由________釋放，小球運(yùn)動(dòng)到斜面B上．2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：小球從斜面A上由靜止向下滾動(dòng)的高度降低，速度________，向上滾動(dòng)速度減小，高度________.因?yàn)橛心Σ?，到達(dá)右側(cè)的最大高度，總比左側(cè)釋放的高度小．3．假設(shè)推理：如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必將準(zhǔn)確地終止于它開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的________，不會(huì)更高一點(diǎn)，也不會(huì)更低一點(diǎn)．4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：這說明某種“東西”在小球運(yùn)動(dòng)的過程中是____________．在物理學(xué)上我們把這個(gè)不變量叫作能量或者能．靜止增大升高高度不變的二、動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化1．機(jī)械能的形式：重力勢(shì)能、________與動(dòng)能都是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的能量形式，統(tǒng)稱為________．2．表達(dá)式：E＝Ek＋Ep.3．轉(zhuǎn)化的方式：通過___________做功，機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式．每種能量轉(zhuǎn)化都對(duì)應(yīng)一個(gè)力做功

4．標(biāo)矢性：機(jī)械能是狀態(tài)量，是________(選填“標(biāo)量”或“矢量”)．

與某一時(shí)刻對(duì)應(yīng)彈性勢(shì)能機(jī)械能重力或彈力標(biāo)量

互相轉(zhuǎn)化保持不變

Ek1＋Ep1

E1重力彈力【情境思考】一支可伸縮的圓珠筆，內(nèi)有一根彈簧，尾部有一個(gè)小帽，壓一下小帽，筆尖就伸出．如圖所示，手握筆桿，使筆尖向上，小帽抵在桌面上，在壓下后突然放手，筆桿豎直向上跳起高度為10cm，忽略空氣阻力．判斷以下問題：(1)圓珠筆彈起過程中，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為圓珠筆的動(dòng)能和重力勢(shì)能．(

)(2)圓珠筆下落過程中，其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能.(

)(3)圓珠筆下落過程中，其機(jī)械能不守恒．(

)(4)圓珠筆起跳的初速度約為1.4m/s.(

)√××√1

如何認(rèn)識(shí)伽利略斜面實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化？

2

機(jī)械能守恒的條件絕不是合力做的功為零，更不是合力為零．物體所受合力為零，機(jī)械能不一定守恒，要注意與動(dòng)能定理區(qū)分．

(1)機(jī)械能守恒的對(duì)象是系統(tǒng)，不是單個(gè)物體．若以地球?yàn)閰⒖枷?，可將物體和地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能簡(jiǎn)稱為物體的機(jī)械能．(2)機(jī)械能的大小由物體的狀態(tài)決定，即由物體所處的位置(高度)和速度大小決定．共研·突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一對(duì)機(jī)械能守恒的理解及判斷【導(dǎo)思】如圖所示，過山車由高處在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下飛奔而下．(1)過山車受哪些力作用？各做什么功？(2)過山車下滑時(shí)，動(dòng)能和勢(shì)能怎么變化？?jī)煞N能的和不變嗎？(3)若忽略過山車的摩擦力和空氣阻力，過山車下滑時(shí)機(jī)械能守恒嗎？提示：(1)過山車受重力、軌道支持力、摩擦力和空氣阻力；重力做正功，軌道支持力不做功，摩擦力和空氣阻力做負(fù)功．(2)過山車下滑時(shí)，勢(shì)能減少，動(dòng)能增加，兩種能的和減少．(3)若忽略過山車的摩擦力和空氣阻力，過山車下滑時(shí)機(jī)械能守恒．【歸納】1．對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解(1)只有重力做功，只發(fā)生動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化．(2)只有系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，只發(fā)生動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化．(3)只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，只發(fā)生動(dòng)能、彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化．(4)除受重力和彈力外，其他力也做功，但其他力做功的代數(shù)和始終為零．注意：機(jī)械能守恒的物體所受合外力不一定為零．2．判斷機(jī)械能守恒的方法(1)做功分析法(常用于單個(gè)物體)(2)能量分析法(常用于多個(gè)物體組成的系統(tǒng))(3)機(jī)械能的定義法機(jī)械能等于動(dòng)能與勢(shì)能之和，若一個(gè)過程中動(dòng)能不變，勢(shì)能變化，則機(jī)械能不守恒，如勻速上升的物體機(jī)械能增加．【典例】例1以下四種情景中，a的機(jī)械能守恒的是(不計(jì)空氣阻力)(

)答案：C解析：物塊a沿固定斜面勻速下滑和沿粗糙的圓弧面加速下滑的過程中，都受到摩擦力作用，有內(nèi)能產(chǎn)生，則物塊a的機(jī)械能不守恒，故A、B錯(cuò)誤；擺球a由靜止釋放，自由擺動(dòng)過程中，只有重力做功，擺球a的動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒，故C正確；小球a由靜止釋放至運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過程中，小球a和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，小球a的機(jī)械能不守恒，故D錯(cuò)誤．例

2(多選)如圖所示，用輕彈簧相連的物塊A和B放在光滑的水平面上，物塊A緊靠豎直墻壁，一顆子彈沿水平方向射入物塊B后留在其中．由子彈、彈簧和A、B所組成的系統(tǒng)在下列依次進(jìn)行的過程中，機(jī)械能守恒的是(

)A．子彈射入物塊B的過程B．物塊B與子彈同速向左運(yùn)動(dòng)，直到彈簧最短的過程C.彈簧推著帶子彈的物塊B向右運(yùn)動(dòng)，直到彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng)的過程D．帶著子彈的物塊B因慣性繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)的過程答案：BCD解析：子彈射入物塊B的過程中，子彈和物塊B組成的系統(tǒng)中摩擦力做功，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，機(jī)械能不守恒，A錯(cuò)誤；物塊B與子彈同速向左運(yùn)動(dòng)，直到彈簧最短的過程中，物塊A、B、彈簧和子彈組成的系統(tǒng)雖然受墻壁的彈力作用，但此彈力不做功，只有系統(tǒng)內(nèi)彈簧的彈力做功，動(dòng)能和彈性勢(shì)能發(fā)生轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，B正確；同理，彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng)過程中，機(jī)械能也守恒，C正確；彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)后，整個(gè)系統(tǒng)繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，物塊和彈簧組成的系統(tǒng)中只有彈簧彈力做功，故系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，D正確．目標(biāo)二機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用【導(dǎo)思】如圖，質(zhì)量為m的小球從光滑曲面上滑下．當(dāng)它到達(dá)高度為h1的位置A時(shí)，速度的大小為v1，滑到高度為h2的位置B時(shí)，速度的大小為v2.在由高度h1滑到高度h2的過程中(不計(jì)空氣阻力)：小球下滑過程中機(jī)械能守恒嗎？若守恒，列出表達(dá)式．

【歸納】1．機(jī)械能守恒定律的表達(dá)形式2．用機(jī)械能守恒定律解題的基本思路

答案：AB

【典例】例4如圖所示，水平輕彈簧一端與墻相連，處于自由伸長(zhǎng)狀態(tài)，質(zhì)量為4kg的木塊沿光滑的水平面以5m/s的速度開始運(yùn)動(dòng)并擠壓彈簧．(1)求彈簧的最大彈性勢(shì)能；(2)求木塊被彈回速度增大到3m/s時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能．

精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)1.如圖所示，下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷，正確的是(

)A．圖甲中，火箭升空的過程中，若勻速升空機(jī)械能守恒，若加速升空機(jī)械能不守恒B．圖乙中物體勻速運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒C．圖丙中小球做加速運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能守恒D．圖丁中，輕彈簧將A、B兩小車彈開，兩小車組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，兩小車和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒答案：D解析：題圖甲中無論火箭勻速上升還是加速上升，都有推力做正功，機(jī)械能增加，A錯(cuò)誤；題圖乙中物體沿斜面勻速上升，動(dòng)能不變，重力勢(shì)能增加，機(jī)械能增加，B錯(cuò)誤；題圖丙中，小球沿粗糙斜面加速滾下過程中，除了重力做功，還有摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少，C錯(cuò)誤；題圖丁中，彈簧的彈力做功，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為兩小車的動(dòng)能，兩小車組成的系統(tǒng)機(jī)械能增加，而兩小車與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，D正確．2．如圖為一位小朋友在水上世界玩水滑梯，她坐在離水面高為16m的滑梯頂端由靜止下滑．不考慮水的阻力，下滑過程可認(rèn)為機(jī)械能守恒，小朋友的質(zhì)量為30kg，下列說法正確的是(

)A．無論選擇哪個(gè)位置為零勢(shì)能參考平面，她下滑時(shí)的總機(jī)械能總是4800JB．無論選擇哪個(gè)位置為零勢(shì)能參考平面，她下滑時(shí)的總機(jī)械能變化量總是4800JC．小朋友質(zhì)量越大，下滑到水滑梯底端的速度越大D．下滑時(shí)，小朋友會(huì)偏向滑道的外側(cè)答案：D

3．如圖所示是一兒童游戲機(jī)的工作示意圖．光滑游戲面板與水平面成一夾角θ，半徑為R的四分之一圓弧軌道BC與AB管道相切于B點(diǎn)，C點(diǎn)為圓弧軌道最高點(diǎn)，輕彈簧下端固定在AB管道的底端，上端系一輕繩，繩通過彈簧內(nèi)部連一手柄P.將球投入AB管道內(nèi)，緩慢下拉手柄使彈簧被壓縮，釋放手柄，彈珠被彈出，與游戲面板內(nèi)的障礙物發(fā)生一系列碰撞后落入彈珠槽里，根據(jù)入槽情況可以獲得不同的獎(jiǎng)勵(lì)．假設(shè)所有軌道均光滑，忽略空氣阻力和手柄質(zhì)量，彈珠視為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度為g.某次緩慢下拉手柄，使彈珠距B點(diǎn)為L(zhǎng)，釋放手柄，彈珠被彈出，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度為v.

答案：D

4．(多選)2022年第24屆冬奧會(huì)在北京—張家口成功舉辦，圖甲為在張家口的國(guó)家跳臺(tái)滑