4.4机械能守恒定律 学案(含答案)
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1、第四节机械能守恒定律知识目标核心素养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.能够根据动能定理、重力做功与重力势能变化间的关系,推导出机械能守恒定律.3.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒,能运用机械能守恒定律解决有关问题.1.通过应用机械能守恒定律的实例分析,进一步理解机械能守恒的条件.2.体会物理学中的“守恒”思想,加强物理规律在实际中的应用.一、动能与势能的相互转化1机械能:重力势能、弹性势能与动能统称为机械能2重力势能与动能的转化只有重力做功时,若重力对物体做正功,则物体的重力势能减少,动能增加,物体的重力势能转化为动能,若重力对物体做负功,则物体的重力势能增加
2、,动能减少,物体的动能转化为重力势能3弹性势能与动能的转化只有弹簧弹力做功时,若弹力对物体做正功,则弹簧的弹性势能减少,物体的动能增加,弹簧的弹性势能转化为物体的动能;若弹力对物体做负功,则弹簧的弹性势能增加,物体的动能减少,物体的动能转化为弹簧的弹性势能二、机械能守恒定律1内容:在只有重力或弹力做功的情形下,动能与势能可以相互转化,而机械能的总量保持不变2表达式:Ek1Ep1Ek2Ep2,即E1E2.1判断下列说法的正误(1)机械能守恒时,物体一定只受重力和弹力作用()(2)合力为零,物体的机械能一定守恒()(3)合力做功为零,物体的机械能保持不变()(4)只有重力做功时,物体的机械能一定守
3、恒()2如图1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,假设桌面处的重力势能为零,则小球落到地面前瞬间的机械能为_图1答案mgH一、机械能守恒定律如图2所示,质量为m的物体自由下落的过程中,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,不计空气阻力,选择地面为参考平面图2(1)求物体在A、B处的机械能EA、EB;(2)比较物体在A、B处的机械能的大小答案(1)物体在A处的机械能EAmgh1mv12物体在B处的机械能EBmgh2mv22(2)根据动能定理WGmv22mv12下落过程中重力对物体做功,重力做的功等于物体重力势能
4、的减少量,则WGmgh1mgh2由以上两式可得:mv22mv12mgh1mgh2移项得mv12mgh1mv22mgh2由此可知物体在A、B两处的机械能相等1对机械能守恒条件的理解(1)物体只受重力,只发生动能和重力势能的相互转化,如自由落体运动、抛体运动等(2)只有弹力做功,只发生动能和弹性势能的相互转化如在光滑水平面上运动的物体碰到一个弹簧,和弹簧相互作用的过程中,对物体和弹簧组成的系统来说,机械能守恒(3)重力和弹力都做功,发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化,如自由下落的物体落到竖直的弹簧上和弹簧相互作用的过程中,对物体和弹簧组成的系统来说,机械能守恒(4)除受重力或弹力外,还受其他力
5、,但其他力不做功,或其他力做功的代数和为零如物体在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面运动,拉力与摩擦力的大小相等,方向相反,在此运动过程中,其机械能守恒2判断机械能是否守恒的方法(1)利用机械能的定义判断(直接判断):若物体动能、势能均不变,机械能不变若动能和势能中,一种能变化,另一种能不变,则其机械能一定变化(2)用做功判断:若物体或系统只有重力(或弹力)做功,虽受其他力,但其他力不做功,机械能守恒(3)用能量转化来判断:若物体系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化,则物体系统机械能守恒例1(多选)如图3所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()图3A甲图中,物体将弹簧压
6、缩的过程中,物体机械能守恒B乙图中,物体在大小等于摩擦力的拉力F作用下沿斜面下滑时,物体机械能守恒C丙图中,物体沿斜面匀速下滑的过程中,物体机械能守恒D丁图中,斜面光滑,物体在斜面上下滑的过程中,物体机械能守恒答案BD解析弄清楚机械能守恒的条件是分析此问题的关键表解如下:选项结论分析A物体压缩弹簧的过程中,物体所受重力和弹簧的弹力都对其做功,所以物体机械能不守恒B物体沿斜面下滑过程中,除重力做功外,其他力做功的代数和始终为零,所以物体机械能守恒C物体沿斜面匀速下滑的过程中动能不变,重力势能减小,所以物体机械能不守恒D物体沿斜面下滑过程中,只有重力对其做功,所以物体机械能守恒【考点】机械能守恒条
7、件的判断【题点】单物体和地球系统的机械能守恒条件的判断针对训练1(多选)如图4所示,弹簧固定在地面上,一小球从它的正上方A处自由下落,到达B处开始与弹簧接触,到达C处速度为0,不计空气阻力,则在小球从B到C的过程中()图4A弹簧的弹性势能不断增加B弹簧的弹性势能不断减少C小球和弹簧组成的系统机械能不断减少D小球和弹簧组成的系统机械能保持不变答案AD解析从B到C,小球克服弹力做功,弹簧的弹性势能不断增加,A正确,B错误;对小球、弹簧组成的系统,只有重力和系统内弹力做功,系统机械能守恒,C错误,D正确【考点】机械能守恒条件的判断【题点】多物体系统的机械能守恒条件的判断二、机械能守恒定律的应用1机械
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