机械能守恒定律+高一下学期物理人教版（2019）必修2

人教版高一物理必修第二册第二学期第八章8.2重力势能第八章机械能守恒定律8.4

机械能守恒定律核心素养目标1、物理观念：知道能量守恒是自然界的重要规律，知道什么是机械能，理解机械能守恒定律的内容及条件。2、科学思维：领悟从守恒的角度分析问题的方法，会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决有关问题。3、科学探究：理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。4、科学态度与责任：认识机械能守恒定律对日常生活的影响，体会守恒思想对物理学的推动作用。教学目标教学重点：知道能量守恒是自然界的重要规律，知道什么是机械能，理解机械能守恒定律的内容及条件。领悟从守恒的角度分析问题的方法，会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，并能运用机械能守恒定律解决有关问题。教学难点：认识机械能守恒定律对日常生活的影响，体会守恒思想对物理学的推动作用。复习回顾1.重力势能公式

2.重力做功和重力势能的关系式？3.动能定理的表达式？

动能的公式情境导入机械能的概念机械能势能重力势能弹性势能动能任务探究一机械能概念：机械能是动能、重力势能、弹性势能的统称，用符号E表示表达式：E=Ep+Ek

动能和势能都是标量、状态量，所以状态的机械能E也是标量、状态量。任务探究一质量为2Kg的小球在距离地面10m高处瞬时速度是10m/s，求出此刻小球的机械能?(g=10m/s2)（以地面为参考面或者以抛出点为参考面）E=Ek+Ep=300J任务探究一机械能之间的互相转化请同学们回答下图中涉及哪些能量的转换任务探究一结论重力势能和动能之间可以互相转化重力势能和弹性势能之间可以互相转化动能和弹性势能之间可以互相转化任务探究一伽利略斜面实验追寻守恒量小球好像“记得”开始的高度，何种“东西”不变的？

伽利略曾研究过小球在斜面上的运动。他发现：无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度基本相同。在小球的运动过程中，有哪些物理量是变化的？哪些是不变的？你能找出不变的量吗？任务探究一能量角度：下滑时重力势能减少，动能增加；上滑时重力势能增加，动能减少。追寻守恒量科学方法：采用理想实验法，其核心是“可靠的事实”+“严密的逻辑推理”。理想斜面实验任务探究一（1）小球沿斜面从高处由静止滚下时，高度不断减小，速度不断增大。（2）小球从斜面底沿另一斜面向上滚时，位置不断升高，速度不断减小。小球每次好像都“记得”自己的起始高度，到斜面的另一边，总要达到原来的高度。小球凭借其位置而具有的重力势能与其运动而具有的动能在运动过程中是相互转化的，而其总量是保持不变的。任务探究一机械能守恒定律内容：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。这叫做机械能守恒定律）。机械能守恒的条件：①只有重力对物体做功时物体的机械能守恒②弹簧和物体组成的系统的机械能守恒③其它力不做功或功等于零任务探究一表达式初状态的机械能跟末状态的机械能相等。E1＝E2机械能的变化量为零。ΔE＝0初状态的动能和势能之和等于末状态的动能和势能之和。EP1＋Ek1＝EP2＋Ek2任务探究一动能与重力势能的相互转化任务探究一被压缩的弹簧弹射的过程绳上弹起的过程动能与势能的相互转化任务探究一1.重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式——机械能。2.通过重力或弹力做功，机械能可以从一种形式转化为另一种形式。动能与势能的相互转化任务探究一任务探究一定律理解任务探究一判断下图中系统及单个物体的机械能是否守恒？定律理解任务探究二【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．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A的机械能守恒B．乙图中，物体B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，机械能守恒C．丙图中，不计任何阻力时A加速下落、B加速上升的过程中，A、B组成的系统机械能守恒D．丁图中，不计空气阻力，小球由水平位置A处静止释放，运动到B处的过程中，机械能守恒BCDA与弹簧组成的系统机械能才守恒只有重力做功，其他力做功代数和为0AB组成的额系统内，只有动能与势能转化小球所受的拉力不做功，只有重力做功任务探究二下列几个物理过程中,机械能一定守恒的是(不计空气阻力)()A.物体沿光滑曲面自由下滑的过程B.铁球在水中下沉的过程C.在拉力作用下,物体沿斜面匀速上滑的过程D.将物体竖直向上抛出,物体上升的过程AD任务探究二如图：在水平台面上的A点，一个质量为m的物体以初速度v0被抛出，不计空气阻力，求它到达B点的速度大小。转化式求解：小球从A到B的过程中，重力势能的减少量等于动能的增加量ΔEp减＝ΔEk增

任务探究二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。小球运动到最低位置时的速度是多大？分析

小球摆动过程中受重力和细线的拉力。细线的拉力与小球的运动方向垂直，不做功，所以这个过程中只有重力做功，机械能守恒。小球在最高点只有重力势能，没有动能，计算小球在最高点和最低点重力势能的差值，根据机械能守恒定律就能得出它在最低点的动能，从而算出它在最低点的速度。小球在最高点与最低点的高度差为l－lcosθ，这点可由几何关系得出任务探究二选择A、C点所在的水平面作为参考平面时小球在最高点时的机械能为E1＝Ep1＋Ek1＝0小球摆球到达最低点时的重力势能Ep2＝－mgh＝－mgl(1－cosθ)动能Ek2＝机械能E2＝Ep2＋Ek2＝－mgl(1－cosθ)。根据机械能守恒定律有0＝－mgl(1－cosθ)所以θlCAO任务探究二应用机械能守恒定律解题的一般步骤：(1)确定研究对象(2)对研究对象进行正确的受力分析(3)判定各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能。(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解。任务探究三【例2】如图所示，把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆，摆长为l，最大偏角为θ。如果阻力可以忽略，小球运动到最低点时的速度大小是多少？【解】以小球为研究对象。设最低点O的重力势能为0，以小球最高点的状态作为初状态，以小球最低点的状态作为末状态。初状态的机械能：末状态的机械能：由机械能守恒定律得：需要设定零势能面得所求的速度大小：任务探究三【例3】一条轻绳跨过定滑轮，绳的两端各系一个小球A和B，B球的质量是A球的质量的3倍。用手托住B球，当轻绳刚好被拉紧时，B球离地的高度是h，A球静止于地面，如图所示。现释放B球，当B球刚落地时，求A球的速度大小（定滑轮的质量及滑轮与轴间的摩擦均不计，重力加速度为g）。【动力学方法】【动能定理】【机械能守恒定律】①隔离法：对A：T-mg=ma对B:3mg-T=3ma联立得：

T=1.5mg②根据牛顿第二定律求出A球的加速度a=g/2③根据运动学公式求解A球速度v①由连接体问题的思路求出绳上的拉力：T=1.5mg②根据动能定理分析A球：

(T-mg)h=mv2/2根据系统机械能守恒：

3mgh=mgh+mv2/2+3mv2/2

任务探究三随堂演练1.关于机械能守恒的叙述，下列说法正确的是A.做匀速圆周运动的物体，机械能一定守恒B.物体所受的合力不等于零，机械能可能守恒C.物体做匀速直线运动，机械能一定守恒D.物体所受合力做功为零，机械能一定守恒任务探究三2.如图9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点时小车对圆形轨道压力的大小.任务探究三由A运动到C，设地面的