機(jī)械能守恒定律+高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修2

人教版高一物理必修第二冊(cè)第二學(xué)期第八章8.2重力勢(shì)能第八章機(jī)械能守恒定律8.4

機(jī)械能守恒定律核心素養(yǎng)目標(biāo)1、物理觀念：知道能量守恒是自然界的重要規(guī)律，知道什么是機(jī)械能，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容及條件。2、科學(xué)思維：領(lǐng)悟從守恒的角度分析問(wèn)題的方法，會(huì)根據(jù)機(jī)械能守恒的條件判斷機(jī)械能是否守恒，并能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問(wèn)題。3、科學(xué)探究：理解機(jī)械能守恒定律，體會(huì)守恒觀念對(duì)認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的重要性。4、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：認(rèn)識(shí)機(jī)械能守恒定律對(duì)日常生活的影響，體會(huì)守恒思想對(duì)物理學(xué)的推動(dòng)作用。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點(diǎn)：知道能量守恒是自然界的重要規(guī)律，知道什么是機(jī)械能，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容及條件。領(lǐng)悟從守恒的角度分析問(wèn)題的方法，會(huì)根據(jù)機(jī)械能守恒的條件判斷機(jī)械能是否守恒，并能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問(wèn)題。教學(xué)難點(diǎn)：認(rèn)識(shí)機(jī)械能守恒定律對(duì)日常生活的影響，體會(huì)守恒思想對(duì)物理學(xué)的推動(dòng)作用。復(fù)習(xí)回顧1.重力勢(shì)能公式

2.重力做功和重力勢(shì)能的關(guān)系式？3.動(dòng)能定理的表達(dá)式？

動(dòng)能的公式情境導(dǎo)入機(jī)械能的概念機(jī)械能勢(shì)能重力勢(shì)能彈性勢(shì)能動(dòng)能任務(wù)探究一機(jī)械能概念：機(jī)械能是動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的統(tǒng)稱(chēng)，用符號(hào)E表示表達(dá)式：E=Ep+Ek

動(dòng)能和勢(shì)能都是標(biāo)量、狀態(tài)量，所以狀態(tài)的機(jī)械能E也是標(biāo)量、狀態(tài)量。任務(wù)探究一質(zhì)量為2Kg的小球在距離地面10m高處瞬時(shí)速度是10m/s，求出此刻小球的機(jī)械能?(g=10m/s2)（以地面為參考面或者以?huà)伋鳇c(diǎn)為參考面）E=Ek+Ep=300J任務(wù)探究一機(jī)械能之間的互相轉(zhuǎn)化請(qǐng)同學(xué)們回答下圖中涉及哪些能量的轉(zhuǎn)換任務(wù)探究一結(jié)論重力勢(shì)能和動(dòng)能之間可以互相轉(zhuǎn)化重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能之間可以互相轉(zhuǎn)化動(dòng)能和彈性勢(shì)能之間可以互相轉(zhuǎn)化任務(wù)探究一伽利略斜面實(shí)驗(yàn)追尋守恒量小球好像“記得”開(kāi)始的高度，何種“東西”不變的？

伽利略曾研究過(guò)小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)。他發(fā)現(xiàn)：無(wú)論斜面B比斜面A陡些或緩些，小球的速度最后總會(huì)在斜面上的某點(diǎn)變?yōu)?，這點(diǎn)距斜面底端的豎直高度與它出發(fā)時(shí)的高度基本相同。在小球的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，有哪些物理量是變化的？哪些是不變的？你能找出不變的量嗎？任務(wù)探究一能量角度：下滑時(shí)重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加；上滑時(shí)重力勢(shì)能增加，動(dòng)能減少。追尋守恒量科學(xué)方法：采用理想實(shí)驗(yàn)法，其核心是“可靠的事實(shí)”+“嚴(yán)密的邏輯推理”。理想斜面實(shí)驗(yàn)任務(wù)探究一（1）小球沿斜面從高處由靜止?jié)L下時(shí)，高度不斷減小，速度不斷增大。（2）小球從斜面底沿另一斜面向上滾時(shí)，位置不斷升高，速度不斷減小。小球每次好像都“記得”自己的起始高度，到斜面的另一邊，總要達(dá)到原來(lái)的高度。小球憑借其位置而具有的重力勢(shì)能與其運(yùn)動(dòng)而具有的動(dòng)能在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是相互轉(zhuǎn)化的，而其總量是保持不變的。任務(wù)探究一機(jī)械能守恒定律內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。這叫做機(jī)械能守恒定律）。機(jī)械能守恒的條件：①只有重力對(duì)物體做功時(shí)物體的機(jī)械能守恒②彈簧和物體組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒③其它力不做功或功等于零任務(wù)探究一表達(dá)式初狀態(tài)的機(jī)械能跟末狀態(tài)的機(jī)械能相等。E1＝E2機(jī)械能的變化量為零。ΔE＝0初狀態(tài)的動(dòng)能和勢(shì)能之和等于末狀態(tài)的動(dòng)能和勢(shì)能之和。EP1＋Ek1＝EP2＋Ek2任務(wù)探究一動(dòng)能與重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化任務(wù)探究一被壓縮的彈簧彈射的過(guò)程繩上彈起的過(guò)程動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化任務(wù)探究一1.重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能與動(dòng)能都是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的能量形式——機(jī)械能。2.通過(guò)重力或彈力做功，機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化任務(wù)探究一任務(wù)探究一定律理解任務(wù)探究一判斷下圖中系統(tǒng)及單個(gè)物體的機(jī)械能是否守恒？定律理解任務(wù)探究二【例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．甲圖中，物體A將彈簧壓縮的過(guò)程中，物體A的機(jī)械能守恒B．乙圖中，物體B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑時(shí)，機(jī)械能守恒C．丙圖中，不計(jì)任何阻力時(shí)A加速下落、B加速上升的過(guò)程中，A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D．丁圖中，不計(jì)空氣阻力，小球由水平位置A處?kù)o止釋放，運(yùn)動(dòng)到B處的過(guò)程中，機(jī)械能守恒BCDA與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能才守恒只有重力做功，其他力做功代數(shù)和為0AB組成的額系統(tǒng)內(nèi)，只有動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化小球所受的拉力不做功，只有重力做功任務(wù)探究二下列幾個(gè)物理過(guò)程中,機(jī)械能一定守恒的是(不計(jì)空氣阻力)()A.物體沿光滑曲面自由下滑的過(guò)程B.鐵球在水中下沉的過(guò)程C.在拉力作用下,物體沿斜面勻速上滑的過(guò)程D.將物體豎直向上拋出,物體上升的過(guò)程AD任務(wù)探究二如圖：在水平臺(tái)面上的A點(diǎn)，一個(gè)質(zhì)量為m的物體以初速度v0被拋出，不計(jì)空氣阻力，求它到達(dá)B點(diǎn)的速度大小。轉(zhuǎn)化式求解：小球從A到B的過(guò)程中，重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量ΔEp減＝ΔEk增

任務(wù)探究二把一個(gè)小球用細(xì)線(xiàn)懸掛起來(lái)，就成為一個(gè)擺（如圖），擺長(zhǎng)為l，最大偏角為θ。小球運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí)的速度是多大？分析

小球擺動(dòng)過(guò)程中受重力和細(xì)線(xiàn)的拉力。細(xì)線(xiàn)的拉力與小球的運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功，所以這個(gè)過(guò)程中只有重力做功，機(jī)械能守恒。小球在最高點(diǎn)只有重力勢(shì)能，沒(méi)有動(dòng)能，計(jì)算小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)重力勢(shì)能的差值，根據(jù)機(jī)械能守恒定律就能得出它在最低點(diǎn)的動(dòng)能，從而算出它在最低點(diǎn)的速度。小球在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高度差為l－lcosθ，這點(diǎn)可由幾何關(guān)系得出任務(wù)探究二選擇A、C點(diǎn)所在的水平面作為參考平面時(shí)小球在最高點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能為E1＝Ep1＋Ek1＝0小球擺球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能Ep2＝－mgh＝－mgl(1－cosθ)動(dòng)能Ek2＝機(jī)械能E2＝Ep2＋Ek2＝－mgl(1－cosθ)。根據(jù)機(jī)械能守恒定律有0＝－mgl(1－cosθ)所以θlCAO任務(wù)探究二應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟：(1)確定研究對(duì)象(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行正確的受力分析(3)判定各個(gè)力是否做功，并分析是否符合機(jī)械能守恒的條件(4)視解題方便選取零勢(shì)能參考平面，并確定研究對(duì)象在始、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能。(5)根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程，或再輔之以其他方程，進(jìn)行求解。任務(wù)探究三【例2】如圖所示，把一個(gè)小球用細(xì)線(xiàn)懸掛起來(lái)，就成為一個(gè)擺，擺長(zhǎng)為l，最大偏角為θ。如果阻力可以忽略，小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度大小是多少？【解】以小球?yàn)檠芯繉?duì)象。設(shè)最低點(diǎn)O的重力勢(shì)能為0，以小球最高點(diǎn)的狀態(tài)作為初狀態(tài)，以小球最低點(diǎn)的狀態(tài)作為末狀態(tài)。初狀態(tài)的機(jī)械能：末狀態(tài)的機(jī)械能：由機(jī)械能守恒定律得：需要設(shè)定零勢(shì)能面得所求的速度大?。喝蝿?wù)探究三【例3】一條輕繩跨過(guò)定滑輪，繩的兩端各系一個(gè)小球A和B，B球的質(zhì)量是A球的質(zhì)量的3倍。用手托住B球，當(dāng)輕繩剛好被拉緊時(shí)，B球離地的高度是h，A球靜止于地面，如圖所示?，F(xiàn)釋放B球，當(dāng)B球剛落地時(shí)，求A球的速度大?。ǘɑ喌馁|(zhì)量及滑輪與軸間的摩擦均不計(jì)，重力加速度為g）?！緞?dòng)力學(xué)方法】【動(dòng)能定理】【機(jī)械能守恒定律】①隔離法：對(duì)A：T-mg=ma對(duì)B:3mg-T=3ma聯(lián)立得：

T=1.5mg②根據(jù)牛頓第二定律求出A球的加速度a=g/2③根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解A球速度v①由連接體問(wèn)題的思路求出繩上的拉力：T=1.5mg②根據(jù)動(dòng)能定理分析A球：

(T-mg)h=mv2/2根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒：

3mgh=mgh+mv2/2+3mv2/2

任務(wù)探究三隨堂演練1.關(guān)于機(jī)械能守恒的敘述，下列說(shuō)法正確的是A.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，機(jī)械能一定守恒B.物體所受的合力不等于零，機(jī)械能可能守恒C.物體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能一定守恒D.物體所受合力做功為零，機(jī)械能一定守恒任務(wù)探究三2.如圖9是一個(gè)設(shè)計(jì)“過(guò)山車(chē)”的試驗(yàn)裝置的原理示意圖，斜面AB與豎直面內(nèi)的圓形軌道在B點(diǎn)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(gè)質(zhì)量為m的小車(chē)(可視為質(zhì)點(diǎn))在A點(diǎn)由靜止釋放沿斜面滑下，小車(chē)恰能通過(guò)圓形軌道的最高點(diǎn)C.已知重力加速度為g.求：(1)A點(diǎn)距水平面的高度h；(2)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)小車(chē)對(duì)圓形軌道壓力的大小.任務(wù)探究三由A運(yùn)動(dòng)到C，設(shè)地面的