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

4．機(jī)械能守恒定律目標(biāo)體系構(gòu)建【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．通過機(jī)械能守恒定律的學(xué)習(xí)，初步建立能量觀念，體會守恒思想。2．會用能量觀念分析具體實(shí)例中動能與勢能(包括彈性勢能)之間的相互轉(zhuǎn)化。3．理解機(jī)械能守恒定律的推導(dǎo)過程。4．會判斷機(jī)械能是否守恒，能用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問題。【思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋

1．追尋守恒量：伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)中，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)動時的________，這說明某種“東西”在小球運(yùn)動的過程中是________的。2．重力勢能可以與________相互轉(zhuǎn)化。3．彈性勢能可以與________相互轉(zhuǎn)化。高度

知識點(diǎn)1追尋守恒量、動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化不變

動能

動能

4．機(jī)械能：(1)重力勢能、________勢能與動能都是機(jī)械運(yùn)動中的能量形式，統(tǒng)稱為__________。(2)機(jī)械能可以從一種形式________成另一種形式。彈性

機(jī)械能

轉(zhuǎn)化

知識點(diǎn)2機(jī)械能守恒定律mgh1－mgh2

等于

2．內(nèi)容在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以________，而總的機(jī)械能____________。3．守恒條件物體系統(tǒng)中只有________或________做功?；ハ噢D(zhuǎn)化

保持不變

重力

彈力

思考辨析『判一判』(1)通過重力做功，動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化。 (

)(2)物體自由下落時，重力做正功，物體的動能和重力勢能都增加。 (

)(3)機(jī)械能守恒時，物體一定只受重力和彈力作用。 (

)(4)合力做功為零，物體的機(jī)械能一定保持不變。 (

)(5)合力為零，物體的機(jī)械能一定守恒。 (

)(6)只有重力做功時，物體的機(jī)械能一定守恒。 (

)√

×

×

×

×

√

『選一選』(2021·浙江高一月考)“娃娃機(jī)”指將商品陳列在一個透明的箱內(nèi)，其上有一個可控制抓取玩具的機(jī)器手臂，使用者要憑自己的技術(shù)操控手臂，以取到自己想要的玩具。關(guān)于“娃娃機(jī)”。下列說法正確的是 (

)A．機(jī)械爪抓到玩具勻速上升時，玩具機(jī)械能守恒B．機(jī)械爪抓到玩具加速水平移動時，玩具的機(jī)械能增加C．玩具從機(jī)械爪掉下時，速度增加，玩具的機(jī)械能增加D．機(jī)械爪抓到玩具加速上升時，機(jī)械爪做的功等于玩具重力勢能變化量B

解析：機(jī)器手臂抓到玩具勻速上升時，動能不變，重力勢能增大，所以玩具的機(jī)械能變大，故A錯誤；機(jī)器手臂抓到玩具加速水平運(yùn)動時，玩具的質(zhì)量不變，速度增大，則動能增大，玩具的機(jī)械能增加，故B正確；玩具從機(jī)械爪掉下時，在沒有空氣阻力的情況下，玩具從機(jī)器手臂處自由落下時，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，沒有能量的損失，即玩具的機(jī)械能守恒；若有空氣阻力的情況下，玩具的機(jī)械能減小，故C錯誤；機(jī)器手臂抓玩具加速上升時，動能和重力勢能均變大，所以手臂做的功等于玩具重力勢能與動能的增大量之和，故D錯誤。『想一想』下圖是上?！懊髦榫€”某車站的設(shè)計(jì)方案。由于站臺建得稍高，電車進(jìn)站時要上坡，出站時要下坡。忽略斜坡的摩擦力，你能分析這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)嗎？

答案：這樣設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)約電能。解析：電車進(jìn)站前雖關(guān)閉了電動機(jī)，但仍具有動能，可使電車爬上斜坡，這是將動能轉(zhuǎn)化為勢能儲存。出站時，電車可利用斜坡再將勢能轉(zhuǎn)化成動能?？梢?，這種設(shè)計(jì)方案可以節(jié)約電能。課內(nèi)互動探究探究

如圖所示，對機(jī)械能守恒定律的理解情景導(dǎo)入過山車由高處在關(guān)閉發(fā)動機(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，動能和勢能怎么變化？兩種能的和不變嗎？(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，勢能減少動能增加，兩種能的和減少。(3)若忽略過山車的摩擦力和空氣阻力，過山車下滑時機(jī)械能守恒。1．對機(jī)械能守恒條件的理解(1)只有重力做功，只發(fā)生動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化。(2)只有彈力做功，只發(fā)生動能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化。(3)只有重力和彈力做功，發(fā)生動能、彈性勢能、重力勢能的相互轉(zhuǎn)化。(4)除受重力或彈力外，其他力也做功，但其他力做功的代數(shù)和始終為零。要點(diǎn)提煉2．判斷機(jī)械能是否守恒的方法(1)做功條件分析：只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，其他力不做功或做功的代數(shù)和始終為零。(2)能量轉(zhuǎn)化分析：系統(tǒng)內(nèi)只有動能、重力勢能及彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化，即系統(tǒng)內(nèi)只有物體間的機(jī)械能相互轉(zhuǎn)移，則機(jī)械能守恒。(3)定義判斷法：如物體沿豎直方向或沿斜面勻速運(yùn)動時，動能不變，勢能變化，機(jī)械能不守恒。

(多選)如圖所示，典題1典例剖析下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是 (

)A．甲圖中，物體A將彈簧壓縮的過程中，A機(jī)械能守恒B．乙圖中，A置于光滑水平面，物體B沿光滑斜面下滑，物體B機(jī)械能守恒C．丙圖中，不計(jì)滑輪質(zhì)量和任何阻力時A加速下落，B加速上升過程中，A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D．丁圖中，小球沿水平面做勻速圓錐擺運(yùn)動時，小球的機(jī)械能守恒CD

思路引導(dǎo)：解答本題時應(yīng)注意以下三個方面：(1)機(jī)械能守恒時力做功的特點(diǎn)；(2)機(jī)械能守恒的研究對象；(3)機(jī)械能守恒中能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn)。解析：甲圖中重力和彈力做功，物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但物體A機(jī)械能不守恒，A錯。乙圖中物體B除受重力外，還受彈力，彈力對B做負(fù)功，機(jī)械能不守恒，但從能量特點(diǎn)看A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，B錯。

丙圖中A、B組成的系統(tǒng)只有重力做功，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能守恒，C對。丁圖中動能不變，勢能不變，機(jī)械能守恒，D對?？偨Y(jié)提升：物體的運(yùn)動形式有多種，判斷其機(jī)械能是否守恒，關(guān)鍵看是否只有重力或彈力做功或分析有無其他形式的能與機(jī)械能發(fā)生轉(zhuǎn)化。1．(2021·重慶市第三十七中學(xué)校高一月考)光滑水平面上有A、B兩木塊，A、B之間用一輕彈簧拴接，A靠在墻壁上，用力F向左推B使兩木塊之間的彈簧壓縮并處于靜止?fàn)顟B(tài)，若突然撤去力F，對點(diǎn)訓(xùn)練則下列說法中正確的是 (

)A．木塊A離開墻壁前，A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒B．木塊A離開墻壁后，A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒C．木塊A離開墻壁前，A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D．木塊A離開墻壁后，A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒解析：木塊A離開墻壁前，彈簧的彈力對B做功，則A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，但是A、B彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，選項(xiàng)A錯誤，C正確；木塊A離開墻壁后，彈簧的彈力對AB都做功，則A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，但是A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，選項(xiàng)BD錯誤。C

探究

如圖所示，是運(yùn)動員投擲鉛球的動作，如果忽略鉛球所受空氣的阻力。機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用情景導(dǎo)入(1)鉛球在空中運(yùn)動過程中，機(jī)械能是否守恒？(2)若鉛球被拋出時速度大小一定，鉛球落地時的速度大小與運(yùn)動員將鉛球拋出的方向有關(guān)嗎？(3)在求解鉛球落地的速度大小時，可以考慮應(yīng)用什么規(guī)律？提示：(1)由于阻力可以忽略，鉛球在空中運(yùn)動過程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒。(2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律，落地時速度的大小與運(yùn)動員將鉛球拋出的方向無關(guān)。(3)可以應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，也可以應(yīng)用動能定理。1．機(jī)械能守恒的表達(dá)式及其意義：要點(diǎn)提煉

表達(dá)式物理意義從不同狀態(tài)看Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能從轉(zhuǎn)化角度看Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp過程中動能的增加量等于勢能的減少量從轉(zhuǎn)移角度看EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB系統(tǒng)只有A、B兩物體時，A增加的機(jī)械能等于B減少的機(jī)械能2．應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的步驟3．機(jī)械能守恒定律和動能定理的比較兩大規(guī)律比較內(nèi)容機(jī)械能守恒定律動能定理應(yīng)用范圍只有重力和彈力做功時無條件限制物理意義其他力(重力、彈力以外)所做的功是機(jī)械能變化的量度合外力對物體做的功是動能變化的量度關(guān)注角度守恒的條件和始末狀態(tài)機(jī)械能的形式及大小動能的變化及改變動能的方式(合外力做功情況)(1)機(jī)械能守恒定律是一種“能—能轉(zhuǎn)化”關(guān)系，其守恒是有條件的，因此，應(yīng)用時首先要對研究對象在所研究的過程中機(jī)械能是否守恒做出判斷。(2)由于應(yīng)用動能定理不需要滿足什么條件，所以涉及功能關(guān)系問題時還是優(yōu)先考慮動能定理。特別提醒典題2典例剖析思路引導(dǎo)：根據(jù)機(jī)械能守恒定律、豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動和平拋運(yùn)動規(guī)律，綜合分析求解。對點(diǎn)訓(xùn)練D

C

核心素養(yǎng)提升非質(zhì)點(diǎn)類物體的機(jī)械能守恒問題1．在應(yīng)用機(jī)械能守恒定律處理實(shí)際問題時，經(jīng)常遇到像“鏈條”“液柱”類的物體，其在運(yùn)動過程中將發(fā)生形變，其重心位置相對物體也發(fā)生變化，因此這類物體不能再看成質(zhì)點(diǎn)來處理。2．物體雖然不能看成質(zhì)點(diǎn)來處理，但因只有重力做功，物體整體機(jī)械能守恒。一般情況下，可將物體分段處理，確定質(zhì)量分布均勻的規(guī)則物體各部分的重心位置，根據(jù)初、末狀態(tài)物體重力勢能的變化列式求解。

如圖所示，總長為L的光滑勻質(zhì)鐵鏈跨過一個光滑的輕質(zhì)小滑輪，不計(jì)滑輪大小，開始時下端A、B相平齊，當(dāng)略有擾動時其A端下落，則當(dāng)鐵鏈剛脫離滑輪的瞬間，鐵鏈的速度為多大？(重力加速度為g)案例課堂達(dá)標(biāo)檢測1．(2021·青海西寧市高一月考)如圖所示，下列四個選項(xiàng)的圖中，木塊均在固定的斜面上運(yùn)動，其中圖A、B、C中的斜面是光滑的，圖D中的斜面是粗糙的，圖A、B中的F為木塊所受的外力，方向如圖中箭頭所示，圖A、B、D中的木塊向下運(yùn)動，圖C中的木塊向上運(yùn)動，在這四個圖所示的運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒的是 (

)C

解析：由A圖可知，力F對物體做正功，機(jī)械能增加，不守恒，故A錯誤；由B圖可知，力F做負(fù)功，機(jī)械能減小，故B錯誤；C圖中物體斜面光滑，運(yùn)動過程中只有重力做功，只有重力勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒，故C正確；D圖中斜面粗糙，物體下滑中，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減小，不守恒，故D錯誤。2．(2021·江蘇南通市高一月考)如圖所示，質(zhì)量為m的蘋果從距地面高度為H的樹上由靜止開始下落，樹下有一深度為h的坑。若以地面為零勢能參考平面，則蘋果剛要落到坑底時的機(jī)械能為

(

)A．－mght B．mgHC．mg(H＋h) D．mg(H－h(huán))解析：以地面為重力勢能的參考平面，蘋果剛下落時的機(jī)械能為mgH，下落過程中蘋果只受重力，機(jī)械能守恒，則知當(dāng)蘋果將要落到坑底時，其機(jī)械能等于剛下落時的機(jī)械能mgH。故選B。B

3．(2021·安徽省桐城中學(xué)高一月考)如圖是為了檢驗(yàn)?zāi)撤N防護(hù)罩承受沖擊能力的裝置的一部分，M為半徑為R＝1.0m、固定于豎直平面內(nèi)的四分之一光滑圓弧軌道，軌道上端切線水平，M的下端相切處放置豎直向上的彈簧槍，可發(fā)射速度不同的質(zhì)量m＝0.01kg的小鋼珠。假設(shè)某次發(fā)射的鋼珠沿軌道內(nèi)側(cè)恰好能經(jīng)過M的上端點(diǎn)水平飛出，取g＝10m/s2，彈簧槍的長度不計(jì)，則發(fā)射該鋼珠前，彈簧的彈性勢能為 (

)A．0.10J B．0.15JC．0．20J D．0.25JB

4．(2021·北京交通大學(xué)附屬中學(xué)高一期末)小明同學(xué)用實(shí)驗(yàn)研究