人教版物理（中職）類 2.3《勢(shì)能 機(jī)械能守恒定律》 導(dǎo)學(xué)案（無(wú)答案）

第３節(jié)《勢(shì)能機(jī)械能守恒定律》課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)單基礎(chǔ)層次（A層次）一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握重力勢(shì)能的概念、大小及相對(duì)性。2、了解機(jī)械能的定義。3、知道各種形式的機(jī)械能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。4、掌握機(jī)械能守恒定律，并能應(yīng)用機(jī)械能守恒定律進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。二、學(xué)習(xí)過程：任務(wù)一:重力勢(shì)能1、___＿＿_(dá)_______＿_(dá)__＿_(dá)__＿_(dá)_＿_(dá)____＿_(dá)__叫做重力勢(shì)能。通常用符號(hào)＿_(dá)_____＿表示重力勢(shì)能。2、重力勢(shì)能的公式__________＿_(dá)＿_(dá)___＿_(dá)___________＿_(dá)_。３、重力勢(shì)能的相對(duì)性如圖所示,一層樓的高度為３ｍ,講臺(tái)的高度為1m,在二樓教室,一個(gè)粉筆盒放在講臺(tái)上,此時(shí),我們要研究粉筆盒所處的高度,必須要指出以什么位置作為參考平面。如果以地球的地面為參考，則粉筆盒的高度為4米,如果以二樓教室的地面為參考,則粉筆盒的高度為1米，如果以講臺(tái)的臺(tái)面為參考，則粉筆盒的高度為0米由此我們可以看出,高度是一個(gè)相對(duì)量，具有相對(duì)性（取不同的參考面,其高度的數(shù)值不同）。重力勢(shì)能w=mgh是通過高度算出來的,因?yàn)楦叨染哂邢鄬?duì)性，所以重力勢(shì)能也具有相對(duì)性?！谟?jì)算重力勢(shì)能時(shí),應(yīng)同時(shí)說明__＿_(dá)______的位置。一般情況下,常選__＿_(dá)_＿為零勢(shì)能面。當(dāng)零勢(shì)能面選定后,處于零勢(shì)能面以上的物體，公式中的h取__＿_(dá)＿_(dá)值，其重力勢(shì)能也為__＿_(dá)值；處于零勢(shì)能面以下的物體，公式中的h取__＿_(dá)＿_(dá)值,其重力勢(shì)能也為___＿值。任務(wù)二:機(jī)械能的定義1、復(fù)習(xí)動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的概念物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能；物體由于被舉高而具有的能叫重力勢(shì)能；物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫彈性勢(shì)能。２、這三種能的共同特點(diǎn)▲這三種能有一個(gè)共同的特點(diǎn)，那就是都與物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)有關(guān)，因此，我們把它們統(tǒng)稱為機(jī)械能。任務(wù)三:機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化1、當(dāng)物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的高度越來越___＿_(dá),根據(jù)勢(shì)能的公式可知,重力勢(shì)能越來越_＿_(dá)__＿;另外,在這個(gè)過程中，物體的速度越來越＿_(dá)＿_(dá)__，根據(jù)動(dòng)能的公式可知,物體的動(dòng)能越來越____＿_(dá)。因此,物體做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí),實(shí)際上是將___＿_(dá)__＿能轉(zhuǎn)化為＿＿_(dá)_＿_(dá)__能的過程。2、當(dāng)物體做上拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，，物體的高度越來越_____，根據(jù)勢(shì)能的公式可知，重力勢(shì)能越來越______;另外,在這個(gè)過程中，物體的速度越來越_____＿,根據(jù)動(dòng)能的公式可知,物體的動(dòng)能越來越______。因此，物體做上拋運(yùn)動(dòng)時(shí),實(shí)際上是將__＿_(dá)____能轉(zhuǎn)化為___＿_(dá)___能的過程。3、如圖所示,當(dāng)振子由Ｂ點(diǎn)向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),由于振子受到的彈力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同,所以振子的速度越來越快，動(dòng)能越來越大，這實(shí)際上是彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程;當(dāng)振子由Ｏ點(diǎn)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于振子受到的彈力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反,所以振子的速度越來越慢，動(dòng)能越來越小,這實(shí)際上是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能的過程。任務(wù)四:機(jī)械能守恒定律1、機(jī)械能守恒定律在只有_＿_(dá)＿_(dá)_（或__＿_(dá)＿_(dá)_)做功的情況下，物體的__＿＿_(dá)___和__＿_(dá)_____(或______＿_(dá)）發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量__＿_(dá)_＿_(dá)__＿_(dá)。這個(gè)結(jié)論叫_＿_(dá)_＿_(dá)__＿_(dá)__________＿_(dá)_。２、應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟。(1)（判斷是否符合機(jī)械能守恒的條件）確定零勢(shì)能面;(2)分別寫出初狀態(tài)和末狀態(tài)的總機(jī)械能；（３)根據(jù)機(jī)械能守恒定律列方程;（４）解方程求未知量。例:物體從１ｍ高、2m長(zhǎng)的光滑斜面頂端,由靜止開始無(wú)摩擦地滑下，到達(dá)斜面底端時(shí)的速度是多大?(不計(jì)空氣阻力)解:設(shè)物體的質(zhì)量為m，取斜面最底端所在的水平面為零勢(shì)能面。物體在斜面頂端時(shí)的機(jī)械能物體到底斜面底端時(shí)的機(jī)械能根據(jù)機(jī)械能守恒定律得所以三、檢測(cè)反饋1、教學(xué)樓的樓層高度為3米，講臺(tái)的高度為1米，一粉筆盒，其質(zhì)量為0.5ｋg，放在二樓的講臺(tái)上。則以地球的地面為零勢(shì)能面,粉筆盒的重力勢(shì)能為___＿_(dá)_J;以二樓教室的地面為零勢(shì)能面,粉筆盒的重力勢(shì)能為＿_(dá)＿_(dá)__J；以講臺(tái)的臺(tái)面為零勢(shì)能面,粉筆盒的重力勢(shì)能為_＿_(dá)___J；以二樓教室的天花板為零勢(shì)能面，粉筆盒的重力勢(shì)能為２、與物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)有關(guān)的能統(tǒng)稱為＿＿_(dá)_____。包括___＿_(dá)____、_＿_(dá)__＿_(dá)___和______＿＿＿_(dá)_。３、將小球以29．4m應(yīng)用層次（B層次)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)（在A層次的基礎(chǔ)上增加)1、了解重力做功與重力勢(shì)能的變化關(guān)系。2、掌握機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用條件。二、學(xué)習(xí)過程：任務(wù)一:討論重力做功與重力勢(shì)能的變化關(guān)系１、當(dāng)物體下降時(shí)（１）重力的做功情況重力的方向豎直向下,物體的位移方向也是豎直向下,重力的方向與物體位移的方向相同，所以重力做正功。重力所做的功為(2)重力勢(shì)能的變化情況物體下降，高度減少,所以重力勢(shì)能減小，重力勢(shì)能的減少量為（３）結(jié)論：對(duì)比重力所做的功和重力勢(shì)能的減少量，我們就可以得出這樣的結(jié)論物體下降，重力做正功，物體的重力勢(shì)能減小，重力勢(shì)能的減小量就等于重力對(duì)物體所做的功。2、當(dāng)物體上升時(shí)（1)重力的做功情況重力的方向總是________＿_(dá)，物體的位移方向______＿_(dá)_,重力的方向與物體位移的方向_＿_(dá)____,所以重力做___＿_(dá)__功。重力所做的功為(因?yàn)椋瑁?lt;ｈ2,ｗ值為負(fù)）重力做負(fù)功，我們也可以說成:物體克服重力做功，但數(shù)值為正，即物體克服重力所做的功為(2）重力勢(shì)能的變化情況物體上升,高度增加,所以重力勢(shì)能增加,重力勢(shì)能的增加量為(３)結(jié)論：對(duì)比物體克服重力所做的功和重力勢(shì)能的增加量,我們就可以得出這樣的結(jié)論物體上升，重力做負(fù)功,物體的重力勢(shì)能增大，重力勢(shì)能的增加量就等于物體克服重力所做的功。3、統(tǒng)一公式:無(wú)論是物體上升還是下降，下面的公式都適用。[注意：初－末,上升h１<h2,W重為負(fù)，下降ｈ1>h2,W重為正］任務(wù)二:機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用條件機(jī)械能守恒的條件：1、在動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化過程中,機(jī)械能守恒的條件是：只有重力做功。注意:①只有重力做功有兩層含義:一是只受重力且做功。如自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、上拋運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)等。二是除了重力還受其他力,但其他力不做功。比如：?jiǎn)螖[。擺球在運(yùn)動(dòng)過程中,除了受到重力外，還受到繩子的拉力，但繩子的拉力在運(yùn)動(dòng)過程中，始終跟運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功,即只有重力做功。故這種情況下機(jī)械能守恒。再比如:物體沿光滑斜面下滑。在下滑過程中,物體除受重力外，還受斜面對(duì)物體的支持力，但支持力跟運(yùn)動(dòng)方向始終垂直,不做功，即只有重力做功。故機(jī)械能守恒。②解這類題目時(shí),首先要分析,物體在運(yùn)動(dòng)過程中是不是只有重力做功。如果是，就可以根據(jù)機(jī)械能守恒解題；如果不是,則不能用機(jī)械能守恒解題,必須另想他法。比如：物體沿粗糙的斜面下滑。除了重力做功外，還有摩擦力做功,不符合機(jī)械能守恒的條件,故不能用機(jī)械能守恒定律解題。再比如:降落傘在下落的一定的時(shí)候，下落的速度幾乎保持不變，即動(dòng)能不變,而重力勢(shì)能隨著高度的下降在逐漸變小，因此總機(jī)械能在減小,顯然降落傘的下落運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械能不守恒。究其原因,降落傘在下落過程中,所受空氣的阻力就等于重力，不可以忽略不計(jì)，因此在這個(gè)過程中，除了重力做功外，還有空氣阻力對(duì)它做負(fù)功，不符合機(jī)械能的守恒條件。2、在動(dòng)能和彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化過程中,機(jī)械能守恒的條件是：只有彈力做功。比如:如圖所示假如不考慮振子與橫桿之間的摩擦力及振子所受到的空所阻力,振子受如圖所示的三個(gè)力的作用，其中重力和支持力都跟運(yùn)動(dòng)方向垂直,不做功,故只有彈力做功，機(jī)械能守恒。三、檢測(cè)反饋１、如圖所示,斜面的傾角為30０,坡長(zhǎng)為10m,物體的質(zhì)量為2kg。以B點(diǎn)所在水平面為零勢(shì)能面，則物體在A點(diǎn)時(shí)的勢(shì)能為＿_(dá)__＿_(dá)_＿＿_(dá)_＿＿J，物體在B點(diǎn)時(shí)的勢(shì)能為_＿_(dá)____J；以A點(diǎn)所在的水平面為零勢(shì)能面，則物體在A點(diǎn)時(shí)的勢(shì)能為_＿＿_(dá)__＿＿J，物體在Ｂ點(diǎn)時(shí)的勢(shì)能為___＿_(dá)_＿_(dá)＿J。若物體從斜面頂端A點(diǎn)下滑到斜面底端Ｂ點(diǎn),重力做_____功（填“正”或“負(fù)”)，做功的大小為_＿＿_(dá)_＿＿_(dá)J,重力勢(shì)能是＿＿_(dá)_______(填“增加”或“減小”），變化了_＿_(dá)__＿_(dá)J；若物體從斜面底端B點(diǎn)被推到斜面頂端A點(diǎn),重力做____＿功(填“正”或“負(fù)”)，做功的大小為___＿_(dá)__＿J，物體克服重力做了__＿＿_(dá)＿Ｊ的功,重力勢(shì)能是____＿_(dá)____（填“增加”或“減小”)，變化了___＿_(dá)__J。2、以9.8ｍ/s的初速度豎直上拋質(zhì)量為2０0g的小球,不計(jì)空氣阻力,求：（１)此球所能達(dá)到最大高度3、在下面各實(shí)例中,哪些過程機(jī)械能是守恒的,哪些是不守恒的？為什么?（1)物塊沿光滑斜面下滑;（2)物塊沿斜面勻速下滑;(３)物體做自由落體運(yùn)動(dòng);（４）跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中張開降落傘后勻速下落。4、運(yùn)動(dòng)員用手把離地1.6m高處的鉛球推出去,使之獲得5ｍ/s的斜向上方的初速度，不計(jì)空氣阻力,拓展層次（C層次)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)(在A、B兩層次的基礎(chǔ)上增加)1、了解重力勢(shì)能公式的推導(dǎo)；2、了解彈性勢(shì)能和勢(shì)能的概念3、會(huì)證明自由落體運(yùn)動(dòng)、沿光滑斜面下滑的物體機(jī)械能守恒二、學(xué)習(xí)過程：任務(wù)一：重力勢(shì)能公式的推導(dǎo)▲假如說，物體處于地面時(shí)的勢(shì)能為零。▲把質(zhì)量為m的物體從地面勻速舉高到高度h處,則外力Ｆ做的功為W=Fh=mｇｈ▲前面我們講過“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”對(duì)物體做了多少功,則物體就獲得多大的能。因此，原來沒有能量的物體,經(jīng)過做功后，獲得了mgh的能量，這個(gè)能就是勢(shì)能，用Ep表示。則有W=mgｈ=Eｐ-0=Ep即Ep=mgh結(jié)論：物體的重力勢(shì)能等于物體的質(zhì)量、重力加速度和高度的乘積。任務(wù)二:彈性勢(shì)能一個(gè)物體能對(duì)外做功，我們就說它具有能。物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能。具有動(dòng)能的物體能夠?qū)ν庾龉?。物體由于被舉高而具有的能,叫重力勢(shì)能。具有重力勢(shì)能的物體也能對(duì)外做功。除了這兩種情況外,有沒有其他情況下,物體也能對(duì)外做功呢？(１)將彈簧壓縮和伸長(zhǎng),彈簧就具備了對(duì)外做功的能力；(2）將弓拉開,弓就具有了對(duì)外做功的能力。事實(shí)上，一切發(fā)生彈性形變的物體都能對(duì)外做功，都具有能量。如:發(fā)條、網(wǎng)球拍、發(fā)生形變的竹片等。在它們恢復(fù)原狀的時(shí)候都能對(duì)外界做功。由于物體發(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢(shì)能?！鴦?dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能都與機(jī)械運(yùn)動(dòng)有關(guān),因此，統(tǒng)稱為機(jī)械能?！枰獜?qiáng)調(diào)的是:三種機(jī)械能是可以相互轉(zhuǎn)化的（１)物體下降:重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。（2)物體上升：動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。(３）彈簧振子：動(dòng)能與彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。（4)蹦蹦床:動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。任務(wù)三：勢(shì)能１、分析重力勢(shì)能（１)談到重力勢(shì)能，必須要涉及到兩個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng):一是地球,二是地球附近的物體。(2）這兩個(gè)物體之間存在著引力（重力）作用。（３）在重力作用下,如果物體做下落運(yùn)動(dòng)，速度將越來越快，即動(dòng)能越來越大，根據(jù)能量守恒定律（能量既不可能憑空產(chǎn)生,也不可能憑空消失,只能由一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能，或者由一個(gè)物體轉(zhuǎn)移給另一個(gè)物體),必然存在一種隨著高度下降越來越小的能,這種能就是重力勢(shì)能。重力勢(shì)能是由物體相對(duì)于地球的高度決定的。2、分析彈性勢(shì)能（以彈簧振子為例)（1)存在著由兩個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng):一是振子,二是彈簧。(2）這兩個(gè)物體之間存在著彈力的作用。(3）如圖所示，在彈力作用下，由Ｂ點(diǎn)向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中,速度越來越快,即動(dòng)能越來越大,根據(jù)能量定恒定律,必然存在一種隨著離O點(diǎn)(平衡位置）越來越近而越來越小的能,這種能就是彈性勢(shì)能。彈性勢(shì)能是由振子偏離平衡位置的距離決定的。3、導(dǎo)出勢(shì)能的概念概括上面兩種勢(shì)能,我們可以找到它們的共同的東西：（1）是由兩個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)；(2）兩個(gè)物體間有力（引力、彈力、斥力）的作用；(3）因?yàn)槲矬w間有力的作用，因此如果只在這個(gè)力的作用下，物體運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)越來越快，即動(dòng)能越來越大，而動(dòng)能肯定是由某種能轉(zhuǎn)化而來，這種能就是勢(shì)能。歸納上面的共性,我們可以給勢(shì)能下如下定義:兩個(gè)物體之間,如果存在著力(吸引、斥力、彈力)的作用，那么由它們之間的相對(duì)位置必然決定一種能，這種能就叫做勢(shì)能。除重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能外，我們?cè)谝院蟮恼鹿?jié)中還將共同學(xué)習(xí)分子勢(shì)能和電勢(shì)能。任務(wù)四：證明自由落體運(yùn)動(dòng)、沿光滑斜面下滑的物體機(jī)械能守恒如圖所示,有一質(zhì)量為m的小球，從A處做自由落體運(yùn)動(dòng)。Ａ位置的高度為，當(dāng)它下落到位置B時(shí)，它的高度為，速度為Ｖ,到達(dá)地面C時(shí),速度為V。試比較小球在A、B、C三個(gè)位置的機(jī)械能。A點(diǎn):小球是靜止的，只有勢(shì)能,沒有動(dòng)能B點(diǎn)：小球既有動(dòng)能、又有勢(shì)能，機(jī)械能等于動(dòng)能和勢(shì)能之和。…………①根據(jù)動(dòng)能定理可知,在Ａ到Ｂ過程中外力所做的功…………②②式代入①式得Ｃ點(diǎn):小球落地時(shí)，只有動(dòng)能無(wú)勢(shì)能…………③根據(jù)動(dòng)能定理：在Ａ到C的過程中，重力所做功即…………④所以★由此可見，做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，機(jī)械能的總量相等,即在運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)械能守恒。再看一例:小球沿傾角為α、長(zhǎng)為L(zhǎng)的光滑斜面頂端從靜止開始下滑，分別求出小球在頂端Ａ和底端Ｂ兩個(gè)位置的機(jī)械能Ａ:只有勢(shì)能無(wú)動(dòng)能，Ｂ：只有動(dòng)能、無(wú)勢(shì)能因?yàn)闆]有摩擦力,所以A到Ｂ過程中，球受的合力F合＝mｇLsiｎαW合＝F合L＝mgＬｓiｎα根據(jù)動(dòng)能定理：W合＝所以所以即機(jī)械能守恒也就是說