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高中物理必修2 7-1


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第七章
机械能守恒定律

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追寻守恒量—能量
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追寻守恒量—能量

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课 前 自 主 学 习
课 前 预 习 · ·· ··· ·· ··· ····· ··夯 实 基 础 · ·· ·· ··· ·· · ··· ·· · · · · ·· ·

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追寻守恒量—能量

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1.领悟伽利略理想斜面实验中能量的转化和守恒的 事实; 2.理解能量这个物理量及动能、势能的物理意义; 3.独立分析伽利略理想斜面实验的能量转化和守恒 关系; 4.能够列举出不同形式的能量可以互相转化并可能 守恒的实例.
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追寻守恒量—能量

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基础导读探究
一、能量概念的引入 伽利略的斜面实验中,小球在另一个斜面上停下的位置 总是与它出发时的竖直高度 相等 ;看起来好像“记得”自 己的起始高度,由这一事实我们认为“有某一个量是 守恒 的”,并且把这个量称为能量.

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二、动能和势能 1.动能:物体由于 运动 而具有的能量. 2.势能:相互作用的物体凭借 位置 而具有的能量. 三、运用动能和势能的概念来描述伽利略的理想斜面 实验 1.小球从斜面滑下,动能增加 ,势能 减小. 2.小球滑上斜面,动能 减小 ,势能 增加.

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3.在动能与势能相互转化的过程中,两者的总量保持

不变.
4.一切运动变化无论属于什么运动形式,反映什么样 的物质特性,都要满足一定的“ 守恒定律 ”.

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自 学 效 果 检 测
基 础 自 测 · ·· ··· ·· ··· ····· ·· 漏 补 缺 · ·· ·· ··· ·· · ··· ·· · · · · ·· · 查

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1.关于势能,下列说法中正确的是(

)

A.势能的大小与物体间的相互作用情况有关 B.势能的大小与物体间的相对位置有关 C.势能的大小与所选取的参考系有关 D.势能可以与其他形式的能相互转化

答案:BCD

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2.关于动能,下列说法中正确的是( A.物体由于运动所具有的能量叫做动能 B.动能的大小只与物体的速度有关

)

C.无论选什么样的参考系,同一物体的动能都相同 D.以上叙述都不对

答案:A

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3.下列现象中,物体动能转化为势能的是( A.秋千从最高处荡向最低处 B.张开的弓箭水平射出去 C.骑自行车匀速驶上斜坡 D.正在腾空上升的礼花弹

)

答案:D

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4.鸽子和麻雀在空中飞行,如果它们具有的动能相 等,那么________;如果它们具有的势能相等,那么 ________.(选项填空) A.鸽子比麻雀飞得快 C.鸽子比麻雀飞得高 B.麻雀比鸽子飞得快 D.麻雀比鸽子飞得高

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解析:因为鸽子质量大,麻雀质量小.当它们具有相 同的动能时,麻雀比鸽子的速度大,也就是麻雀比鸽子飞 得快;当它们具有相等的势能时,麻雀比鸽子飞得高.

答案:B D

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5.如图所示,将一个带轴的轮子用两根细线悬吊起 来,使轮轴处于水平状态,做成一个“滚摆”.旋转滚 摆,让细线绕在轮轴上,然后由静止开始释放滚摆.滚摆 就会边旋转边下落,绕在轮轴上的细线也随之不断退出; 到达最低点后,滚摆又会边旋转边上升,细线又随之逐渐 绕在轮轴上.试分析滚摆运动过程中的能量转化情况.在 阻力小到可以忽略的情况下,你猜想滚摆每次都能回升到 起始点的高度吗?请说明你猜想的依据.

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答案:在滚摆向下运动的过程中,滚摆的高度不断降 低,下落速度和旋转速度不断增大,滚摆的势能转化为动 能;在滚摆向上运动的过程中,滚摆的高度不断增加,上 升速度和旋转速度不断地减小,滚摆的动能又转化为势 能.依据能量守恒规律,在阻力小到可以忽略的情况下, 滚摆机械能的总量保持不变,滚摆每次都应该能回升到起 始点的高度.

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课 堂 讲 练 互 动
例 练 结 合 · ·· ··· ·· ··· ····· ··素 能 提 升 · ·· ·· ··· ·· · ··· ·· · · · · ·· ·

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知识点一

追寻守恒量

(1)伽利略的理想实验 ①实验装置:如图所示,在不受任何阻力的情况下, 小球从斜面A滚下,最终能滚上斜面B,且它们的竖直高度 相同.

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②能量:伽利略发现无论斜面B比斜面A陡还是缓,小 球总会在斜面B上的某点停下来,这点距斜面底端的竖直 高度与出发时的高度相同.在物理学中,我们把这一事实 说成“某个量是守恒的”,并且把这个量叫做能量或能.

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(2)追寻守恒量 ①方法:观察此消彼长的物理量,研究其相互之间的 关系,科学构思、巧妙实验、精确地论证、推理和计算 等.寻找守恒量需要持之以恒的精神和大量艰苦细致以及 富有创造性的工作. ②目的:守恒定律是自然界的普遍规律,已成为人们 认识自然的重要工具,寻找守恒量的目的就是揭示、发现 自然界的普遍规律,以便认识自然、利用自然.

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【例1】

关于能量概念的说法正确的是(

)

A.能量的概念是牛顿首先提出的一个力学概念 B.能量的概念是伽利略提出的,并用斜面理想实验 来验证能量的存在 C.人们从伽利略的斜面实验得到启发,认识到引入 能量概念的重要性 D.以上说法都不正确

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【解析】

能量不是牛顿提出的概念,也不是伽利略

提出的,故A、B错误;能量是人们根据伽利略的实验现象 总结出来的守恒量,故C正确.

【答案】

C

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方法总结
(1)运用理想模型结合实验事实推导物理规律,是研究 物理问题常用的思路和方法.(2)伽利略的斜面实验使人们 认识到了能量这一物理量.

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变式训练1 的是( )

关于伽利略的斜面实验,以下说法中正确

A.无论斜面是否光滑,小球滚上的高度一定与释放 的高度相同 B.实际上,小球滚上的高度会比释放的高度要小一 些

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C.只有在斜面绝对光滑的理想条件下,小球滚上的 高度才与释放的高度相同 D.伽利略的斜面理想实验反映了在小球的运动过程 中存在某个守恒量

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解析:斜面粗糙时,有机械能转化为内能,此时小球 不能上升到原来的高度,故A错误,B、C正确;伽利略的 理想斜面实验正是反映了在小球的运动过程中存在某个守 恒量,故D正确.

答案:BCD

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知识点二

势能和动能

1.势能 (1)定义:相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫 做势能. (2)特点:①两物体之间有相互作用力,物体才会有势 能.②势能是与两物体位置有关的能量,如地面附近的物 体被举高而具有的能量叫做重力势能.

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2.动能 (1)定义:物体由于运动而具有的能量叫做动能. (2)特点:①动能与物体的质量和速度有密切的联 系.②动能与物体的运动过程中某一状态相对应,是标 量,并且只有正值.③一切运动的物体都具有动能,大到 天体,小到微观粒子,如运转的天体、绕原子核高速旋转 的电子等都具有动能.

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(3)不同形式的能可以相互转化,如伽利略的斜面实 验,下降过程中小球速度越来越快,重力势能转化为动 能;上升过程中小球速度逐渐减小,高度逐渐增大,动能 又转化为重力势能.

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【例2】

与物体动能有关的因素有(

)

A.物体的质量 B.物体的速度 C.物体和参考平面之间的高度差 D.物体的大小

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【解析】

物体由于运动而具有的能量叫做动能.动

能与物体的质量和速度有关.物体的速度越大,质量越 大,动能就越大,所以A、B正确.

【答案】

AB

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方法总结
对于势能要注意其产生条件:一是有相互的作用力, 二是要处在相对位置上,与物体的相对位置有关,位置不 同,物体所具有的势能也就不同.物体的动能与其速度和 质量均有关.

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变式训练2 物体由于________而具有的________叫做 动能.在物体由高处向低处自由运动的过程中它的 ________在不断减少,而它的________在不断增加,这里 体现了一种动能和势能之间的________.

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解析:通过前面几个例子可以看出,物体具有能量, 能量又表现为不同的形式,不同形式能量之间又可以相互 转化,在转化过程中又保持着“守恒”.
答案:运动 能 势能 动能 相互转化

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【例3】

如图所示,一根不可伸长的细绳拴着一个小

球在竖直平面内摆动,图中a、b、c三点分别表示小球摆动 过程中的三个不同位置,其中a、c等高.在小球摆动的整 个过程中,动能最大时是在________点,在________点势 能最大;如果没有空气阻力的影响,小球在a点的动能 ____________(填“大于”、“等于”或“小于”)在c点的 动能.

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【解析】

在小球来回摆动时,动能与势能不停地相

互转化但总量不变.在a、c两点时位置最高,势能最大, 速度为零,动能为零.在b点时位置最低,势能最小,速度 最大,动能最大.
【答案】 b a,c 等于

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方法总结
在某一过程中,若仅涉及动能和势能的转化,若能判 断出其 中一种能量正在减小或增大,则另一种能量一定正做 相反变化,且一种能量为零时,另一种能量达到最大值.

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变式训练3

如图所示,电动小车沿斜面从A匀速运动 )

到B,则在运动过程中(

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A.动能减少,势能增加 B.动能不变,势能增加 C.动能减少,势能不变 D.动能不变,势能减少

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解析:小车沿斜面从A运动到B,位置升高势能增加; 小车沿斜面匀速运动,速度大小不变,故物体的动能不 变.

答案:B

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