《高一物理必修第二冊復(fù)習(xí)》教案教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)【教學(xué)目標(biāo)】復(fù)習(xí)、整合物理必修第二冊的基本知識(shí)和方法帶領(lǐng)學(xué)生體會(huì)必修第二冊是如何拓展和加深對力與物體運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)培養(yǎng)學(xué)生從能量的角度觀察物理過程，用物理語言描述狀態(tài)和過程的關(guān)系【難點(diǎn)】對一個(gè)復(fù)雜的過程，怎樣從力和運(yùn)動(dòng)以及能量的角度去分析【重點(diǎn)】用動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律描述能量的關(guān)系教學(xué)過程(表格描述)教學(xué)環(huán)節(jié)主要教學(xué)活動(dòng)設(shè)置意圖環(huán)節(jié)一：對必修二所學(xué)知識(shí)的整合、回顧環(huán)節(jié)二：通過問題一問題二復(fù)習(xí)對復(fù)雜問題的多角度分析，主要突出能量分析，滲透運(yùn)動(dòng)的合成分解的方法，滲透微元法的應(yīng)用環(huán)節(jié)三：通過問題三，復(fù)習(xí)萬有引力部分的知識(shí)以及綜合運(yùn)動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)、能量來分析變軌過程環(huán)節(jié)四：梳理力的作用效果，提出新內(nèi)容幻燈片1同學(xué)們，大家好！在前一段的學(xué)習(xí)中，我們學(xué)習(xí)了物理必修第二冊的內(nèi)容，今天我們一起來復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)過的知識(shí)和方法，看看我們有哪些收獲。在必修第二冊里，學(xué)習(xí)內(nèi)容大致涉及的三個(gè)方面是：力、運(yùn)動(dòng)和能量。下面展開具體復(fù)習(xí)?；脽羝?翻看教材的目錄，我們學(xué)習(xí)了四個(gè)章節(jié)的內(nèi)容，它們是：第五章《拋體運(yùn)動(dòng)》、第六章《圓周運(yùn)動(dòng)》、第七章《萬有引力》、第八章《機(jī)械能守恒定律》整合一下，我們可以說主要學(xué)習(xí)曲線運(yùn)動(dòng)和萬有引力定律、以及機(jī)械能守恒定律兩大塊知識(shí)，其中牛頓力學(xué)的局限性與相對論初步，作為選學(xué)內(nèi)容幻燈片3相比較必修第一冊，我們學(xué)到的關(guān)于物體的直線運(yùn)動(dòng)和相互作用，以及牛頓運(yùn)動(dòng)定律的知識(shí)，必修第二冊的學(xué)習(xí)，首先給我們拓展了和加深了關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的認(rèn)識(shí)我們看到曲線運(yùn)動(dòng)的各種情況：在重力的作用下，滑雪運(yùn)動(dòng)員以一定的初速度在賽道上做拋體運(yùn)動(dòng)；制作一個(gè)圓錐擺，用手拉住一端，可以使另一端的小球在重力和繩子的人拉力的作用下，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；萬有引力提供向心力，使地球等行星繞太陽做橢圓運(yùn)動(dòng)等等，在這些運(yùn)動(dòng)中，我們知道力的作用，除了可以改變物體運(yùn)動(dòng)速度的大小，還可以改變物體運(yùn)動(dòng)速度的方向無論速度的大小的改變和速度方向的改變，都需要力的作用；當(dāng)力的方向與運(yùn)動(dòng)的方向不共線時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)方向要發(fā)生改變這樣，我們對“力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因”有了更加完整的理解。另一方面，我們在必修二中學(xué)習(xí)了萬有引力及它取得的重大成就，視線擴(kuò)展到了整個(gè)宇宙，加深了對重力的理解，以上這部分內(nèi)容是對關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的拓展和加深幻燈片4通過必修二的學(xué)習(xí)，我們還加深了對能量的認(rèn)識(shí)，逐漸學(xué)會(huì)從能量的角度觀察、分析問題看左邊的圖片給我們展示的情景，從能量的角度看，運(yùn)動(dòng)員一腳把球踢出，對足球做的功轉(zhuǎn)化為足球的動(dòng)能；足球在空中飛行的過程中會(huì)受到重力和來自于空氣的阻力作用，它們對小球做功，又將能量分別轉(zhuǎn)化為重力勢能和內(nèi)能；我們看右邊的圖片，這是一個(gè)工地上“打夯的”情景：兩個(gè)人同時(shí)施力做功，將重物“悠”起來，最后，在重力作用下，重物砸在地上對地面做功，將地面夯實(shí)；同學(xué)們觀察生活中的方方面面，像這樣生產(chǎn)生活中的場景，還有很多。大家試著用能量的角度來觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)力做功轉(zhuǎn)化能量的秘密。比如，足球飛起來，重力做功負(fù)100焦耳，不是自然界中憑空少了或者是多了100焦；而是足球的重力勢能增加了100焦；足球的動(dòng)能減少了100焦，一份功，對應(yīng)一份能量的轉(zhuǎn)化；我們把這個(gè)關(guān)系叫做“功是能量轉(zhuǎn)化的量度，”時(shí)間關(guān)系，老師這里不再一一舉例同學(xué)們拿這個(gè)觀點(diǎn)去分析每一個(gè)力做功的情景，找到對應(yīng)的兩種能量的轉(zhuǎn)化，學(xué)會(huì)從能量的角度觀察和分析生活中的問題幻燈片5學(xué)會(huì)從能量的角度看問題，還體現(xiàn)在對能量關(guān)系深入的思考中。我們看伽利略曾經(jīng)研究過的小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)，重力使小球從斜面A上滾下來，在斜面底部，小球由于慣性而滾上斜面B。這是從力和運(yùn)動(dòng)的角度來分析注意到一個(gè)重要的事實(shí)：如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必將準(zhǔn)確的終止于他開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的高度，不會(huì)更高一點(diǎn)，也不會(huì)更低一點(diǎn)。有某種“東西”在小球運(yùn)動(dòng)過程中是不變的事實(shí)上，能量概念的引入就解釋和概括了這一大類自然現(xiàn)象如運(yùn)動(dòng)員從跳板上彈起的過程中，跳板的彈性勢能轉(zhuǎn)化成運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能，繼而動(dòng)能再與運(yùn)動(dòng)員重力勢能發(fā)生轉(zhuǎn)化，在此過程中機(jī)械能守恒；如滑雪者沿斜面下滑時(shí)，若阻力做功較少可以忽略，我們認(rèn)為這種情況下機(jī)械能守恒若阻力做功不可忽略，將引起系統(tǒng)機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，機(jī)械能和內(nèi)能的總和守恒總之，物理世界千變?nèi)f化，守恒量的發(fā)現(xiàn)，讓我們看到了復(fù)雜變化中的深刻規(guī)律。下面我們來具體討論幾個(gè)問題幻燈片6問題一：質(zhì)量為0.5kg的石塊從10m高處以30o角斜向上方拋出，初速度v0大小為5m/s，不計(jì)空氣阻力，g=10m/s2.石塊落地的速度有多大？幻燈片7我們首先可以從力和運(yùn)動(dòng)的角度分析這個(gè)問題：人將石塊斜拋出去，不計(jì)空氣阻力，石塊在空中做拋體運(yùn)動(dòng)，設(shè)落地的速度為v回想一下，我們解決曲線運(yùn)動(dòng)常用的方法是什么呢？是運(yùn)動(dòng)的分解和合成。拋出的石塊在空中只受重力，將石塊的初速度按照水平方向和豎直方向分解，可以得到水平的初速度v1和豎直方向的初速度v2，石塊在空中受到重力的作用因此，石塊的運(yùn)動(dòng)可分解為：水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)，和豎直方向的豎直上拋運(yùn)動(dòng)落地時(shí)，水平方向速度不變?yōu)関1；豎直方向速度變?yōu)関2’，落地速度v為二者的合速度幻燈片8水平方向：勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度v1等于。。。。。。豎直方向：速度v2等于。。。。。。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式。。。。。。。石塊落地速度為15m/s幻燈片9解這類問題就一種方法么？除了用運(yùn)動(dòng)的合成和分解來解這個(gè)問題我們還可以從能量的角度來看從石塊被拋出到落地整個(gè)過程中，石塊受到的重力對物體做正功，石塊重力勢能減少，動(dòng)能增加。用動(dòng)能定理來描述這個(gè)過程，有（念公式）只有重力做功，機(jī)械能守恒用機(jī)械能守恒定律來描述這個(gè)過程，拋出和落地兩個(gè)狀態(tài)下機(jī)械能的總量相等，以地面為零勢能面，有（念公式）不難看出，雖然依據(jù)的是不同的定理定律列式，但是等式中一些量移項(xiàng)之后，它們是等價(jià)的，可以求出，落地速度為15m/s同學(xué)們看看，學(xué)習(xí)了能量之后，求解速度的大小是不是顯得更為快捷了？當(dāng)然，能量的角度不能解決落地速度方向的問題，要求速度的方向，還要再結(jié)合運(yùn)動(dòng)的分解來看?；脽羝?0在剛才的問題中，同學(xué)們還可以思考：如果空氣阻力不能忽略不計(jì)，石塊落地速度大小有何變化？這個(gè)問題結(jié)論不難下，關(guān)鍵是你從哪個(gè)角度來解釋呢？我們是不是也可以分別從力和運(yùn)動(dòng)的角度，以及能量的角度想一想。從力和運(yùn)動(dòng)的角度來解釋，運(yùn)動(dòng)分解后，阻力阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，必然使得水平方向和豎直方向的速度都會(huì)變小；這樣，落地時(shí)的合速度必然小于不計(jì)阻力時(shí)的落地速度；從能量的角度想，整個(gè)過程阻力做負(fù)功，動(dòng)能的變化量變小，落地動(dòng)能、落地速度減小從能量守恒看，石塊的機(jī)械能有一部分要轉(zhuǎn)化成摩擦生熱，機(jī)械能減少。像這樣，分析這樣較復(fù)雜的問題，同學(xué)們不妨都可以試著從這樣兩個(gè)視角來看，從而得到更完整的物理情景?；脽羝?1現(xiàn)在我們來看問題二：如圖所示，豎直彈簧固定在水平地面上，彈簧的勁度系數(shù)為k，原長為l。質(zhì)量為m的鐵球由彈簧的正上方h高處自由下落，與彈簧接觸后壓縮彈簧，直至運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)。已知重力加速度為g，求鐵球的動(dòng)能在哪個(gè)位置最大？幻燈片12首先，我們從力和運(yùn)動(dòng)的角度來考慮思考：小球從下落到講彈簧壓縮到最短，經(jīng)歷了幾個(gè)運(yùn)動(dòng)過程？每個(gè)過程都做怎樣的運(yùn)動(dòng)？在哪個(gè)位置速度最大？為了方便研究，我們標(biāo)出幾個(gè)具體位置來討論：位置1下落點(diǎn)位置2彈簧原長位置3彈簧彈力與重力相等處，位置4最低點(diǎn)下面我們來分析，鐵球在不同位置間運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)幻燈片13鐵球從位置1—位置2，只受重力，做自由落體運(yùn)動(dòng)鐵球從位置2—位置3，受到重力和彈簧彈力的作用，這段過程，由于彈力尚小于重力，因此，加速度仍然向下，鐵球加速；同時(shí)因?yàn)閴嚎s彈簧，彈簧彈力增大，加速度（念公式）減小，鐵球做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)；直到位置3，鐵球加速度大小為零鐵球越過位置3—位置4，彈力大于重力，這個(gè)階段加速度方向向上，加速度大小（念公式）增大，鐵球加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)，直至位置4，鐵球速度減為零，運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)由以上分析可知，鐵球的速度方向一直向下，但是鐵球的加速度方向先向下后向上，鐵球在到達(dá)位置3之前一直加速度，越過位置3開始減速位置三這個(gè)地方為鐵球速度最大，即動(dòng)能最大處，不難求出該位置離地面距離為（念公式）幻燈片14再從能量的角度看。思考：小鐵球運(yùn)動(dòng)的過程中所受各力做功的情況如何？重力勢能如何變化？系統(tǒng)的彈性勢能如何變化？鐵球的動(dòng)能如何變化？幻燈片15鐵球一直向下運(yùn)動(dòng)，重力一直做正功，鐵球壓縮彈簧，彈簧彈力對鐵球做負(fù)功兩個(gè)力做的總功等于鐵球動(dòng)能的增量這一過程用動(dòng)能定理來描述就是：設(shè)鐵球?qū)椈蓧嚎sx時(shí)，鐵球的速度為v（念公式）求出了動(dòng)能最大時(shí)對應(yīng)的x，就求出了最大動(dòng)能對應(yīng)的位置重力做功為（念公式），彈簧彈力做功如何求呢？求出彈簧彈力做的功，就可以求出動(dòng)能最大的位置了。下面我們來研究彈簧彈力做功的問題。相比較重力做功，彈簧彈力做功求解更加困難，原因在于重力是恒力，而彈簧彈力隨著壓縮量變化，是變力?；脽羝?6如何求解這樣一個(gè)變力做功？教材上沒有直接給出答案，但是給出了方法。我們來看我們在研究物體沿曲面滑下重力做功的時(shí)候，采用過這樣一種方法：如圖所示我們把整個(gè)路徑分成許多段很小的間隔，經(jīng)過的路程分別為。。。。。。由于每一段都很小，因而都可以近似的看成一段傾斜的直線。設(shè)每段小斜線的高度差分別是。。。。。。。則物體通過每段小斜線時(shí)重力做的功分別為。。。。。。。。物體通過整個(gè)路徑時(shí)重力做的功，等于重力在每小段上做功的代數(shù)和，即。。。。。。。。。。。這是一種分割和積累的方法幻燈片17我們可以把這種方法遷移到求解彈簧彈力做功的問題上來如圖，用手拉開彈簧，將彈簧的一端從A拉到B,將這個(gè)路徑分成很多小段，他們的長度為。。。。。在各個(gè)小段上，彈力可以近似認(rèn)為是不變的，他們分別是。。。。。。。所以，在各個(gè)小段上，彈力做的功分別為。。。。。。。彈力在整個(gè)過程中做的功可以用它在各小段做功之和來表示等于。。。。。。那么，彈簧彈力做功的總和是多少呢？幻燈片18我們借助圖像來求彈力做功的總和首先根據(jù)胡克定律（念公式），畫出彈力隨形變量的增大而變化的圖像，再將形變量x細(xì)分成很多小段，相應(yīng)的彈力可認(rèn)為是恒力，做功的值就可以用圖中的小矩形的面積來表示將這些面積加和，就可以近似算出彈力做功的值；將形變x劃分的越細(xì)，這些面積加和，就越接近彈力做功的準(zhǔn)確值，當(dāng)劃分的極小極小時(shí)，這些矩形面積的和，就是圖線所圍的三角形的面積了考慮到這個(gè)過程，彈力做負(fù)功，用這種方法求出的彈力做功為（念公式）這種方法也并不陌生，同學(xué)們回憶一下，我們在研究勻加速直線運(yùn)動(dòng)物體的位移時(shí)，是不是就采用過這種方法呢？這種方法可以用12個(gè)字來概括：化整為零以恒代變，積零為整幻燈片19好，我們現(xiàn)在回到剛才的問題，根據(jù)動(dòng)能定理假設(shè)鐵球?qū)椈蓧嚎s長度為x時(shí)，動(dòng)能最大，有：*（念公式）有數(shù)學(xué)知識(shí)可知：念公式動(dòng)能最大處位置，距離地面（念公式）到此，我們得到了用力和運(yùn)動(dòng)來分析的同樣的結(jié)論幻燈片20由于整個(gè)過程，對鐵球、地球、彈簧組成的系統(tǒng)，只有重力和彈簧做功，該系統(tǒng)機(jī)械能守恒也就是說，（念公式）其中，重力做正功，重力勢能減少，變化量為。。。。。彈簧彈力做負(fù)功，彈性勢能增大，變化量為。。。。。。鐵球先加速后減速，動(dòng)能先增大后減少，動(dòng)能為1/2mv2減零有（念公式），有數(shù)學(xué)知識(shí)，可求出x=。。。。動(dòng)能最大處距離地面為。。。。。。。大家看：從不同的角度來思考一個(gè)同一個(gè)物理問題，是不是對于這樣一種典型的物理情景，你的了解更全面了呢？幻燈片21必修二中我們還學(xué)到一處重要的內(nèi)容，它對人類智慧的影響至為深遠(yuǎn)，在天體的運(yùn)動(dòng)中起著決定性的作用，它就是萬有引力定律。我們來看問題三已知地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)的周期為T,求地球同步衛(wèi)星離地球表面的高度h?；脽羝?2對于人造地球衛(wèi)星，受力特點(diǎn)是地球的萬有引力提供向心力，來看地球同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)地球同步衛(wèi)星，是相對地面靜止的衛(wèi)星，它的功能包括通訊、氣象、廣播電視、導(dǎo)彈預(yù)警、數(shù)據(jù)中繼等方面，以實(shí)現(xiàn)對同一地區(qū)的連續(xù)工作。地球同步衛(wèi)星與地球以相同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，要求相對地面保持靜止因此，同步衛(wèi)星軌道一定在地球赤道平面，并且周期為86400秒幻燈片23根據(jù)萬有引力提供向心力，可列式（念公式）從公式中解得（念公式）忽略地球自轉(zhuǎn)，地表處任意質(zhì)量為m0物體，都有萬有引力等于向心力（念公式）這樣我們就得到了同步衛(wèi)星距離地表高度的表達(dá)式幻燈片24同步衛(wèi)星的軌道到底離地面有多遠(yuǎn)呢？我們帶入地球相關(guān)的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算已知地球半徑為R≈6400km，地球表面的重力加速度為g=9.8m/s2，地球自轉(zhuǎn)的周期為T=86400s，地球同步衛(wèi)星離地球表面的高度大約為36000km處，是地球半徑的大約5.6倍。按比例大致畫出地球同步軌道，如圖所示。毫無疑問，地球同步衛(wèi)星是一顆離地面很遠(yuǎn)的高軌道衛(wèi)星。我國1984年就發(fā)射了第一顆地球同步衛(wèi)星。地球同步衛(wèi)星這么遠(yuǎn)，是怎么被發(fā)射上去的呢？幻燈片25在萬有引力定律的學(xué)習(xí)中，我們知道了物體能掙脫地面，環(huán)繞地球的條件，正如牛頓設(shè)想的那樣，把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落點(diǎn)也一次比一次遠(yuǎn)，拋出的速度足夠大，物體就不會(huì)落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。我們知道了這個(gè)掙脫地球表面的速度，就是第一宇宙速度，他的大小為7.9km/s；不僅如此，根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，我們還知道，當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道，環(huán)繞地球飛行的速度達(dá)到第一宇宙速度時(shí)，衛(wèi)星所受的向心力剛好等于它在這個(gè)位置所受的地球引力；如果衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道速度大于7.9km/s；它所需要的向心力大于地球提供的萬有引力，衛(wèi)星將做離心運(yùn)動(dòng)，只要速度不超過11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星的軌道是圍繞地球的橢圓，速度越大，遠(yuǎn)地點(diǎn)離地球越遠(yuǎn)；當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道的速度超過11.2km/s，也就第二宇宙速度時(shí)，它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球；當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道的速度達(dá)到16.7km/s，也就是第三宇宙速度時(shí)，它就可以脫離太陽的引力，飛到太陽系外。了解了這樣一些知識(shí)，同學(xué)們肯定會(huì)想到，要離地球遠(yuǎn)，就得速度大。但是在近地軌道速度大于7.9km/s，衛(wèi)星圍繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)，而同步衛(wèi)星軌道是赤道平面確定距離的一個(gè)圓形軌道，這個(gè)問題如何解決呢？幻燈片26確實(shí)，人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)工程但是從原理上來講，掌握了萬有引力定律和牛頓第二定律的知識(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星軌道的控制在這里，我們將發(fā)射同步衛(wèi)星的過程進(jìn)行簡化處理，建立一個(gè)比較簡單的模型來給大家介紹高軌道衛(wèi)星的發(fā)射第一步，將衛(wèi)星發(fā)射到近地軌道，如圖中的軌道1，衛(wèi)星在近地軌道上，以速度v1環(huán)繞地球飛行第二步，待衛(wèi)星環(huán)繞穩(wěn)定后，利用火箭推進(jìn)技術(shù)，是衛(wèi)星加速到一個(gè)速度v2，衛(wèi)星速度變大，做離心運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入橢圓軌道，如圖中所示的軌道2，做橢圓運(yùn)動(dòng)；加速的位置為近地點(diǎn)，將遠(yuǎn)地點(diǎn)設(shè)置在同步軌道處，在遠(yuǎn)地點(diǎn)，衛(wèi)星速度減小為v3。此時(shí)地球?qū)πl(wèi)星的引力大于衛(wèi)星所需要的向心力，衛(wèi)星做向心運(yùn)動(dòng)，又回到近地點(diǎn)；這樣，衛(wèi)星就在這條橢圓軌道上作周期性運(yùn)動(dòng)，地球在這個(gè)橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，這個(gè)橢圓軌道，也叫做轉(zhuǎn)移軌道；第三步，待衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行穩(wěn)定后，在遠(yuǎn)地點(diǎn)利用火箭推進(jìn)技術(shù)，使得衛(wèi)星加速至v4，在這個(gè)速度下，衛(wèi)星所需要的向心力剛好等于此處地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力，衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)這樣，通過兩次變軌，就實(shí)現(xiàn)了高軌道衛(wèi)星的發(fā)射。幻燈片27剛才，我們了解了高軌道衛(wèi)星的發(fā)射，現(xiàn)在，請同學(xué)們利用所學(xué)到的能量的知識(shí)，分析在衛(wèi)星上述變軌過程中，能量的變化地球和衛(wèi)星組成的系統(tǒng)，它的機(jī)械能，由衛(wèi)星的動(dòng)能和其與地球組成的系統(tǒng)的引力勢能組成。在圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；萬有引力對衛(wèi)星不做功，衛(wèi)星與地球之間的距離也不改變，因此引力勢能也保持不變；火箭推進(jìn)，使衛(wèi)星具有更多的動(dòng)能，從而進(jìn)入到離心軌道，機(jī)械能增大，使得衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)，情況就復(fù)雜些了：具體分析橢圓軌道衛(wèi)星能量的變化：在這里，設(shè)近地點(diǎn)是A，遠(yuǎn)地點(diǎn)是B從近地點(diǎn)A到遠(yuǎn)地點(diǎn)B的過程中，地球的引力對衛(wèi)星做負(fù)功，引力勢能增大，根據(jù)引力做功和引力勢能變化的關(guān)系，可寫出：（念公式）同時(shí)，根據(jù)動(dòng)能定理，地球引力做負(fù)功，衛(wèi)星的動(dòng)能減小，可寫出：（念公式）聯(lián)立這兩個(gè)關(guān)系式，我們發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星在近地點(diǎn)時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)勢能之和，與衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)勢能之和相等，即兩個(gè)狀態(tài)下的機(jī)械能守恒這里我們用演繹和推理的方法，發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的一個(gè)守恒量！我們在初中，就知道近地點(diǎn)的速度要大于遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度，現(xiàn)在我們可以從能量的角度來解釋了。就發(fā)射高軌道衛(wèi)星的全過程而言，有利用火箭推進(jìn)加速短暫過程，這使得系統(tǒng)的機(jī)械能總的來講是增大的，衛(wèi)星從低軌道運(yùn)動(dòng)到高軌道，動(dòng)能減少，勢能增加，總機(jī)械能增加?；脽羝?8幾個(gè)典型的問題我們就分析到這里最后來做個(gè)小結(jié)通過必修二的學(xué)習(xí)我們加深了對力的理解，力，就是物體之間的相互作用這個(gè)相互作用有時(shí)體現(xiàn)為是物體產(chǎn)生加速度，改變物體運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向；加速度和力具有瞬時(shí)性，這是力的瞬時(shí)作用效果；這個(gè)相互作用在空間上可以積累體現(xiàn)為對物體做功，改變物體某種能量，做功是一個(gè)過程，這是力的積累效果比如重力做功，改變物體的重力勢能彈簧彈力做功，改變彈性勢能萬有引力做功，改變引力勢能物體所受的合力做功，改變物體的動(dòng)能由此發(fā)散開來，摩擦力做功也會(huì)帶來能量的變化，比如，一對滑動(dòng)摩擦力做功，會(huì)是的系統(tǒng)內(nèi)能增大這些都是力作用效果幻燈片29再進(jìn)一步思考：相互作用的瞬時(shí)效果是使物體產(chǎn)生加速度，引起物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化；在空間的積累效果是引起物體能量的變化；那么，時(shí)間也是一個(gè)可以積累的過程，相互作用的時(shí)間積累效果對應(yīng)于物體那個(gè)量的變化呢？物理必修二的學(xué)習(xí)，不僅豐富了我們對物理世界的認(rèn)知，還啟發(fā)了我們對相互作用、運(yùn)動(dòng)、能量，以及未知的物理量、物理規(guī)律的更進(jìn)一步的思考希望同學(xué)們能體會(huì)！今天就講到這里，同學(xué)們再見！～課后測評(píng)一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題,每小題4分,共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1.(2021山西渾源五中月考)在田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)投擲項(xiàng)目的比賽中,投擲鏈球、鉛球、鐵餅和標(biāo)槍等都是把物體斜向上拋出的運(yùn)動(dòng),如圖所示,若不計(jì)空氣阻力,這些物體從被拋出到落地的過程中()A.物體的機(jī)械能先減小后增大B.物體的機(jī)械能先增大后減小C.物體的動(dòng)能先增大后減小,重力勢能先減小后增大D.物體的動(dòng)能先減小后增大,重力勢能先增大后減小答案D解析不計(jì)空氣阻力,這些物體從被拋出到落地過程中機(jī)械能守恒,A、B均錯(cuò)誤;物體斜向上飛行過程中,動(dòng)能減小,重力勢能增大,物體下落過程中,動(dòng)能增大,重力勢能減小,D正確,C錯(cuò)誤。2.(2021山東濰坊模擬)在籃球比賽中,某位同學(xué)獲得罰球機(jī)會(huì),他站在罰球線處用力將籃球投出,籃球以約1m/s的速度撞擊籃筐。已知籃球質(zhì)量約為0.6kg,籃筐離地高度約為3m,忽略籃球受到的空氣阻力,則該同學(xué)罰球時(shí)對籃球做的功大約為()A.1J B.10J C.50J D.100J答案B解析該同學(xué)將籃球投出時(shí)的高度約為h1=1.8m,根據(jù)動(dòng)能定理有W-mg(h-h1)=12mv2,解得W=7.5J,B項(xiàng)最接近,故選項(xiàng)B3.一運(yùn)動(dòng)員穿著飛翔裝備從飛機(jī)上跳出后的一段運(yùn)動(dòng)過程可近似認(rèn)為是勻變速直線運(yùn)動(dòng),如圖運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)方向與水平方向的夾角為53°,運(yùn)動(dòng)員做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度大小為3g4。已知運(yùn)動(dòng)員(包含裝備)的質(zhì)量為m,則在運(yùn)動(dòng)員下落高度為h的過程中,正確的(A.運(yùn)動(dòng)員動(dòng)能的增加量為15mg?B.運(yùn)動(dòng)員動(dòng)能的增加量為3C.運(yùn)動(dòng)員重力勢能的減少量為3mg?D.運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能減少了15答案A解析運(yùn)動(dòng)員下落的高度是h,則飛行的距離L=?sin53°=54h,運(yùn)動(dòng)員受到的合外力F合=ma=34mg,動(dòng)能的增加等于合外力做的功,即ΔEk=W=34mg×54h=1516mgh,故A正確,B錯(cuò)誤;運(yùn)動(dòng)員下落的高度是h,則重力做功為WG=mgh,所以運(yùn)動(dòng)員重力勢能的減少量為mgh,故C錯(cuò)誤;運(yùn)動(dòng)員重力勢能的減少量為mgh,動(dòng)能的增加量為154.如圖所示,小車以較大的速度沖上斜坡,受阻力作用,則在這個(gè)過程中,下列關(guān)于小車的說法正確的是()A.機(jī)械能增加B.克服阻力做的功等于機(jī)械能的減少量C.減少的動(dòng)能等于增加的重力勢能D.因?yàn)橐朔枇ψ龉?故克服重力做的功小于克服阻力做的功答案B解析以較大的速度沖上斜坡時(shí),受阻力作用,部分的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,所以機(jī)械能減小,故A錯(cuò)誤;除重力外,只有阻力做功,小車克服阻力做的功等于機(jī)械能的減少量,故B正確;由于阻力做負(fù)功,所以減少的動(dòng)能大于增加的重力勢能,故C錯(cuò)誤;克服重力做功,與克服阻力做功的大小無法比較,故D錯(cuò)誤。5.(2021安徽合肥一中檢測)彈簧發(fā)生彈性形變時(shí),其彈性勢能的表達(dá)式為Ep=12kx2,其中k是彈簧的勁度系數(shù),x是形變量。如圖所示,一質(zhì)量為m的物體位于一直立的輕彈簧上方h高度處,該物體從靜止開始落向彈簧。設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k,忽略空氣阻力,則物體的最大動(dòng)能為(彈簧形變在彈性限度內(nèi))(A.mgh+m2g22kC.mgh+m2g2k 答案A解析物體和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,當(dāng)彈簧壓縮h1時(shí)物體受力平衡,mg=kh1,此時(shí)動(dòng)能最大,由機(jī)械能守恒定律得mg(h+h1)=12k?12+Ekm,故E6.(2021北京豐臺(tái)區(qū)一模)摩天輪是游樂場里的大型娛樂項(xiàng)目,它的直徑可以達(dá)到幾百米。乘客乘坐時(shí),轉(zhuǎn)輪始終不停地勻速轉(zhuǎn)動(dòng),下列說法正確的是()A.在最高點(diǎn),乘客處于超重狀態(tài)B.任一時(shí)刻乘客受到的合力都不等于零C.乘客在乘坐過程中對座椅的壓力始終不變D.乘客在乘坐過程中的機(jī)械能始終保持不變答案B解析在最高點(diǎn),乘客具有向下的加速度,處于失重狀態(tài),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;乘客做圓周運(yùn)動(dòng),任一時(shí)刻受到的合力都不等于零,選項(xiàng)B正確;乘客在乘坐過程中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),向心力時(shí)刻指向圓心,大小不變,向心力由座椅對乘客的作用力與乘客的重力的合力提供,由力的合成與牛頓第三定律可知乘客對座椅的壓力不可能始終不變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;乘客在乘坐過程中勻速轉(zhuǎn)動(dòng),動(dòng)能不變,但重力勢能在變化,所以機(jī)械能也在變化,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.如圖所示的拖輪胎跑是一種體能訓(xùn)練活動(dòng)。某次訓(xùn)練中,輪胎的質(zhì)量為5kg,與輪胎連接的拖繩與地面夾角為37°,輪胎與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.8。若運(yùn)動(dòng)員拖著輪胎以5m/s的速度勻速前進(jìn),則10s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員對輪胎做的功最接近的是(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2)()A.500J B.750J C.1250J D.2000J答案C解析對輪胎受力分析如圖所示,Fcosθ=Ff,FN+Fsinθ=mg,Ff=μFN,得F=μmgcosθ+μsinθ=0.8×500.8+0.8×0.6N=31.25N,10s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員對輪胎做功W=Fcosθ·vt=31二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題,每小題6分,共18分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分)8.如圖所示,在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中,衛(wèi)星首先進(jìn)入橢圓軌道Ⅰ,然后在Q點(diǎn)通過改變衛(wèi)星速度,讓衛(wèi)星進(jìn)入地球同步軌道Ⅱ。下列說法正確的是()A.在軌道Ⅱ上,衛(wèi)星的運(yùn)行速度大于7.9km/sB.在軌道Ⅰ上,衛(wèi)星在P點(diǎn)的速度大于在Q點(diǎn)的速度C.衛(wèi)星在Q點(diǎn)通過加速實(shí)現(xiàn)由軌道Ⅰ進(jìn)入軌道ⅡD.在軌道Ⅰ上運(yùn)行的過程中,衛(wèi)星、地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒答案BC解析據(jù)GMmr2=mv2r得v=GMr,第一宇宙速度v1=GMR地=7.9km/s,因r>R地,故A錯(cuò)誤。衛(wèi)星在軌道Ⅰ上運(yùn)行過程中只受地球引力,它與地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,因rP<rQ,故vP>vQ,故D錯(cuò)誤,BGMmrQ2故vQ2>vQ1,C正確。9.(2021山東菏澤月考)在搶險(xiǎn)救災(zāi)工作中常見到直升機(jī)的身影。如圖為直升機(jī)搶救傷員的情景,直升機(jī)懸停在空中,用繩索將傷員由靜止向上吊起,繩索對傷員做功的功率恒定,不計(jì)空氣阻力,則在傷員加速上升的過程中()A.繩索對傷員的拉力越來越小B.傷員克服重力做功的功率恒定C.傷員運(yùn)動(dòng)的速度變化越來越慢D.合力對傷員做功的功率越來越大答案AC解析繩索對傷員的拉力做功的功率不變,而傷員加速上升,速度增大,由P=Fv可知,繩索對傷員的拉力F越來越小,A項(xiàng)正確;由P1=mgv可知,傷員克服重力做功的功率不斷增大,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由F-mg=ma可知,傷員運(yùn)動(dòng)的加速度越來越小,速度變化得越來越慢,C項(xiàng)正確;合力對傷員做功的功率(F-mg)v=P-mgv,由于P不變,速度越來越大,則合力對傷員做功的功率越來越小,D項(xiàng)錯(cuò)誤。10.中學(xué)科技小組制作的利用太陽能驅(qū)動(dòng)小車的裝置如圖所示。當(dāng)太陽光照射到小車上方的光電板時(shí),光電板中產(chǎn)生的電流經(jīng)電動(dòng)機(jī)作用帶動(dòng)小車前進(jìn)。若質(zhì)量為m的小車在平直的水泥路上行駛,某時(shí)刻的速度為v0,從該時(shí)刻起小車開始加速,經(jīng)過時(shí)間t前進(jìn)的距離為s,且速度達(dá)到最大值vmax。設(shè)這一過程中電動(dòng)機(jī)的輸出功率恒為P,小車所受阻力恒為Ff,那么這段時(shí)間內(nèi)牽引力所做的功為()A.Pt B.FfvmaxtC.Ffs D.12mvmax答案ABD解析牽引力的功率恒為P,則牽引力做的功W=Pt,A正確;當(dāng)牽引力等于阻力時(shí),小車速度達(dá)到最大值,則有P=Ffvmax,B正確;小車加速階段牽引力大于阻力,C錯(cuò)誤;對小車加速階段,由動(dòng)能定理得W-Ffs=12m三、非選擇題(本題共5小題,共54分)11.(8分)(2021河南洛陽模擬)某實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。(1)實(shí)驗(yàn)室提供了鐵架臺(tái)、夾子、導(dǎo)線、紙帶等器材。為完成此實(shí)驗(yàn),除了所給的器材,從圖中還必須選取的實(shí)驗(yàn)器材是。

(2)下列方法有助于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是。

A.在重物的正下方地面鋪海綿B.必須從紙帶上第一個(gè)點(diǎn)開始計(jì)算驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒C.重復(fù)多次實(shí)驗(yàn),重物必須從同一位置開始下落D.重物的密度盡量大一些(3)完成實(shí)驗(yàn)后,小明用刻度尺測量紙帶上點(diǎn)間距離時(shí)如圖所示,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn),則B點(diǎn)對應(yīng)的速度vB=m/s。

若H點(diǎn)對應(yīng)的速度為vH,重物下落的高度為hBH,重物質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,為得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,需要比較mghBH與的大小關(guān)系(用題中字母表示)。

答案(1)AEF(2)D(3)1.351解析(1)實(shí)驗(yàn)中需要用刻度尺測量紙帶上點(diǎn)間距離,從而可知重物下降的距離,以及各點(diǎn)對應(yīng)的瞬時(shí)速度。紙帶上相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔已知,所以不需要秒表。實(shí)驗(yàn)時(shí)不必測重物的質(zhì)量和所受力,故不需要天平和測力計(jì)。必須選取的實(shí)驗(yàn)器材為重物、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、刻度尺。(2)在重物的正下方地面鋪海綿可以防止摔壞實(shí)驗(yàn)器材,但對減小實(shí)驗(yàn)誤差沒有幫助,故A不符合題意;不一定要從紙帶上第一個(gè)點(diǎn)開始計(jì)算驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒,故B不符合題意;重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)時(shí),重物不需要從同一位置開始下落,故C不符合題意;重物的密度盡量大一些,可以相對減小阻力的影響,以減小實(shí)驗(yàn)誤差,故D符合題意。(3)B點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于A、C兩點(diǎn)間的平均速度,vB=xAC2T=5.40×1如果機(jī)械能守恒,重物減少的重力勢能等于增加的動(dòng)能,則mghBH=1212.(10分)“利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)如圖甲所示。甲(1)下列器材中不必要的一項(xiàng)是(填字母代號(hào))。

A.天平B.低壓交流電源C.毫米刻度尺(2)某同學(xué)在該實(shí)驗(yàn)中得到了一條如圖乙所示的紙帶,圖中O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn),可以看做是重物運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn),從后面某點(diǎn)起選取連續(xù)打下的三個(gè)點(diǎn)A、B、C,各點(diǎn)間距離為s0、s1、s2。已知相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T,重力加速度為g,設(shè)所用重物的質(zhì)量為m,則從起點(diǎn)O到打下B點(diǎn)的過程中,重物動(dòng)能的增加量ΔEk=,重物重力勢能的減少量ΔEp=。(用題目中的字母表示)

乙(3)通過計(jì)算,在數(shù)值上ΔEpΔEk(填“>”“=”或“<”),原因是重物在下落過程中,除重力做功之外還有。

丙(4)某同學(xué)想利用該實(shí)驗(yàn)裝置測定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?他打出了一條紙帶后,利用紙帶測量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一個(gè)點(diǎn)的距離h,算出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的速度v,以h為橫軸,以12v2為縱軸畫出了如圖丙所示的圖線。由于圖線沒有過原點(diǎn),他又檢查了幾遍,發(fā)現(xiàn)測量和計(jì)算都沒有出現(xiàn)問題,其原因可能是;該同學(xué)測出該圖線的斜率為k,如果不計(jì)一切阻力,則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭(選填“>”“=”或“<”)k答案(1)A(2)m(s1+s2)28T2mg(=解析(1)由于動(dòng)能和勢能的表達(dá)式中都有物體的質(zhì)量可以消去,不必測量,因此不必要的儀器是天平。(2)由于B點(diǎn)為AC的中間時(shí)刻,因此打B點(diǎn)的速度等于AC段的平均速度vB=s因此物體增加的動(dòng)能ΔEk=1重物重力勢能的減小量ΔEp=mgh=mg(s0+s1)。(3)減小的重力勢能大于增加的動(dòng)能,原因是除重力做功外還有空氣阻力做功,導(dǎo)致機(jī)械能減少。(4)根據(jù)mgh=12mv2-12mv02,整理得可知g=k圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn)就是打第一個(gè)點(diǎn)時(shí)速度不為零,可能的原因是先釋放重物,再接通電源。13.(10分)(2021山東泰安高一檢測)一輛汽車正以20m/s的速度向東勻速行駛在某水平路面的AB段上,汽車前方的BC段,由于剛剛維修過比較粗糙。小明觀察汽車中控屏并記錄下汽車通過整個(gè)ABC路段的不同時(shí)刻的速度,作出了v