高中物理第七章机械能守恒定律第15课时机械能守恒定律学案无答案新人教版必修2整理.docx

高中物理第七章机械能守恒定律第15课时机械能守恒定律学案无答案新人教版必修2整理.docx

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高中物理第七章机械能守恒定律第15课时机械能守恒定律学案无答案新人教版必修2整理

河北省邢台市高中物理第七章机械能守恒定律第15课时机械能守恒定律学案（无答案）新人教版必修2

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学案15机械能守恒定律

【学习目标】

1.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化.

2。

能够根据动能定理、重力做功与重力势能变化间的关系，推导出机械能守恒定律.

3。

会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题．

【学习任务】

一、动能与势能的相互转化

［问题设计]

1．物体沿光滑斜面下滑，重力对物体做正功，物体重力势能减少，减少的重力势能到哪里去了?

2．射箭时，发生弹性形变的弓恢复到原来形状时，弹性势能减少了,减少的弹性势能到哪里去了？

[要点提炼］

1．重力势能与动能的转化

重力做正功，重力势能减少，动能增加，重力势能转化为动能．

重力做负功，重力势能增加，动能减少，动能转化为重力势能．

2．弹性势能与动能的转化

弹力做正功，弹性势能减少，动能增加,弹性势能转化为动能．

弹力做负功，弹性势能增加，动能减少，动能转化为弹性势能．

3．重力势能、弹性势能和动能统称为机械能．

二、机械能守恒定律

［问题设计］

如图1所示，质量为m的物体自由下落的过程中，经过高度为h1的A点时速度为v1，下落到高度为h2的B点处时速度为v2，不计空气阻力,选择地面为参考平面，求:

图1

（1）物体在A、B处的机械能各是多少?

（2）比较物体在A、B处的机械能的大小．

［要点提炼]

1．机械能守恒定律的内容

在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化,而总的机械能保持不变．

2．三种表达式

（1）从不同状态看：

Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2（或E1＝E2）

此式表示系统的两个状态的机械能总量相等．

（2）从能的转化角度看：

ΔEk＝－ΔEp

此式表示系统动能的增加（减少）量等于势能的减少（增加）量．

（3）从能的转移角度看：

ΔEA增＝ΔEB减．

此式表示系统A部分机械能的增加量等于B部分机械能的减少量．

3．守恒的三类常见情况

（1）只受重力、弹力，不受其他力．

（2）除重力、弹力外还受其他力,但其他力都不做功．

（3）除重力、弹力外有其他力做功，但其他力做功之和为零．

[延伸思考]

做匀速直线运动的物体机械能一定守恒吗？

三、机械能守恒定律的应用步骤

1．确定研究对象．

2．对研究对象进行正确的受力分析．

3．判断各个力是否做功,并分析是否符合机械能守恒的条件．

4．视解题方便与否选取零势能参考平面，并确定研究对象在初、末状态时的机械能．

5．根据机械能守恒定律列出方程,或再辅以其他方程，进行求解．

一、机械能是否守恒的分析

例1

下列运动的物体,机械能守恒的是（）

A．物体沿斜面匀速下滑

B．物体从高处以0。

9g的加速度竖直下落

C．物体沿光滑曲面滑下

D．拉着一个物体沿光滑的斜面匀速上升

针对训练如图2所示，用一轻绳系一小球悬于O点．现将绳拉直使小球处于水平位置，然后静止释放，不计阻力．小球下落到最低点的过程中，下列表述正确的是（）

图2

A．小球的机械能守恒

B．小球所受的合力不变

C．小球的动能不断减小

D．小球的重力势能增加

二、机械能守恒定律的应用

例2

如图3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l＝1.6m，O点离地高H＝5.8m，不计绳断时的机械能损失，不计空气阻力，g取10m/s2，求：

图3

（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．

【补充学习材料】

1．（机械能是否守恒的判断）关于机械能守恒,下列说法正确的是（）

A．做自由落体运动的物体，机械能一定守恒

B．人乘电梯加速上升的过程，机械能守恒

C．物体必须在只受重力作用的情况下，机械能才守恒

D．合外力对物体做功为零时，机械能一定守恒

2．（机械能是否守恒的判断）如图4所示，一轻绳的一端系在固定粗糙斜面上的O点，另一端系一小球．给小球一足够大的初速度，使小球在斜面上做圆周运动．在此过程中（）

图4

A．小球的机械能守恒

B．重力对小球不做功

C．轻绳的张力对小球不做功

D．在任何一段时间内，小球克服摩擦力所做的功总是等于小球动能的减少量

3．（机械能守恒的应用）如图5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。

0m，荡到最高点时秋千绳与竖直方向成θ＝60°角，求荡到最低点时秋千的速度．（忽略空气阻力和摩擦，g＝9.8m/s2）

图5

4．（机械能守恒定律的应用）如图6所示,一固定在竖直平面内的光滑的半圆形轨道ABC，其半径R＝0.5m，轨道在C处与光滑的水平地面相切，在地面上给一物块某一初速度v0，使它沿CBA运动，且通过A点水平飞出．求水平初速度v0需满足什么条件？

（g取10m/s2）

图6

【实验班特供题组】

题组一机械能是否守恒的判断

1．下列物体在运动过程中，可视为机械能守恒的是（）

A．飘落中的树叶

B．乘电梯匀速上升的人

C．被掷出后在空中运动的铅球

D．沿粗糙斜面匀速下滑的木箱

2．以下说法正确的是（）

A．物体做匀速运动，它的机械能一定守恒

B．物体所受合力的功为零，它的机械能一定守恒

C．物体所受的合力不等于零，它的机械能可能守恒

D．物体所受的合力等于零，它的机械能一定守恒

3．物体在平衡力作用下运动的过程中，下列说法正确的是（）

A．机械能一定不变

B．物体的动能保持不变,而势能一定变化

C．若物体的势能变化，机械能一定变化

D．若物体的势能变化，机械能不一定变化

4．如图1所示，下列几种情况,系统的机械能守恒的是（）

图1

A．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．小车在左右运动时,木块相对于小车无滑动（车轮与地面摩擦不计）

D．图丙中如果小车运动时，木块相对小车有滑动

5．下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中选项A、B、C中斜面是光滑的，选项D中的斜面是粗糙的,选项A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，选项A、B、D中的木块向下运动，选项C中的木块向上运动．在这四个图所示的运动过程中木块机械能守恒的是（）

题组二机械能守恒定律的应用

6．一个人站在阳台上，以相同的速率v0，分别把三个球竖直向上抛出，竖直向下抛出，水平抛出，不计空气阻力,则三球落地时的速率（）

A．上抛球最大B．下抛球最大

C．平抛球最大D．三球一样大

7．把质量为3kg的石块从20m高的山崖上以沿水平方向成30°角斜向上的方向抛出（如图2所示）,抛出的初速度v0＝5m/s,石块落地时的速度大小与下面哪些量无关（g取10m/s2，不计空气阻力）（）

图2

A．石块的质量

B．石块初速度的大小

C．石块初速度的仰角

D．石块抛出时的高度

8．在足球赛中,红队球员在白队禁区附近主罚定位球，如图3所示，并将球从球门右上角擦着横梁踢进球门．球门高度为h，足球飞入球门的速度为v，足球的质量为m，则红队球员将足球踢出时对足球做的功W（不计空气阻力,足球视为质点）（）

图3

A．等于mgh＋

mv2

B．大于mgh＋

mv2

C．小于mgh＋

mv2

D．因为球入球门过程中的曲线的形状不确定，所以做功的大小无法确定

9．由光滑细管组成的轨道如图4所示，其中AB段和BC段是半径为R的四分之一圆弧，轨道固定在竖直平面内．一质量为m的小球，从距离水平地面高为H的管口D处静止释放,最后能够从A端水平抛出落到地面上．下列说法正确的是（）

图4

A．小球落到地面时相对于A点的水平位移值为2

B．小球落到地面时相对于A点的水平位移值为2

C．小球能从细管A端水平抛出的条件是H>2R

D．小球能从细管A端水平抛出的最小高度Hmin＝

R

10．以10m/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，取地面为零势能面，g取10m/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？

题组三综合应用

11．如图5所示,质量为m的物体,以某一初速度从A点向下沿光滑的轨道运动，不计空气阻力,若物体通过轨道最低点B时的速度为3

求：

图5

（1）物体在A点时的速度大小；

（2）物体离开C点后还能上升多高．

12．一质量为m＝2kg的小球从光滑的斜面上高h＝3.5m处由静止滑下，斜面底端平滑连接着一个半径R＝1m的光滑圆环，如图6所示,求：

图6

（1）小球滑到圆环顶点时对圆环的压力的大小；

（2）小球至少应从多高处由静止滑下才能越过圆环最高点？

（g取10m/s2）