《機械能守恒定律（第一課時）》伽利略理想斜面實驗AB某種“東西”在小球的運動過程中是不變的。ABCO追尋守恒量思考1：實驗過程中，球的動能是如何變化的？動能A

BC

B增大B

CB

A減小ABCO動能A

BC

B增大B

CB

A減小思考2：動能的變化，是由什么引起來的？ABCO

思考2：動能的變化，是由什么引起來的？動能重力做功A

BC

B增大正功B

CB

A減小負功ABCO

思考3：重力做功會引起什么能量的變化？動能重力做功A

BC

B增大正功B

CB

A減小負功ABCO

思考3：重力做功會引起什么能量的變化？動能重力做功重力勢能A

BC

B增大正功減小B

CB

A減小負功增大ABCO

思考4：重力勢能和動能一直都在變化，球為什么能剛好回到原位？動能重力做功重力勢能A

BC

B增大正功減小B

CB

A減小負功增大ABCO

猜想：物體運動過程中，動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化，但動能與勢能的和在整個過程中保持不變。機械能守恒能否從理論上驗證機械能守恒的猜想？

機械能守恒O

12

機械能守恒需要什么條件？O

12

機械能守恒O

12

條件：只有重力做功！判斷：機械能守恒嗎？1）拋體運動G3）勻速向上提起GT2）過山車(光滑)①

只受重力②除重力外還受其它力，但其它力不做功GFNGFN√√×初步結(jié)論：在只有重力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機械能保持不變?？茖W探究：觀察現(xiàn)象

提出猜想

理論分析

確認條件只有彈力做功時，機械能應該也守恒。重力勢能動能彈性勢能勢能機械能設(shè)計實驗觀察實驗中是否存在守恒量彈力做功

1F

2F只有彈力做功時，機械能守恒！彈性勢能動能理論分析彈力做功

1F

2F只有彈力做功時，機械能守恒！彈性勢能動能理論分析物體系統(tǒng)運動員跳板物體系統(tǒng)機械能守恒機械能不守恒機械能守恒定律

對m1：機械能增加對m2：機械能減少m2的重力勢能m1的重力勢能m1的動能m2的動能對整個物體系統(tǒng)：機械能守恒G1TTG2m1m2（m2>m1）*拓展：能量的轉(zhuǎn)移蹦極游客在空中自由運動?！汤媒德鋫阍诳罩袆蛩傧侣洹１臉O游客在空中自由運動。從松軟沙坡上加速下滑?！獭痢辽钪袡C械能守恒的應用隨著人類能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量的利用率，是人類所面臨的一項重要任務。右圖是上海“明珠線”某輕軌車站的設(shè)計方案，與站臺連接的軌道有一個小的坡度。進站前關(guān)閉發(fā)動機，機車憑慣性上坡，動能變成勢能儲存起來，出站時下坡，勢能變成動能，節(jié)省了能源。應用機械能守恒定律解決問題應用機械能守恒定律解決問題把一個小球用細線懸掛起來，就成為一個擺（如右圖所示），擺長為l，最大偏角為θ。如果阻力可以忽略，小球運動到最低點時的速度大小是多少？例題1

定對象，選過程；受力分析，判斷是否符合機械能守恒定律的條件——只有重力或彈力做功；列出初、末兩個狀態(tài)的動能和勢能；根據(jù)機械能守恒定律列出等式Ek1+Ep1=Ek2+Ep2使用機械能守恒定律解題的一般步驟例題2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

的大小為5m/s。不計空氣阻力，g

取10m/s2。（1）石塊落地時的速度是多大？請用機械能守恒定律和動能定理分別討論。（2）石塊落地時速度的大小與下列哪些量有關(guān)，與哪些量無關(guān)？說明理由。A．石塊的質(zhì)量B．石塊的初速度C．石塊初速度的仰角D．石塊拋出時的高度研究對象：拋出的石塊運動過程：拋出至落地的過程受力分析：只受重力，機械能守恒

（2）石塊落地時速度的大小與下列哪些量有關(guān)，與哪些量無關(guān)？說明理由。A．石塊的質(zhì)量B．石塊的初速度C．石塊初速度的仰角D．石塊拋出時的高度

課堂小結(jié)

課堂小結(jié)生活中的機械能守恒利用機械能守恒定律解決問題定對象，選過程；受力分析，判斷是否符合機械能守恒定律的條件——只有重力或彈力做功；列出初、末兩個狀態(tài)的動能和勢能；根據(jù)機械能守恒定律列出等式Ek1+Ep1=Ek2+Ep2守恒思想物理學的任務是發(fā)現(xiàn)普遍的自然規(guī)律。因為這樣的規(guī)律的最簡單的形式之一表現(xiàn)為某種物理量的不變性，所以對于守恒量的尋求不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向?！獎诙蛱骄恳粚C械能守恒定律的理解情境導引如圖所示,小球拋出后在空中運動(不計空氣阻力)的過程機械能守恒嗎?降落傘在空中勻速下落時機械能守恒嗎?要點提示

判斷物體機械能是否守恒,依據(jù)是只有重力或彈力做功。小球拋出后,只受重力作用,機械能守恒;降落傘除了重力做功外,還有阻力做功,機械能不守恒。知識歸納1.機械能守恒的幾種常見情況

做功情況例證只有重力做功所有做拋體運動的物體(不計空氣阻力)機械能守恒;物體沿固定的光滑平面或曲面運動只有彈力做功輕質(zhì)彈簧拉著物塊在光滑水平面上做往復運動,物塊和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒做功情況例證只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功如圖,不計空氣阻力,球在運動過程中,只有重力和彈簧與球間的彈力做功,球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒。但對球(或者彈簧)來說,機械能不守恒做功情況例證只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功如圖,所有摩擦不計,A在B上自由下滑的過程中,只有重力和A、B間彈力做功,A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒。但對B來說,A對B的彈力做正功,這個力對B來說是外力,B的機械能不守恒,同理A的機械能也不守恒做功情況例證有其他力做功,但做功代數(shù)和為0如圖,忽略繩的質(zhì)量與摩擦,在A、B勻速運動過程中,只有重力和細繩的拉力FA和FB做功,FA做負功,FB做正功,且WA+WB=0,故A、B系統(tǒng)機械能守恒。但A(或B)的機械能不守恒,A的機械能減小,B的機械能增加2.判斷機械能守恒的方法(1)做功分析法(常用于單個物體)(2)能量分析法(常用于多個物體組成的系統(tǒng))分析能量種類?只有動能、重力勢能、彈性勢能?系統(tǒng)機械能守恒畫龍點睛

1.“守恒”是一個動態(tài)概念,指在動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的整個過程中的任何時刻、任何位置,系統(tǒng)的機械能總量總保持不變。2.機械能守恒的條件不是合力做的功等于零,也不是合力等于零。遷移應用例1(多選)下列選項中物塊或小球機械能守恒的是(均不計空氣阻力)(

)答案

CD解析

物塊沿固定斜面勻速下滑,在斜面上物塊受力平衡,重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡,摩擦力做負功,機械能減少;物塊在力F作用下沿固定光滑斜面上滑時,力F做正功,機械能增加;小球沿光滑半圓形固定軌道下滑,只有重力做功,小球機械能守恒;用細線拴住小球繞O點來回擺動,只有重力做功,小球機械能守恒,選項C、D正確。規(guī)律方法

判斷機械能是否守恒應注意的問題1.合力為零是物體處于平衡狀態(tài)的條件。物體受到的合外力為零時,它一定處于勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),但它的機械能不一定守恒。2.合力做功為零是物體動能不變的條件。合力對物體不做功,它的動能一定不變,但它的機械能不一定守恒。3.只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功才是機械能守恒的條件。變式訓練1(多選)下列敘述正確的是(

)A.做勻速直線運動的物體的機械能一定守恒B.做變速直線運動的物體的機械能可能守恒C.合力對物體做功為零,物體的機械能一定守恒D.系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功時,系統(tǒng)的機械能一定守恒答案

BD解析

做勻速直線運動的物體所受合力為零,動能不變,但重力勢能可能改變,A錯誤;做變速直線運動的物體,只有重力對它做功時,機械能守恒,B正確;合力對物體做功為零時,除重力之外的力有可能做功,此時機械能不一定守恒,C錯誤;系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功時,系統(tǒng)的機械能守恒,D正確。探究二機械能守恒定律的應用情境導引如圖所示,在同一高度處,將同一小球分別以相同大小的速度拋出,忽略空氣阻力,這幾種情況小球落地時速度大小相等嗎?要點提示

盡管這幾種情況小球的運動情況不同,但是只有重力做功,小球的機械能守恒,根據(jù)機械能守恒定律可知,小球落地時速度大小相等。知識歸納1.機械能守恒定律的不同表達式

項目表達式物理意義注意從守恒的角度看Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或E初=E末初狀態(tài)的機械能等于末狀態(tài)的機械能必須先選零勢能面從轉(zhuǎn)化角度看Ek2-Ek1=Ep1-Ep2或ΔEk=-ΔEp過程中動能的增加量等于勢能的減少量不必選零勢能面從轉(zhuǎn)移角度看或ΔEA=-ΔEB系統(tǒng)只有A、B兩物體時,A增加的機械能等于B減少的機械能2.應用機械能守恒定律解題的步驟

遷移應用例2(2021山東青島高一檢測)小麗同學用實驗研究“圓珠筆的上跳”,一支可伸縮的圓珠筆,內(nèi)有一根彈簧,尾部有一個小帽,壓一下小帽,筆尖就伸出。手握筆桿,使筆尖向上,小帽抵在桌面上,在壓下后突然放手,筆桿將豎直向上跳起一定的高度。在某次實驗中,小麗用刻度尺測得圓珠筆跳起的高度為12cm,請你幫她分析:(1)圓珠筆由桌面靜止起跳到上升至最大高度的過程中,能量發(fā)生了怎樣的變化?(2)從能量轉(zhuǎn)化的角度計算出圓珠筆起跳的初速度v0多大?(g取10m/s2)答案

(1)圓珠筆彈簧彈性勢能→圓珠筆動能→圓珠筆重力勢能

(2)1.55m/s解析

(1)圓珠筆彈簧的彈性勢能減小,轉(zhuǎn)化為圓珠筆的動能,離開桌子后,圓珠筆減少的動能轉(zhuǎn)化成圓珠筆增加的重力勢能,