高中物理人教版 (新课标)必修28.机械能守恒定律导学案及答案

7.8《机械能守恒定律》导学案

【学习目标】

1．知道机械能的概念，知道物体的动能和势能可以相互转化。

2．理解机械能守恒定律的内容。

3．在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式[来源:学。科。网]

【重点难点】[来源:学科网ZXXK]

机械能守恒定律的理解和应用

【学法指导】

认真阅读教材，体会机械能的概念，体会机械能守恒的含义。

【知识链接】

1．重力势能：物体的重力与其所处_________的乘积叫重力势能能。定义式_________，是标量，具有相对性，只与位置有关，是状态量。

2．重力做功和重力势能变化的关系：WG=___________，WG是过程量，决定于始末位置，与路径_________。

3．弹性势能：发生弹性形变的物体由弹力决定的势能叫________，是标量，是状态量。弹力做功和弹性势能变化的关系：W弹=___________，弹力做正功，弹性势能减少，数值对应相等。

4．动能：物体由于__________而具有的能量叫动能。_________，动能是标量，是状态量，也有相对性。

5．动能定理：外力对物体做的_________等于物体动能的变化。W总=_________________

思维要点：__________________。（1）明确对象和研究过程，找出____、______状态的速度。（2）_________分析（包括重力、弹力等），明确各力做功的________。（3）注意运动的_______性，明确各阶段外力做功的情况

【学习过程】

一、动能与势能的相互转化

1．阅读教材75页，列举重力势能和动能相互转化的实例，课上交流[来源:学§科§网]

2．阅读教材75页，列举弹性势能和动能相互转化的实例，课上交流

3．什么是机械能？物体的_______、___________、_____________统称为机械能。

结论：以上实例表明，通过______做功或________做功，机械能可以从一种形式转化成另一种形式。

【尝试应用1】做平抛运动的小球，在运动过程中__________能转化为________能。如图，物体在光滑的水平面上滑行，碰到弹簧上，在弹簧被压缩的过程中，物体的—________能转化为______________能，当物体速度为_____时，弹簧压缩量最大，此时弹簧的弹性势能达到__________，之后弹簧把物体弹回，弹簧的___________向物体的_______转化。

二、机械能守恒定律

1．机械能守恒定律的导出

取地面为参考平面，则质量为m的物体在A处的重力势能为EP1=       ，在B处的重力势能为EP2=             

物体从A到B重力做的功W=                 （根据功定义式写）①

若物体在A处的速度为v1 ，在B处的速度为v2，根据动能定理可得

合力（即重力）的功W=                   ②

则由①②可得到：                            

移项后可得                                   [来源:学科网]

结论：在只有重力做功的物体系统内，           与       相互转化，而总的机械能保持不变。

同理，在只有弹簧的弹力做功的物体系统内，           与        相互转化，而总的机械能保持不变。

2．机械能守恒定律

（1）定律内容：在只有_______或________做功的物体系统内，动能和势能相互转化，但机械能的总量保持不变。（2）表达式：                 或    ______     

（3）判断机械能守恒的方法：①根据定律，是否只有     或    做功。②除动能和势能外，看是否有其他形式的能参与转化。

【尝试应用2】下列运动中机械能守恒的是              （      ）

A．降落伞在空中匀速下降          B．抛出去的铅球（不计空气阻力）

C．流星划过天空发出明亮的光      D．光滑曲面上自由下滑的物体

【合作探究】以物体沿光滑斜面下滑为例，推导机械能守恒定律的表达式，自己设出需要的物理量。                            推导：

3．例题（课本76页）

讨论：应用机械能守恒定律解题，与直接用牛顿定律解题相比，具有哪些优点和不足？

【训练测试】

1． 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

2． 游乐场中的一种滑梯如图所示．小朋友从轨道顶端由静止开始下滑，沿水平轨道滑动了一段距离后停下来，则(　　)

A．下滑过程中支持力对小朋友不做功

B．下滑过程中小朋友的重力势能增加[来源:学.科.网]

C．整个运动过程中小朋友的机械能守恒

D．在水平面滑动过程中摩擦力对小朋友做负功

3． 北京残奥会的开幕式上，三届残奥会冠军侯斌依靠双手牵引使自己和轮椅升至高空，点燃了残奥会主火炬，其超越极限、克服万难的形象震撼了大家的心灵．假设侯斌和轮椅是匀速上升的，则在上升过程中侯斌和轮椅的(　　)

A．动能增加   B．重力势能增加

C．机械能减少   D．机械能不变

4．如图是为了检验某种防护罩承受冲击能力的装置，M为半径R＝1.0m，固定于竖直平面内的光滑圆弧轨道，轨道上端切线水平，N为待检验的固定曲面，该曲面在竖直面内的截面为半径r＝m的圆弧，圆弧下端切线水平且圆心恰好位于M轨道的上端点．M的下端相切处置放竖直向上的弹簧枪，可发射速度不同的质量m＝0.01kg的小钢珠，假设某次发射的钢珠沿轨道恰好能过M的上端点，水平飞出后落到N的某一点上．取g＝10m/s2，求：

(1)发射该钢珠前，弹簧的弹性势能EP多大？

(2)钢珠落到圆弧N上时的速度大小vN是多少？

【参考答案】

1．答案：C

2．答案：AD

解析：下滑过程中支持力的方向总与速度方向垂直，所以支持力不做功，A正确；越往下滑动重力势能越小，B错误；摩擦力的方向与速度方向相反，所以摩擦力做负功，机械能减少，D正确，C错误．

3．答案：B

解析：匀速上升过程中动能不变，重力势能增加，机械能增加，所以只有B项正确．

4．答案：(1)0.15J　(2)4m/s

解析：(1)设钢珠在M轨道最高点的速度为v，

mg＝m①

从发射前到最高点，由机械能守恒定律得：

EP＝mgR＋mv2②

联立①、②解出EP＝0.15J

(2)钢珠从最高点飞出后，做平抛运动x＝vt③

y＝gt2④

由几何关系x2＋y2＝r2⑤

从飞出M到打在N的圆弧面上，由机械能守恒定律：

mgy＋mv2＝mv⑥

联立①、③、④、⑤、⑥解出所求vN＝4m/s

【学习反思】

机械能守恒定律的表达式有哪些？应用机械能守恒定律求解问题的一般步骤是怎样的？