机械能守恒定律导学案高一下学期物理人教版

高一年级物理第八章机械能守恒定律自学探究学案8.4机械能守恒定律主备:王来智时间：5月26日班级姓名学习目标-核心素养物理观念：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.理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件；科学思维：在具体情景中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式。科学探究：通过推导机械能守恒定律，使学生养成对问题研究的严谨和严密的逻辑思维习惯。使学生树立科学观点，理解和运用自然规律并用来解决实际问题。自主学习（认真阅读课本，独立思考，相信你一定行﹗）一、追寻守恒量伽利略曾研究过小球在斜面上的运动，如图所示。将小球由斜面A上某位置由静止释放，如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球在斜面B上速度变为0（即到达最高点）时的高度与它出发时的高度，不会更高一点，也不会更低一点。这说明某种“东西”在小球运动的过程中是的。二、动能与势能的相互转化1．重力势能与动能的转化（分析：小球受什么力？有哪些力做功？能量怎么改变？）A→B:只有力做功，①重力对物体做功，则物体的重力势能，动能，物体的转化为；B→C：只有力做功，②重力对物体做功，则物体的重力势能，动能，物体的转化为；③重力势能与动能的转化定量关系如图所示，质量为m的物体沿光滑曲面滑下的过程中，下落到高度为h1的A处时速度为v1，下落到高度为h2的B处时速度为v2，重力加速度为g，不计空气阻力，选择地面为参考平面．（探究重力势能与动能的转化定量关系）结论：①重力对物体做功，则物体的重力势能，动能，②重力对物体做功，则物体的重力势能，动能，分析以下运动重力势能与动能的转化情况，规律与以上结论一致吗？2．弹性势能与动能的转化（分析：小球受什么力？有哪些力做功？能量怎么改变？）A→O:只有弹簧弹力做功，①弹力对物体做功，弹簧的弹性势能，物体的动能，弹簧的转化为物体的；O→B:只有弹簧弹力做功，②弹力对物体做功，弹簧的弹性势能，物体的动能，弹簧的转化为物体的；③弹性势能与动能的转化定量关系（参考推导重力势能与动能的转化定量关系探究弹性势能与动能的转化定量关系）结论：①弹力对物体做功，则物体的弹性势能，动能，②弹力对物体做功，则物体的弹性势能，动能，3．机械能：、与统称为机械能．理解：①机械能是状态量（对应物体在某一时刻或某一位置时的机械能）；②机械能具有相对性（其大小与参考系、零势能面的选取有关）。（3）标量：【例1】如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高为H处自由落下，不计空气阻力，重力加速度为g，以桌面所在水平面为参考平面，则小球落到地面前瞬间的机械能为．三.机械能守恒定律情景一、如图所示，质量为m的物体沿光滑曲面滑下的过程中，下落到高度为h1的A处时速度为v1，下落到高度为h2的B处时速度为v2，重力加速度为g，不计空气阻力，选择地面为参考平面．试推导物体在A点和在B点时的机械能有什么关系？结论:在只有力做功的系统内，动能与重力势能互相转化时总的保持不变。情景二、如图，光滑小球套在水平杆上运动，0为原长处，小球只在弹力的作用下从左向右运动，经过A点时速度为v1,经过B点时速度为v2,试推导物体在A点和在B机械能有什么关系？结论:在只有力做功的系统内，动能与弹性势能互相转化时总的保持不变。1．机械能守恒定律的内容：在只有或做功的物体系统内，与可以互相转化，而____________保持不变．2．表达式：守恒观点：Ek1＋Ep1.＝Ek2＋Ep2转化观点：∆Ek=-∆Ep①只有重力做功守恒观点：eq\f(1,2)mv12＋mgh1＝eq\f(1,2)mv22＋mgh2转化观点：eq\f(1,2)mv22-eq\f(1,2)mv12＝mgh1-mgh2②只有弹力做功守恒观点：eq\f(1,2)mv12＋eq\f(1,2)kx12＝eq\f(1,2)mv22＋eq\f(1,2)kx22转化观点：eq\f(1,2)mv22-eq\f(1,2)mv12＝eq\f(1,2)kx12-eq\f(1,2)kx22③重力、弹力都做功守恒观点：______转化观点：______3．应用机械能守恒定律解题的一般步骤(1)根据题意选取研究对象；(2)明确研究对象的运动过程，分析研究对象在此过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒．(3)确定研究对象在此过程中的初态和末态的机械能．(4)根据机械能守恒定律的不同表达式列方程并求解．强调：应用机械能守恒定律解决问题只需考虑运动的初状态和末状态，不必考虑两个状态间的过程细节，即可以简化计算．例题精讲例1.如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()A．图甲中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中它的机械能守恒B．图乙中物块在恒力F作用下沿固定光滑斜面匀速上滑过程中，物块的机械能守恒C．图丙中物块沿固定斜面匀速下滑过程中，物块的机械能不守恒D．图丁中撑竿跳高运动员在上升过程中机械能守恒例2.把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如图），摆长为l，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低位置细线受到拉力是多大？例3.以相同大小的初速度v0将物体从距地面高为h的同一水平面分别竖直上抛、竖直下抛、平抛、斜上抛、斜下抛，如图所示，试比较它们落地速度大小例4.如图是一个设计“过山车”的试验装置的原理示意图，斜面AB与竖直面内的圆形轨道在B点平滑连接，斜面AB和圆形轨道都是光滑的，圆形轨道半径为R，一个质量为m的小车(可视为质点)在A点由静止释放沿斜面滑下，小车恰能通过圆形轨道的最高点C.已知重力加速度为g.求：（1）A点距水平面的高度h；（2）运动到B点时小车对轨道压力的大小.强化练习A组1.如图，固定于O点细线下端系一小球，不计空气阻力，在水平拉力F作用下，小球以恒定速率在竖直平面内由A往B点运动，此过程中小球()A.所受合力为零B.所受水平拉力渐渐变小C.机械能守恒D.机械能增大2.物体在地面附近以3m/s2的加速度匀减速上升，则物体上升的过程中，物体机械能的变化是A.不变 B.增加 C.减少 D.无法判断3.伴随着人工智能的发展，我国部分地区已经实现无人机智能配送。如图所示，某次配送中，质量为m的货物在无人机拉力作用下匀速竖直上升，上升时速度大小为v，上升的高度为h，忽略空气阻力，重力加速度为g。下列说法正确的是（）A．拉力对货物做的功为mghB．货物的机械能保持不变C．货物的重力势能减少了mghD．合外力对货物所做总功为mgh4.图（a）中弹丸以一定的初始速度在光滑碗内做复杂的曲线运动，图（b）中的运动员在蹦床上越跳越高。下列说法中正确的是A.图（a）弹丸在上升的过程中，机械能逐渐增大B.图（a）弹丸在上升的过程中，机械能保持不变C.图（b）中的运动员多次跳跃后，机械能增大D.图（b）中的运动员多次跳跃后，机械能不变5．如图所示，轻弹簧下端连接一重物，用手托住重物并使弹簧处于压缩状态。然后手与重物一同缓慢下降，直至重物与手分离并保持静止。在此过程中，下列说法正确的是（）A．弹簧的弹性势能与物体的重力势能之和先减少再增加B．弹簧对重物做的功等于重物机械能的变化量C．重物对手的压力随下降的距离均匀变化D．手对重物做的功一定等于重物重力势能的变化量6.如图所示，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上.其正上方A位置有一只小球.小球从静止开始下落，在B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所受弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零.在小球下降阶段，下列说法中正确的是(不计空气阻力)C.从A→C位置小球重力势能的减少等于小球动能的增加7.如图所示，轻质弹簧的一端与墙相连，质量为2kg的滑块以5m/s的速度沿光滑平面运动并压缩弹簧，则弹簧在被压缩过程中的最大弹性势能为_______;当木块的速度减为2m/s时，弹簧的弹性势能为_______.8.如图所示，分别用质量不计不能伸长的细线与弹簧分别吊质量相同的小球A、B，将两球拉开使细线与弹簧都在水平方向上，且高度相同，而后由静止放开A、B两球，两球在运动中空气阻力不计，到最低点时两球在同一水平面上，则两球在最低点时的速度（)、B球的速度大小相等球的速度大球的速度大D.无法判断D．合外力对物体做的功等于物体机械能的增加量9．如图所示，质量为m的小球以速度v0离开桌面，若以桌面为零势能面，则它经过A点时所具有的机械能是（不计空气阻力）（）A.12mv02+mgh B．12mv02C．12mv02 D．12mv011.如图所示，光滑水平面AB与竖直面内光滑的半圆形导轨在B点衔接，导轨半径为R，一个质量为m的静止物块在A处压缩弹簧，释放物块后在弹力作用下获得一向右速度，当它经过B点进入导轨达到最高点C时，对轨道的弹力大小恰好等于其重力。已知重力加速度为g。求:释放物块前弹簧储存了多大的弹性势能?12.如图所示，由距离地面h2＝1m的高度处以v0＝4m/s的速度斜向上抛出质量为m＝1kg的物体，当其上升的高度为h1＝0.4m时到达最高点，最终落在水平地面上，现以过抛出点的水平面为参考平面，取重力加速度g＝10m/s2，不计空气阻力，则()A．物体在最大高度处的重力势能为14JB．物体在最大高度处的机械能为16JC．物体落地前瞬间的机械能为8JD．物体落地前瞬间的动能为8J13．一均匀直杆AB，长为r，从图所示位置由静止开始沿光滑面ABCD滑下，已知ACB是半径为r的圆弧，BD为水平面，当直杆滑到BD部分时的速度大小为。14.如图所示，一粗细均匀的U形管内装有同种液体竖直放置，右管口用盖板A密闭一部分气体，左管口开口，两液面高度差为h，U形管中液柱总长为4h.现拿去盖板，液柱开始流动，当两侧液面恰好相齐时右侧液面下降的速度大小为________.15．如图所示，长为质量为m的匀质链条AB对称挂在定滑轮上，在A端还连有一个质量也为m的珠子，无初速释放链条，当B端刚滑离滑轮时，求链条的速度。（不计摩擦，B端刚滑离滑轮时，A端没有着地）16．如图所示，有一条柔软的质量为m、长为L的均匀链条，开始时链条的长在水平桌面上，而长垂于桌外，用外力使链条静止。不计一切摩擦，桌子足够高。下列说法中不正确的是（

）A．若自由释放链条，则链条刚离开桌面时的速度B．若自由释放链条，则链条刚离开桌面时的速度C．若要把链条全部拉回桌面上，至少要对链条做功D．若要把链条全部拉回桌面上，至少要对链条做功B组17．如图所示，具有一定初速度的物块沿倾角为30°的粗糙斜面向上运动的过程中受到一个恒定的沿斜面向上的拉力F的作用，这时物块产生沿斜面向下的大小为6m/s2的加速度，那么物块向上运动的过程中，下列说法正确的是()A．物块的机械能一定增加B．物块的机械能一定减少C．物块的机械能可能不变D．物块的机械能可能增加也可能减少18.如图所示，半径为R的竖直光滑圆轨道内侧底部静止着一个光滑的小球，现给小球一个冲击使其在瞬间得到一个水平初速度SKIPIF1<0，若SKIPIF1<0大小不同，则小球能够上升到的最大高度（距离底部）也不同，下列说法正确的是A．如果SKIPIF1<0，则小球能够上升的最大高度为SKIPIF1<0B．如果SKIPIF1<0，则小球能够上升的最大高度为RC．如果SKIPIF1<0，则小球能够上升的最大高度为SKIPIF1<0D．如果SKIPIF1<0，则小球能够上升的最大高度为2R19．如图所示，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3eq\r(gR)，求：(1)物体在A点时的速度大小；(2)物体离开C点后还能上升的高度。20.（多选）如图所示，细轻杆的一端与小球相连，可绕O点的水平轴自由转动.现给小球一初速度，使它在竖直平面内做圆周运动，a、b分别表示轨道的最低点和最高点，则小球在这两点对杆的作用力大小之差可能为（）mgmgmgmg21．一根质量为m、长为L的均匀链条一半放在光滑的水平桌面上，另一半悬在桌边