2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第4講 能量守恒定律學案 魯科版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第4講 能量守恒定律學案 魯科版必修2 [目標定位]　1.理解機械能守恒定律的內(nèi)容和守恒條件，能用機械能守恒定律分析生活和生產(chǎn)中的有關問題.2.理解能量守恒定律的內(nèi)容，知道能量守恒是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一，會用能量守恒的觀點分析、解決一些實際問題． 一、機械能守恒定律 1．機械能：指______和______之和．在一定條件下，物體的動能和勢能可以__________． 2．如圖1所示，質(zhì)量為m的小球做自由落體運動的過程中經(jīng)過A、B兩點，則： 圖1 (1)重力做功與小球動能變化的關系為WG＝______________________. (2)重力做功與小球重力勢能變化的關系為WG＝____________. 綜合(1)、(2)兩種情況可以得出mv－mv＝______________或mv＋mgh2＝________________. 3．機械能守恒定律 (1)內(nèi)容：在只有______________做功的情況下，物體的______與________可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總量____________． (2)適用條件：只有______________做功． (3)表達式：Ek2＋Ep2＝____________或mv＋mgh2＝mv＋mgh1. 想一想　如果一個物體做勻速直線運動，其機械能一定守恒嗎？ 二、能量守恒定律 1．能量的轉(zhuǎn)化：自然界中，能的表現(xiàn)形式是多種多樣的，除了機械能外，還有______、______、______、化學能、原子能等，這些能量間都可以相互______． 2．能量守恒定律：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失．它只能從一種形式________為另一種形式或從一個物體________到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量____________． 3．永動機：不消耗任何______卻能持續(xù)不斷地對外______的機器，它違背了能量守恒原理，是不可能制成的． 一、對機械能守恒定律的理解 1．研究對象 (1)當只有重力做功時，可取一個物體(其實是物體與地球構(gòu)成的系統(tǒng))作為研究對象． (2)當物體之間的彈力做功時，必須將這幾個物體包括彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)作為研究對象(使這些彈力成為系統(tǒng)內(nèi)力)． 2．機械能守恒的條件 “只有重力或彈力做功”可能有以下三種情況： ①物體只受重力或彈力作用； ②除重力和彈力外，其他力不做功； ③除重力和彈力外，其他力做功的代數(shù)和為零． 特別提醒　(1)機械能守恒的條件不是物體所受的合力為零，也不是合力的功為零． (2)判斷單個物體的機械能是否守恒從機械能的定義或做功的力的特點上分析較好，而對系統(tǒng)的機械能是否守恒的判斷，從能量轉(zhuǎn)化的角度分析比較簡單，即系統(tǒng)內(nèi)的機械能沒有轉(zhuǎn)化為其他形式的能． 例1　下列敘述中正確的是(　　) A．沿斜面勻速上滑的物體機械能一定守恒 B．沿光滑曲面自由滑下的物體機械能一定守恒 C．外力對物體做功為零，物體的機械能一定守恒 D．系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功時，系統(tǒng)的機械能一定守恒 針對訓練1　如圖2所示，下列關于機械能是否守恒的判斷正確的是(　　) 圖2 A．甲圖中，物體A將彈簧壓縮的過程中，物體A機械能守恒 B．乙圖中，物體B沿粗糙斜面下滑時，物體B機械能守恒 C．丙圖中，不計任何阻力時，A加速下落，B加速上升過程中，A、B系統(tǒng)機械能守恒 D．丁圖中，小球沿水平面做勻速圓周運動時，小球的機械能守恒 二、機械能守恒定律的應用 1．常見的表達式 (1)Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2，即初狀態(tài)的動能與勢能之和等于末狀態(tài)的動能和勢能之和，用此式必須選擇參考平面． (2)ΔEk＝－ΔEp或ΔEp＝－ΔEk，即動能(或勢能)的增加量等于勢能(或動能)的減少量．用此式解不必選擇參考平面． (3)ΔEA＝－ΔEB，即A物體機械能的增加量等于B物體機械能的減少量．用此式不必選擇參考平面． 2．應用機械能守恒定律解題的思路 例2　如圖3所示，在水平臺面上的A點，一個質(zhì)量為m的物體以初速度v0被拋出，不計空氣阻力，求它到達距平臺高度為h的B點時速度的大?。? 圖3 針對訓練2　以10 m/s的速度將質(zhì)量為m的物體從地面上豎直向上拋出，若忽略空氣阻力，g取10 m/s2，則： (1)物體上升的最大高度是多少？ (2)上升過程中在何處重力勢能與動能相等？ 例3　如圖4所示，讓擺球從圖中A位置由靜止開始下擺，正好擺到最低點B位置時線被拉斷，設擺線長l＝1.6 m，O點離地高H＝5.8 m，不計繩斷時的機械能損失，不計空氣阻力，g取10 m/s2，求： 圖4 (1)擺球剛到達B點時的速度大??； (2)落地時擺球的速度大小． 對機械能守恒定律的理解 1.如圖5所示，彈簧固定在地面上，一小球從它的正上方A處自由下落，到達B處開始與彈簧接觸，到達C處速度為0，不計空氣阻力，則在小球從B到C的過程中(　　) 圖5 A．彈簧的彈性勢能不斷增大 B．彈簧的彈性勢能不斷減小 C．系統(tǒng)機械能不斷減小 D．系統(tǒng)機械能保持不變 2．如圖6所示，下列幾種情況，系統(tǒng)的機械能守恒的是(　　) 圖6 A．圖甲中一顆彈丸在光滑的碗內(nèi)做復雜的曲線運動 B．圖乙中運動員在蹦床上越跳越高 C．圖丙中小車上放一木塊，小車的左側(cè)由彈簧與墻壁相連．小車在左右振動時，木塊相對于小車無滑動(車輪與地面摩擦不計) D．圖丙中如果小車振動時，木塊相對小車有滑動 機械能守恒定律的應用 3．質(zhì)量為1 kg的物體從離地面1.5 m高處以速度10 m/s拋出，不計空氣阻力，若以地面為零勢能面，物體的機械能是________J，落地時的機械能是________J；若以拋出點為零勢能面，物體的機械能是________J，落地時的機械能是________J．(g取10 m/s2) 機械能的轉(zhuǎn)化和守恒的實驗探究 4．如圖7所示，蕩秋千是一種常見的娛樂休閑活動，也是我國民族運動會上的一個比賽項目．若秋千繩的長度為2 m，蕩到最高點時秋千繩與豎直方向成θ＝60角，求蕩到最低點時秋千的速度．(忽略空氣阻力和摩擦，g＝9.8 m/s2，計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖7 答案精析 第4講　能量守恒定律 預習導學 一、1.動能　勢能　相互轉(zhuǎn)化 2．(1)mv－mv　(2)mgh1－mgh2　mgh1－mgh2　mv＋mgh1 3．(1)重力(彈力)　動能　勢能　保持不變　(2)重力(或彈力)　(3)Ek1＋Ep1 想一想　不一定．物體做勻速直線運動，所受合外力為零，即合外力做功為零，物體的動能不變，但重力勢能不一定不變，例如物體在豎直方向做勻速直線運動時，動能不變，但重力勢能改變，物體的機械能就不守恒． 二、1.電能　光能　內(nèi)能　轉(zhuǎn)化 2．轉(zhuǎn)化　轉(zhuǎn)移　保持不變 3．能量　做功 課堂講義 例1　BD　[勻速上滑的物體，動能不變，但重力勢能增加，A錯誤；沿光滑曲面自由滑下的物體，只有重力對它做功，機械能守恒，B正確；外力對物體做功為零時，除重力之外的力有可能做功(如摩擦力做功)，此時機械能不一定守恒，C錯誤；系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功時，系統(tǒng)的機械能守恒，D正確．] 針對訓練1　CD 例2　 解析　法一　物體拋出后的運動過程中只受重力作用，機械能守恒，選地面為參考面，設水平臺面的高度為H，則mgH＋mv＝mg(H－h(huán))＋mv，解得vB＝ 法二　使用機械能守恒定律的另一種形式：重力勢能的減少量等于動能的增加量，有mgh＝mv－mv，解得vB＝. 針對訓練2　(1)5 m　(2)2.5 m 解析　(1)由于物體在運動過程中只有重力做功，所以機械能守恒．取地面為零勢能面，則E1＝mv，在最高點動能為0，故E2＝mgh，由機械能守恒定律E1＝E2可得： mv＝mgh，所以h＝＝ m＝5 m. (2)初態(tài)物體在地面上，E1＝mv，設重力勢能與動能相等時在距離地面h1高處，E2＝mv＋mgh1＝2mgh1，由機械能守恒定律可得：mv＝mv＋mgh1＝2mgh1，所以h1＝＝2.5 m. 例3　(1)4 m/s　(2)10 m/s 解析　(1)擺球由A到B的過程中只有重力做功，故機械能守恒．根據(jù)機械能守恒定律得 mg(1－sin 30)l＝mv，則vB＝＝＝ m/s＝4 m/s. (2)設擺球落地點為題圖中的D點，則擺球由B到D過程中只有重力做功，機械能守恒．根據(jù)機械能守恒定律得 mv＝mg(H－l)＋mv 則vD＝＝ m/s＝10 m/s. 對點練習 1．AD　2.AC 3．65　65　50　50 解析　若以地面為零勢能面，物體的機械能E1＝mv＋mgh＝1102 J＋1101.5 J＝65 J，由于只有重力做功，機械能守恒，故落地時的機械能也為65 J；若以拋出點為零勢能面，物體的機械能E2＝mv＝1102 J＝50 J，由于機械能守恒，落地時的機械能也是50 J. 4．4.4 m/s 解析　選擇秋千在最低點所處的水平面為零勢能參考平面．秋千蕩到最高點A時為初狀態(tài)，初動能Ek1＝0，而此時的重力勢能為Ep1＝mgl(1－cos θ)；在最低點B處為末狀態(tài)，末動能Ek2＝mv2，此時的重力勢能Ep2＝0.根據(jù)機械能守恒定律有Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1， 即mv2＝mgl(1－cos θ)，所以 v＝＝ m/s ≈4.4 m/s.