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(xué)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(xué)案 魯科版必修2 [目標(biāo)定位]　1.理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容和守恒條件，能用機(jī)械能守恒定律分析生活和生產(chǎn)中的有關(guān)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(diǎn)分析、解決一些實(shí)際問題． 一、機(jī)械能守恒定律 1．機(jī)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(yùn)動的過程中經(jīng)過A、B兩點(diǎn)，則： 圖1 (1)重力做功與小球動能變化的關(guān)系為WG＝______________________. (2)重力做功與小球重力勢能變化的關(guān)系為WG＝____________. 綜合(1)、(2)兩種情況可以得出mv－mv＝______________或mv＋mgh2＝________________. 3．機(jī)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(jī)械能的總量____________． (2)適用條件：只有______________做功． (3)表達(dá)式：Ek2＋Ep2＝____________或mv＋mgh2＝mv＋mgh1. 想一想　如果一個物體做勻速直線運(yùn)動，其機(jī)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(jī)械能外，還有______、______、______、化學(xué)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(jī)：不消耗任何______卻能持續(xù)不斷地對外______的機(jī)器，它違背了能量守恒原理，是不可能制成的． 一、對機(jī)械能守恒定律的理解 1．研究對象 (1)當(dāng)只有重力做功時，可取一個物體(其實(shí)是物體與地球構(gòu)成的系統(tǒng))作為研究對象． (2)當(dāng)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(jī)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(jī)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(jī)械能是否守恒從機(jī)械能的定義或做功的力的特點(diǎn)上分析較好，而對系統(tǒng)的機(jī)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(jī)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(jī)械能一定守恒 B．沿光滑曲面自由滑下的物體機(jī)械能一定守恒 C．外力對物體做功為零，物體的機(jī)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(jī)械能一定守恒 針對訓(xùn)練1　如圖2所示，下列關(guān)于機(jī)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(jī)械能守恒 B．乙圖中，物體B沿粗糙斜面下滑時，物體B機(jī)械能守恒 C．丙圖中，不計(jì)任何阻力時，A加速下落，B加速上升過程中，A、B系統(tǒng)機(jī)械能守恒 D．丁圖中，小球沿水平面做勻速圓周運(yùn)動時，小球的機(jī)械能守恒 二、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 1．常見的表達(dá)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(jī)械能的增加量等于B物體機(jī)械能的減少量．用此式不必選擇參考平面． 2．應(yīng)用機(jī)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(diǎn)，一個質(zhì)量為m的物體以初速度v0被拋出，不計(jì)空氣阻力，求它到達(dá)距平臺高度為h的B點(diǎn)時速度的大?。? 圖3 針對訓(xùn)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(diǎn)B位置時線被拉斷，設(shè)擺線長l＝1.6 m，O點(diǎn)離地高H＝5.8 m，不計(jì)繩斷時的機(jī)械能損失，不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s2，求： 圖4 (1)擺球剛到達(dá)B點(diǎn)時的速度大??； (2)落地時擺球的速度大?。? 對機(jī)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(dá)B處開始與彈簧接觸，到達(dá)C處速度為0，不計(jì)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(jī)械能不斷減小 D．系統(tǒng)機(jī)械能保持不變 2．如圖6所示，下列幾種情況，系統(tǒng)的機(jī)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(fù)雜的曲線運(yùn)動 B．圖乙中運(yùn)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(jì)) D．圖丙中如果小車振動時，木塊相對小車有滑動 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)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(jì)空氣阻力，若以地面為零勢能面，物體的機(jī)械能是________J，落地時的機(jī)械能是________J；若以拋出點(diǎn)為零勢能面，物體的機(jī)械能是________J，落地時的機(jī)械能是________J．(g取10 m/s2) 機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒的實(shí)驗(yàn)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(yùn)動會上的一個比賽項(xiàng)目．若秋千繩的長度為2 m，蕩到最高點(diǎn)時秋千繩與豎直方向成θ＝60角，求蕩到最低點(diǎn)時秋千的速度．(忽略空氣阻力和摩擦，g＝9.8 m/s2，計(jì)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(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 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(yùn)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(yùn)動時，動能不變，但重力勢能改變，物體的機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械能守恒，D正確．] 針對訓(xùn)練1　CD 例2　 解析　法一　物體拋出后的運(yùn)動過程中只受重力作用，機(jī)械能守恒，選地面為參考面，設(shè)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(jī)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(xùn)練2　(1)5 m　(2)2.5 m 解析　(1)由于物體在運(yùn)動過程中只有重力做功，所以機(jī)械能守恒．取地面為零勢能面，則E1＝mv，在最高點(diǎn)動能為0，故E2＝mgh，由機(jī)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(shè)重力勢能與動能相等時在距離地面h1高處，E2＝mv＋mgh1＝2mgh1，由機(jī)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(jī)械能守恒．根據(jù)機(jī)械能守恒定律得 mg(1－sin 30)l＝mv，則vB＝＝＝ m/s＝4 m/s. (2)設(shè)擺球落地點(diǎn)為題圖中的D點(diǎn)，則擺球由B到D過程中只有重力做功，機(jī)械能守恒．根據(jù)機(jī)械能守恒定律得 mv＝mg(H－l)＋mv 則vD＝＝ m/s＝10 m/s. 對點(diǎn)練習(xí) 1．AD　2.AC 3．65　65　50　50 解析　若以地面為零勢能面，物體的機(jī)械能E1＝mv＋mgh＝1102 J＋1101.5 J＝65 J，由于只有重力做功，機(jī)械能守恒，故落地時的機(jī)械能也為65 J；若以拋出點(diǎn)為零勢能面，物體的機(jī)械能E2＝mv＝1102 J＝50 J，由于機(jī)械能守恒，落地時的機(jī)械能也是50 J. 4．4.4 m/s 解析　選擇秋千在最低點(diǎn)所處的水平面為零勢能參考平面．秋千蕩到最高點(diǎn)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(diǎn)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(jī)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.