2019-2020年高中物理 第2章 能的转化与守恒 第4讲 能量守恒定律学案 鲁科版必修2.doc

2019-2020年高中物理 第2章 能的转化与守恒 第4讲 能量守恒定律学案 鲁科版必修2目标定位1.理解机械能守恒定律的内容和守恒条件，能用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题.2.理解能量守恒定律的内容，知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一，会用能量守恒的观点分析、解决一些实际问题一、机械能守恒定律1机械能：指_和_之和在一定条件下，物体的动能和势能可以_2如图1所示，质量为m的小球做自由落体运动的过程中经过A、B两点，则：图1(1)重力做功与小球动能变化的关系为WG_.(2)重力做功与小球重力势能变化的关系为WG_.综合(1)、(2)两种情况可以得出mvmv_或mvmgh2_.3机械能守恒定律(1)内容：在只有_做功的情况下，物体的_与_可以发生相互转化，但机械能的总量_(2)适用条件：只有_做功(3)表达式：Ek2Ep2_或mvmgh2mvmgh1.想一想如果一个物体做匀速直线运动，其机械能一定守恒吗？二、能量守恒定律1能量的转化：自然界中，能的表现形式是多种多样的，除了机械能外，还有_、_、_、化学能、原子能等，这些能量间都可以相互_2能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失它只能从一种形式_为另一种形式或从一个物体_到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量_3永动机：不消耗任何_却能持续不断地对外_的机器，它违背了能量守恒原理，是不可能制成的一、对机械能守恒定律的理解1研究对象(1)当只有重力做功时，可取一个物体(其实是物体与地球构成的系统)作为研究对象(2)当物体之间的弹力做功时，必须将这几个物体包括弹簧构成的系统作为研究对象(使这些弹力成为系统内力)2机械能守恒的条件“只有重力或弹力做功”可能有以下三种情况：物体只受重力或弹力作用；除重力和弹力外，其他力不做功；除重力和弹力外，其他力做功的代数和为零特别提醒(1)机械能守恒的条件不是物体所受的合力为零，也不是合力的功为零(2)判断单个物体的机械能是否守恒从机械能的定义或做功的力的特点上分析较好，而对系统的机械能是否守恒的判断，从能量转化的角度分析比较简单，即系统内的机械能没有转化为其他形式的能例1下列叙述中正确的是()A沿斜面匀速上滑的物体机械能一定守恒B沿光滑曲面自由滑下的物体机械能一定守恒C外力对物体做功为零，物体的机械能一定守恒D系统内只有重力或弹力做功时，系统的机械能一定守恒针对训练1如图2所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()图2A甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A机械能守恒B乙图中，物体B沿粗糙斜面下滑时，物体B机械能守恒C丙图中，不计任何阻力时，A加速下落，B加速上升过程中，A、B系统机械能守恒D丁图中，小球沿水平面做匀速圆周运动时，小球的机械能守恒二、机械能守恒定律的应用1常见的表达式(1)Ek1Ep1Ek2Ep2，即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能和势能之和，用此式必须选择参考平面(2)EkEp或EpEk，即动能(或势能)的增加量等于势能(或动能)的减少量用此式解不必选择参考平面(3)EAEB，即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量用此式不必选择参考平面2应用机械能守恒定律解题的思路例2如图3所示，在水平台面上的A点，一个质量为m的物体以初速度v0被抛出，不计空气阻力，求它到达距平台高度为h的B点时速度的大小图3针对训练2以10 m/s的速度将质量为m的物体从地面上竖直向上抛出，若忽略空气阻力，g取10 m/s2，则：(1)物体上升的最大高度是多少？(2)上升过程中在何处重力势能与动能相等？例3如图4所示，让摆球从图中A位置由静止开始下摆，正好摆到最低点B位置时线被拉断，设摆线长l1.6 m，O点离地高H5.8 m，不计绳断时的机械能损失，不计空气阻力，g取10 m/s2，求：图4(1)摆球刚到达B点时的速度大小；(2)落地时摆球的速度大小对机械能守恒定律的理解1.如图5所示，弹簧固定在地面上，一小球从它的正上方A处自由下落，到达B处开始与弹簧接触，到达C处速度为0，不计空气阻力，则在小球从B到C的过程中()图5A弹簧的弹性势能不断增大B弹簧的弹性势能不断减小C系统机械能不断减小D系统机械能保持不变2如图6所示，下列几种情况，系统的机械能守恒的是()图6A图甲中一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动B图乙中运动员在蹦床上越跳越高C图丙中小车上放一木块，小车的左侧由弹簧与墙壁相连小车在左右振动时，木块相对于小车无滑动(车轮与地面摩擦不计)D图丙中如果小车振动时，木块相对小车有滑动机械能守恒定律的应用3质量为1 kg的物体从离地面1.5 m高处以速度10 m/s抛出，不计空气阻力，若以地面为零势能面，物体的机械能是_J，落地时的机械能是_J；若以抛出点为零势能面，物体的机械能是_J，落地时的机械能是_J(g取10 m/s2)机械能的转化和守恒的实验探究4如图7所示，荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动，也是我国民族运动会上的一个比赛项目若秋千绳的长度为2 m，荡到最高点时秋千绳与竖直方向成60角，求荡到最低点时秋千的速度(忽略空气阻力和摩擦，g9.8 m/s2，计算结果保留两位有效数字)图7答案精析第4讲能量守恒定律预习导学一、1.动能势能相互转化2(1)mvmv(2)mgh1mgh2mgh1mgh2mvmgh13(1)重力(弹力)动能势能保持不变(2)重力(或弹力)(3)Ek1Ep1想一想不一定物体做匀速直线运动，所受合外力为零，即合外力做功为零，物体的动能不变，但重力势能不一定不变，例如物体在竖直方向做匀速直线运动时，动能不变，但重力势能改变，物体的机械能就不守恒二、1.电能光能内能转化2转化转移保持不变3能量做功课堂讲义例1BD匀速上滑的物体，动能不变，但重力势能增加，A错误；沿光滑曲面自由滑下的物体，只有重力对它做功，机械能守恒，B正确；外力对物体做功为零时，除重力之外的力有可能做功(如摩擦力做功)，此时机械能不一定守恒，C错误；系统内只有重力或弹力做功时，系统的机械能守恒，D正确针对训练1CD例2解析法一物体抛出后的运动过程中只受重力作用，机械能守恒，选地面为参考面，设水平台面的高度为H，则mgHmvmg(Hh)mv，解得vB法二使用机械能守恒定律的另一种形式：重力势能的减少量等于动能的增加量，有mghmvmv，解得vB.针对训练2(1)5 m(2)2.5 m解析(1)由于物体在运动过程中只有重力做功，所以机械能守恒取地面为零势能面，则E1mv，在最高点动能为0，故E2mgh，由机械能守恒定律E1E2可得：mvmgh，所以h m5 m.(2)初态物体在地面上，E1mv，设重力势能与动能相等时在距离地面h1高处，E2mvmgh12mgh1，由机械能守恒定律可得：mvmvmgh12mgh1，所以h12.5 m.例3(1)4 m/s(2)10 m/s解析(1)摆球由A到B的过程中只有重力做功，故机械能守恒根据机械能守恒定律得mg(1sin 30)lmv，则vB m/s4 m/s.(2)设摆球落地点为题图中的D点，则摆球由B到D过程中只有重力做功，机械能守恒根据机械能守恒定律得mvmg(Hl)mv则vD m/s10 m/s.对点练习1AD2.AC365655050解析若以地面为零势能面，物体的机械能E1mvmgh1102 J1101.5 J65 J，由于只有重力做功，机械能守恒，故落地时的机械能也为65 J；若以抛出点为零势能面，物体的机械能E2mv1102 J50 J，由于机械能守恒，落地时的机械能也是50 J.44.4 m/s解析选择秋千在最低点所处的水平面为零势能参考平面秋千荡到最高点A时为初状态，初动能Ek10，而此时的重力势能为Ep1mgl(1cos )；在最低点B处为末状态，末动能Ek2mv2，此时的重力势能Ep20.根据机械能守恒定律有Ek2Ep2Ek1Ep1，即mv2mgl(1cos )，所以v m/s4.4 m/s.