機械能守恒定律+高一下學期物理人教版（2019）必修2

人教版高一物理必修第二冊第二學期第八章8.2重力勢能第八章機械能守恒定律8.4

機械能守恒定律核心素養(yǎng)目標1、物理觀念：知道能量守恒是自然界的重要規(guī)律，知道什么是機械能，理解機械能守恒定律的內容及條件。2、科學思維：領悟從守恒的角度分析問題的方法，會根據(jù)機械能守恒的條件判斷機械能是否守恒，并能運用機械能守恒定律解決有關問題。3、科學探究：理解機械能守恒定律，體會守恒觀念對認識物理規(guī)律的重要性。4、科學態(tài)度與責任：認識機械能守恒定律對日常生活的影響，體會守恒思想對物理學的推動作用。教學目標教學重點：知道能量守恒是自然界的重要規(guī)律，知道什么是機械能，理解機械能守恒定律的內容及條件。領悟從守恒的角度分析問題的方法，會根據(jù)機械能守恒的條件判斷機械能是否守恒，并能運用機械能守恒定律解決有關問題。教學難點：認識機械能守恒定律對日常生活的影響，體會守恒思想對物理學的推動作用。復習回顧1.重力勢能公式

2.重力做功和重力勢能的關系式？3.動能定理的表達式？

動能的公式情境導入機械能的概念機械能勢能重力勢能彈性勢能動能任務探究一機械能概念：機械能是動能、重力勢能、彈性勢能的統(tǒng)稱，用符號E表示表達式：E=Ep+Ek

動能和勢能都是標量、狀態(tài)量，所以狀態(tài)的機械能E也是標量、狀態(tài)量。任務探究一質量為2Kg的小球在距離地面10m高處瞬時速度是10m/s，求出此刻小球的機械能?(g=10m/s2)（以地面為參考面或者以拋出點為參考面）E=Ek+Ep=300J任務探究一機械能之間的互相轉化請同學們回答下圖中涉及哪些能量的轉換任務探究一結論重力勢能和動能之間可以互相轉化重力勢能和彈性勢能之間可以互相轉化動能和彈性勢能之間可以互相轉化任務探究一伽利略斜面實驗追尋守恒量小球好像“記得”開始的高度，何種“東西”不變的？

伽利略曾研究過小球在斜面上的運動。他發(fā)現(xiàn)：無論斜面B比斜面A陡些或緩些，小球的速度最后總會在斜面上的某點變?yōu)?，這點距斜面底端的豎直高度與它出發(fā)時的高度基本相同。在小球的運動過程中，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？任務探究一能量角度：下滑時重力勢能減少，動能增加；上滑時重力勢能增加，動能減少。追尋守恒量科學方法：采用理想實驗法，其核心是“可靠的事實”+“嚴密的邏輯推理”。理想斜面實驗任務探究一（1）小球沿斜面從高處由靜止?jié)L下時，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，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，總要達到原來的高度。小球憑借其位置而具有的重力勢能與其運動而具有的動能在運動過程中是相互轉化的，而其總量是保持不變的。任務探究一機械能守恒定律內容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內，動能與勢能可以互相轉化，而總的機械能保持不變。這叫做機械能守恒定律）。機械能守恒的條件：①只有重力對物體做功時物體的機械能守恒②彈簧和物體組成的系統(tǒng)的機械能守恒③其它力不做功或功等于零任務探究一表達式初狀態(tài)的機械能跟末狀態(tài)的機械能相等。E1＝E2機械能的變化量為零。ΔE＝0初狀態(tài)的動能和勢能之和等于末狀態(tài)的動能和勢能之和。EP1＋Ek1＝EP2＋Ek2任務探究一動能與重力勢能的相互轉化任務探究一被壓縮的彈簧彈射的過程繩上彈起的過程動能與勢能的相互轉化任務探究一1.重力勢能、彈性勢能與動能都是機械運動中的能量形式——機械能。2.通過重力或彈力做功，機械能可以從一種形式轉化為另一種形式。動能與勢能的相互轉化任務探究一任務探究一定律理解任務探究一判斷下圖中系統(tǒng)及單個物體的機械能是否守恒？定律理解任務探究二【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．甲圖中，物體A將彈簧壓縮的過程中，物體A的機械能守恒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，機械能守恒C．丙圖中，不計任何阻力時A加速下落、B加速上升的過程中，A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒D．丁圖中，不計空氣阻力，小球由水平位置A處靜止釋放，運動到B處的過程中，機械能守恒BCDA與彈簧組成的系統(tǒng)機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，只有動能與勢能轉化小球所受的拉力不做功，只有重力做功任務探究二下列幾個物理過程中,機械能一定守恒的是(不計空氣阻力)()A.物體沿光滑曲面自由下滑的過程B.鐵球在水中下沉的過程C.在拉力作用下,物體沿斜面勻速上滑的過程D.將物體豎直向上拋出,物體上升的過程AD任務探究二如圖：在水平臺面上的A點，一個質量為m的物體以初速度v0被拋出，不計空氣阻力，求它到達B點的速度大小。轉化式求解：小球從A到B的過程中，重力勢能的減少量等于動能的增加量ΔEp減＝ΔEk增

任務探究二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。小球運動到最低位置時的速度是多大？分析

小球擺動過程中受重力和細線的拉力。細線的拉力與小球的運動方向垂直，不做功，所以這個過程中只有重力做功，機械能守恒。小球在最高點只有重力勢能，沒有動能，計算小球在最高點和最低點重力勢能的差值，根據(jù)機械能守恒定律就能得出它在最低點的動能，從而算出它在最低點的速度。小球在最高點與最低點的高度差為l－lcosθ，這點可由幾何關系得出任務探究二選擇A、C點所在的水平面作為參考平面時小球在最高點時的機械能為E1＝Ep1＋Ek1＝0小球擺球到達最低點時的重力勢能Ep2＝－mgh＝－mgl(1－cosθ)動能Ek2＝機械能E2＝Ep2＋Ek2＝－mgl(1－cosθ)。根據(jù)機械能守恒定律有0＝－mgl(1－cosθ)所以θlCAO任務探究二應用機械能守恒定律解題的一般步驟：(1)確定研究對象(2)對研究對象進行正確的受力分析(3)判定各個力是否做功，并分析是否符合機械能守恒的條件(4)視解題方便選取零勢能參考平面，并確定研究對象在始、末狀態(tài)時的機械能。(5)根據(jù)機械能守恒定律列出方程，或再輔之以其他方程，進行求解。任務探究三【例2】如圖所示，把一個小球用細線懸掛起來，就成為一個擺，擺長為l，最大偏角為θ。如果阻力可以忽略，小球運動到最低點時的速度大小是多少？【解】以小球為研究對象。設最低點O的重力勢能為0，以小球最高點的狀態(tài)作為初狀態(tài)，以小球最低點的狀態(tài)作為末狀態(tài)。初狀態(tài)的機械能：末狀態(tài)的機械能：由機械能守恒定律得：需要設定零勢能面得所求的速度大?。喝蝿仗骄咳纠?】一條輕繩跨過定滑輪，繩的兩端各系一個小球A和B，B球的質量是A球的質量的3倍。用手托住B球，當輕繩剛好被拉緊時，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B球剛落地時，求A球的速度大小（定滑輪的質量及滑輪與軸間的摩擦均不計，重力加速度為g）?！緞恿W方法】【動能定理】【機械能守恒定律】①隔離法：對A：T-mg=ma對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)運動學公式求解A球速度v①由連接體問題的思路求出繩上的拉力：T=1.5mg②根據(jù)動能定理分析A球：

(T-mg)h=mv2/2根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒：

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

任務探究三隨堂演練1.關于機械能守恒的敘述，下列說法正確的是A.做勻速圓周運動的物體，機械能一定守恒B.物體所受的合力不等于零，機械能可能守恒C.物體做勻速直線運動，機械能一定守恒D.物體所受合力做功為零，機械能一定守恒任務探究三2.如圖9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點時小車對圓形軌道壓力的大小.任務探究三由A運動到C，設地面的