高中物理 教科版必修2 第四章第5节《机械能守恒定律》导学案

4.5《机械能守恒定律》导学案 教科版必修2
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【学习目标】
1．知道物体的动能和势能可以相互转化；会分析动能和势能相互转化的实例．
2．理解掌握机械能守恒定律的内容和适用条件．
3．掌握机械能守恒定律的表达式．
4．会判定具体问题中机械能是否守恒，会用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题．
【学习重点难点】1. 机械能守恒的条件
2．灵活运用机械能守恒定律解决问题
课前预习
【知识链接】
动能定理的内容和表达式是什么？
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重力所做的功与物体重力势能的变化之间有什么关系？
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【自主学习】
一．动能与势能的相互转化
1.物体沿光滑斜面上升，重力做___功，物体速度减小，重力势能增加，动能_______。
2.被压缩的弹簧恢复原长时， 弹力对做与它接触的物体做___功，弹簧的弹性势能_____，物体动能______。
二．机械能守恒定律
1．机械能：若物体的动能为Ek,系统势能为Ep,则机械能表达式为E=________。
2．内容：在只有_____ 或 _____做功的物体系统内，物体的____和____可以相互转化，而总的机械能___________．
3．表达式：________________
4．条件：只有________或_________做功．

课堂探究
动能与势能转化的规律
【观察思考】课本72页的观察思考
【实验探究】
实验1：如图所示，将金属球用细线悬挂起来 ( http: / / www.21cnjy.com )固 定在黑板上部（在黑板上画出相应的水平线），让金属球摆动，通过实验发现，小球可以摆到跟释放点等高处．再用一个钉子固定在黑板上某点挡住细线，再观察，发现金属球仍可以摆到跟释放点等高处．
问题：这个小实验中，小球的受力情况如何？各 ( http: / / www.21cnjy.com )个力的做功情况如何（画图分析）？能量转化情况？ (选一同学操作，各组观察演示实验，思考问题，选出代表发表见解。)
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实验2：请一位学生靠墙站立，头倚在墙壁上，请另一位同学将金属球偏离平衡位置，且使金属球与学生的鼻子刚刚接触，然后释放金属球．你敢吗？
问题：当金属球摆回时，会碰到鼻子吗？
这两个小实验说明了什么？
实验结论：小球在摆动过程中 ( http: / / www.21cnjy.com )_____能和____能在不断转化。在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。可见，重力势能和动能的总和，即机械能应该_________。
【理论探究】
实例1：课本72页至73页图4-5-3的抛体运动
实例2 如右图所示一质量为m的物体沿光滑曲面滑下，经高度为h1的A点
速度 为v1,下落到高度为h2的B点时速度为v2.
对以上两实例
试分析在物体下落的过程中，各力对物体的做功情况;
利用动能定理计算重力做功；
利用重力做功与物体重力势能的变化关系来计算重力做功；
通过计算确定A、B两任意位置的机械能关系。
实例1: 实例2：
上述过程中，有什么条件？__________________________________________
可见：在只有______做功的物体系统内，___能和_______能可以相互转化，而总的机械能_____________。
实验4：放开被压缩的弹簧，弹簧可以把跟它接触的小球弹开去．
实验5：学生将尾部带有弹簧的圆珠笔的尾部朝下放在桌上，将笔向下压，然后松手．
同样可以证明：在只有弹力做功的物体系统内，动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能也保持不变。
结论：在只有____或_____做功的 ( http: / / www.21cnjy.com )物体系统内，___能和____能可以相互转化，总的机械能也保持不变。这就是机械能守恒定律。表达式_____________________。
二、机械能守恒定律的应用
实验6：请学生代表进行课本73页“活动”从不同高度释放小球，观察小球的运动情况．
实验说明：小球能否通过最高点与小球释放的_______有关。
⑴要使小球通过圆弧轨道的顶端时不掉下来，小球在顶端时的速度至少为多大？
⑵如果忽略摩擦阻力，小球的初位置必须比轨道地段高出多少？
⑶小球最初的实际高度必须大于这个理论值，为什么？
思考后交流．

【典型例题】课本73页例题
【达标演练，小组展示】－－小试牛刀
1.下列哪种情况下机械能是守恒的？( )
A.跳伞员利用降落伞在空中匀速下落
B. 抛出的篮球在空中运动（不计阻力）
C. 用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升
D. 物体以0.8m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动
2．如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动。在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是（　）
3．关于机械能守恒定律的适用条件，下列说法正确的是(　　)
A．只有重力和弹力作用时，机械能才守恒
B．当有其他外力作用时，只要合外力为零，机械能守恒
C．当有其他外力作用时，只要其他外力不做功，机械能守恒
D．炮弹在空中飞行不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒
4．《优化探究》76页第1题（ ）
5.质量为2kg的物体以2m/s的初速沿倾角为30 的光滑斜面上滑（g取10m/s2），若斜面足够长，那么该物体所能达到的最大高度是多少？(0.2米)
6．质量为2kg的物体以20m/s的初速竖直向上抛出（g取10m/s2），不计空气阻力，问：
(1)小球升到15m高时动能多大？(100J)
(2)小球在多高的地方动能和势能正好相等？ (10米)
【能力提升】
7. 《优化探究》71页第2题（ ）
8．游乐场中的一种滑梯．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做功
B．下滑过程中小朋友的重力势能增加
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
9. 课本74页第2题（ ）
10. 课本74页第4题
11.《优化探究》71页第3题( )
【学后反思】
1、说说应用机械能守恒定律的解题步骤
2、通过本节学习，你学了什么新知识，还有哪些不太清楚？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　
2解析：机械能守恒的条件是：物体只 ( http: / / www.21cnjy.com )受重力或弹力的作用，或者还受其它力作用，但其它力不做功，那么在动能和势能的相互转化过程中，物体的机械能守恒。依照此条件分析，ABD三项均错。答案：C。
3答案： C \4解析：选C.机械能守恒的条件是只有重力和系统内的弹力做功，也就是物体可以受其他力作用，只要其他力不做功或做功之和为零即可，故A、B均错，C正确．在炮弹爆炸过程中，爆炸时产生的化学能转化为机械能，机械能不守恒，D错．5解析：选B.小球在运动过程中只有重力做功，由机械能守恒得落地时的机械能与抛出时机械能相等，即mv，B正确．8解析：选D.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错误；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，机械能减小，D正确，C错误．
实验结论：小球在摆动过程中重力势能 ( http: / / www.21cnjy.com )和动能在不断转化。在摆动过程中，小球总能回到原来的高度。可见，重力势能和动能的总和，即机械能应该保持不变。