高中物理新教材特點分析
（一）趣味性強，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣 在新時代教育制度的改革深化下，學(xué)生對于物理課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣可以帶動學(xué)生不斷地進行探究。物理課程教學(xué)引入趣味性較高的新教材內(nèi)容，充實物理課堂，引入信息技術(shù)，利用多媒體等新時代信息化的教學(xué)手段，利用更加直觀、動態(tài)化的、可觀察的教學(xué)手段，向?qū)W生們展示物理教學(xué)課程當(dāng)中那些抽象的知識點，不斷地吸引學(xué)生們的好奇心與興趣力，讓學(xué)生在物理課堂上能夠充分感受到物理的魅力所在。（二）實踐性高，高效落實理論學(xué)習(xí) 在現(xiàn)代化教育課程的背景之下，新課程改革理念越來越融入生活與學(xué)習(xí)的方方面面，新教材逐步的顯現(xiàn)出強大影響力。（三）靈活性強，助力課程目標(biāo)達(dá)成 隨著教育制度體系的改革，通過新時代新教材內(nèi)容的融入，教師不斷地革新教學(xué)手段，整合線上以及線下的教育資源內(nèi)容，可以為物理課堂增添新的活力與生機。
JIXIENENGSHOUHENGDINGLV
梳理教材 夯實基礎(chǔ) / 探究重點 提升素養(yǎng) / 課時對點練
1.了解人們追尋守恒量和建立“能量”概念的漫長過程.2.知道什么是機械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化.3.知道機械能守恒的條件，會判斷一個過程機械能是否守恒， 能運用機械能守恒定律解決有關(guān)問題.
伽利略曾研究過小球在斜面上的運動，如圖所示.將小球由斜面A上某位置由靜止釋放，如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小球在斜面B上速度變?yōu)?(即到達(dá)最高點)時的高度與它出發(fā)時的高度 ，不會更高一點，也不會更低一點.這說明某種“東西”在小球運動的過程中是不變的.
1.重力勢能與動能的轉(zhuǎn)化只有重力做功時，若重力對物體做正功，則物體的重力勢能 ，動能______，物體的 轉(zhuǎn)化為 ；若重力對物體做負(fù)功，則物體的重力勢能 ，動能 ，物體的 轉(zhuǎn)化為 .
二、動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化
2.彈性勢能與動能的轉(zhuǎn)化只有彈簧彈力做功時，若彈力對物體做正功，則彈簧的彈性勢能 ，物體的動能 ，彈簧的 轉(zhuǎn)化為物體的 ；若彈力對物體做負(fù)功，則彈簧的彈性勢能 ，物體的動能 ，物體的 轉(zhuǎn)化為彈簧的 .3.機械能： 、 與 統(tǒng)稱為機械能.
1.內(nèi)容：在只有 或 做功的物體系統(tǒng)內(nèi)， 與 可以互相轉(zhuǎn)化，而 保持不變.2.表達(dá)式： mv22＋mgh2＝_____________或Ek2＋Ep2＝ .3.應(yīng)用機械能守恒定律解決問題只需考慮運動的_______和 ，不必考慮兩個狀態(tài)間過程的細(xì)節(jié)，即可以簡化計算.
1.判斷下列說法的正誤.(1)通過重力做功，動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化.(　　)(2)機械能守恒時，物體一定只受重力和彈力作用.(　　)(3)合力做功為零，物體的機械能一定保持不變.(　　)(4)只有重力做功時，物體的機械能一定守恒.(　　)
2.如圖所示，桌面高為h，質(zhì)量為m的小球從離桌面高為H處自由落下，不計空氣阻力，重力加速度為g，以桌面所在水平面為參考平面，則小球落到地面前瞬間的機械能為________.
一、對機械能守恒定律的理解和判斷
如圖所示，質(zhì)量為m的物體沿光滑曲面滑下的過程中，下落到高度為h1的A處時速度為v1，下落到高度為h2的B處時速度為v2，重力加速度為g，不計空氣阻力，選擇地面為參考平面.(1)從A至B的過程中，物體受到哪些力？它們做功情況如何？
答案　從A至B的過程中，物體受到重力、支持力作用.重力做正功，支持力不做功.
(2)求物體在A、B處的機械能EA、EB；
(3)比較物體在A、B處的機械能的大小.
又WG＝mgh1－mgh2
1.對機械能守恒條件的理解(1)只有重力做功，只發(fā)生動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化.(2)只有系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，只發(fā)生動能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化.(3)只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，只發(fā)生動能、彈性勢能、重力勢能的相互轉(zhuǎn)化.(4)除受重力和彈力外，其他力也做功，但其他力做功的代數(shù)和始終為零.注意：機械能守恒的物體所受合外力不一定為零.
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))
(3)機械能的定義法機械能等于動能與勢能之和，若一個過程中動能不變，勢能變化，則機械能不守恒，如勻速上升的物體機械能增加.
如圖所示，下列關(guān)于機械能是否守恒的判斷正確的是A.甲圖中，物體A將彈簧壓縮的過程中，A機械能守恒B.乙圖中，A置于光滑水平面 上，物體B沿光滑斜面下滑， 物體B機械能守恒C.丙圖中，不計任何阻力和滑 輪質(zhì)量時A加速下落、B加速上升過程中，A、B系統(tǒng)機械能守恒D.丁圖中，系在橡皮條一端的小球向下擺動時，小球的機械能守恒
若不計空氣阻力，題圖甲中只有重力和彈力做功，物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，但物體A機械能不守恒，選項A錯誤；題圖乙中物體B除受重力外，還受彈力，彈力對B做負(fù)功，機械能不守恒，但A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒，選項B錯誤；題圖丙中繩子張力對A做負(fù)功，對B做正功，代數(shù)和為零，A、B系統(tǒng)機械能守恒，選項C正確；題圖丁中小球的重力勢能轉(zhuǎn)化為小球的動能和橡皮條的彈性勢能，小球的機械能不守恒，選項D錯誤.
(多選)如圖所示，下列關(guān)于機械能是否守恒的判斷正確的是A.甲圖中，火箭升空的過程中，若勻速升空機械能守恒，若加速升空機 械能不守恒B.乙圖中物體勻速運動，機械能守恒C.丙圖中小球做勻速圓周運動，機械能守恒D.丁圖中，輕彈簧將A、B兩小車彈開，兩小車組成的系統(tǒng)機械能不守恒， 兩小車和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒
題圖甲中，無論火箭勻速上升還是加速上升，都有推力對火箭做正功，火箭的機械能增加，故A錯誤；題圖乙中，物體勻速上升，動能不變，重力勢能增加，則機械能增加，故B錯誤；題圖丙中，小球做勻速圓周運動，細(xì)線的拉力不做功，機械能守恒，故C正確；
題圖丁中，彈簧的彈力對兩小車做功，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為兩小車的動能則兩小車組成的系統(tǒng)機械能增加，而兩小車和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒.故D正確.
1.機械能守恒定律的不同表達(dá)式
二、機械能守恒定律的應(yīng)用
2.應(yīng)用機械能守恒定律解題的一般步驟(1)根據(jù)題意選取研究對象；(2)明確研究對象的運動過程，分析研究對象在此過程中的受力情況，弄清各力做功的情況，判斷機械能是否守恒.(3)恰當(dāng)?shù)剡x取參考平面，確定研究對象在此過程中的初狀態(tài)和末狀態(tài)的機械能.(4)根據(jù)機械能守恒定律的不同表達(dá)式列方程并求解.
運動員在A點時的機械能
(2021·南平八中高一月考)如圖所示，質(zhì)量m＝60 kg的運動員以6 m/s的速度從高h(yuǎn)＝8 m的滑雪場A點沿斜坡自由滑下，以最低點B所在平面為參考平面，g＝10 m/s2，一切阻力可忽略不計.求：(1)運動員在A點時的機械能；
運動員從A運動到B的過程，根據(jù)機械能守恒定律得
(2)運動員到達(dá)最低點B時的速度大小；
解得vB＝14 m/s；
運動員從A運動到斜坡上最高點的過程，由機械能守恒定律得E＝mghm解得hm＝9.8 m.
(3)運動員繼續(xù)沿斜坡向上運動能到達(dá)的最大高度.
如圖所示，水平輕彈簧一端與墻相連處于自由伸長狀態(tài)，質(zhì)量為4 kg的木塊沿光滑的水平面以5 m/s的速度開始運動并擠壓彈簧，求：(1)彈簧的最大彈性勢能；
(2)木塊被彈回速度增大到3 m/s時彈簧的彈性勢能.
(多選)如圖，一根輕彈簧下端固定，豎立在水平面上.其上方A位置有一小球，小球從靜止開始下落到B位置接觸彈簧的上端，在C位置小球所受彈力大小等于重力，在D位置小球速度減小到零.不計空氣阻力，則小球A.下落至C處速度最大B.由A至D的過程中機械能守恒C.由B至D的過程中，動能先增大后減小D.由A運動到D時，重力勢能的減少量等于彈簧彈性勢能的 增加量
小球從B至C過程，重力大于彈力，合力向下，小球做加速運動，小球從C至D過程，重力小于彈力，合力向上，小球做減速運動，所以小球由B至D的過程中，動能先增大后減小，在C點動能最大，速度最大，故A、C正確；由A至B下落過程中小球只受重力，其機械能守恒，從B至D過程，小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，但小球的機械能不守恒，故B錯誤；在D位置小球速度減小到零，小球的動能為零，則從A運動到D時，小球重力勢能的減少量等于彈簧彈性勢能的增加量，故D正確.
考點一　機械能守恒定律的理解與判斷1.在下列情況中，機械能守恒的是A.飄落的樹葉B.沿著斜面勻速下滑的物體C.被起重機勻加速吊起的物體D.離弦的箭在空中飛行(不計空氣阻力)
樹葉在飄落過程中，空氣阻力做負(fù)功，機械能減少，故A錯誤；沿著斜面勻速下滑的物體，摩擦力做功，故機械能不守恒，故B錯誤；物體被起重機勻加速吊起時拉力對物體做功，故物體的機械能不守恒，故C錯誤；離弦的箭在空中飛行且不計空氣阻力，只有重力做功，機械能守恒，故D正確.
2.關(guān)于機械能守恒的敘述，下列說法正確的是A.做勻速圓周運動的物體，機械能一定守恒B.物體所受的合力不等于零，機械能可能守恒C.物體做勻速直線運動，機械能一定守恒D.物體所受合力做功為零，機械能一定守恒
若物體在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，動能不變，重力勢能變化，機械能不守恒，故A錯誤；物體所受的合力不等于零，它的機械能可能守恒，例如物體做自由落體運動，故B正確；物體在豎直方向做勻速直線運動時，動能不變，重力勢能變化，機械能不守恒，故C錯誤；物體所受合力做功為零，它的動能不變，重力勢能可能變化，機械能不一定守恒，故D錯誤.
3.(多選)如圖所示，下列判斷正確的是A.甲圖中，從滑梯上加速下滑的小朋友機械 能不守恒B.乙圖中，在勻速轉(zhuǎn)動的摩天輪中的游客機 械能守恒C.丙圖中，在光滑的水平面上，小球和彈簧 組成的系統(tǒng)機械能守恒D.丁圖中，若空氣阻力不可忽略，A、B組 成的系統(tǒng)機械能守恒(不計繩繩與輪間的摩擦和滑輪質(zhì)量)
題圖甲中，從滑梯上加速下滑的小朋友，摩擦力對其做負(fù)功，則其機械能不守恒，故A正確；題圖乙中，在勻速轉(zhuǎn)動的摩天輪中的游客，動能不變，但是重力勢能在變化，所以他們的機械能不守恒，故B錯誤；
題圖丙中，在光滑的水平面上，只有彈簧彈力對小球做功，故小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，故C正確；題圖丁中，不計細(xì)繩與滑輪間的摩擦和滑輪質(zhì)量時，繩子張力對A做負(fù)功，對B做正功，代數(shù)和為零，空氣阻力對A、B均做負(fù)功所以A、B組成的系統(tǒng)機械能減少，故D錯誤.
4.(多選)如圖所示，一輕彈簧一端固定于O點，另一端系一重物，將重物從與懸點O在同一水平面且彈簧保持原長的A點無初速度釋放，讓它自由擺下，不計空氣阻力，在重物由A點擺到最低點的過程中A.重物的機械能減少B.重物與彈簧組成的系統(tǒng)的機械能不變C.重物與彈簧組成的系統(tǒng)的機械能增加D.重物與彈簧組成的系統(tǒng)的機械能減少
重物自由擺下的過程中，彈簧拉力對重物做負(fù)功，重物的機械能減少，選項A正確；對重物與彈簧組成的系統(tǒng)而言，除重力、彈力外，無其他外力做功，故系統(tǒng)的機械能守恒，選項B正確，C、D錯誤.
考點二　機械能守恒定律的應(yīng)用5.如圖所示，質(zhì)量為1 kg的小物塊從傾角為30°、長為2 m的光滑固定斜面頂端由靜止開始下滑，若選初始位置為零勢能點，重力加速度g取10 m/s2，則它滑到斜面中點時具有的機械能和動能分別是A.5 J,5 J B.10 J,15 J C.0,5 J D.0,10 J
物塊的機械能等于物塊動能和重力勢能的總和，選初始位置為零勢能點，則物塊在初始位置的機械能E＝0，在運動的過程中只有重力做功，機械能守恒，所以物塊滑到斜面中點時的機械能為0，故有－mg× ＝0，所以動能是5 J，選項C正確.
6.如圖，在地面上以初速度v0拋出質(zhì)量為m的物體，拋出后物體落在比地面低h的海平面上，重力加速度為g，若以地面為參考平面，且不計空氣阻力，則A.物體在海平面上的重力勢能為mghB.重力對物體做的功為－mgh
以地面為參考平面，海平面低于地面的高度為h，所以物體在海平面上的重力勢能為－mgh，故A錯誤；重力做功與路徑無關(guān)，與初、末位置的高度差有關(guān)，拋出點與海平面的高度差為h，并且重力做正功，所以整個過程重力對物體做功為mgh，故B錯誤；
7.如圖所示，一個輕質(zhì)彈簧固定在水平地面上，O為彈簧原長時上端的位置，一個質(zhì)量為m的物體從O點正上方的A點由靜止釋放落到彈簧上，物體壓縮彈簧到最低點B后向上運動，則下列說法中正確的是A.物體落到O點后，立即做減速運動B.物體從O點運動到B點，動能一直減小C.物體在B點時加速度為零D.若不計空氣阻力，在整個過程中，物體與彈簧組成的系統(tǒng) 機械能守恒
物體開始接觸彈簧時，彈簧的彈力小于重力，其合力向下，向下做加速度逐漸減小的加速運動，運動到某個位置時，合力為零，加速度為零，速度最大，然后彈簧的彈力大于重力，合力方向向上，向下做加速度逐漸增大的減速運動，A、B錯誤；物體在B點所受合力向上，加速度不為零，C錯誤；在整個過程中，只有重力和彈簧彈力做功，物體與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，D正確.
8.以相同大小的初速度v0將物體從同一水平面分別豎直上拋、斜上拋、沿光滑斜面(足夠長)上滑，如圖所示，三種情況達(dá)到的最大高度分別為h1、h2和h3，不計空氣阻力，則A.h1＝h2＞h3 B.h1＝h2＜h3C.h1＝h3＜h2 D.h1＝h3＞h2
9.如圖是為了檢驗?zāi)撤N防護罩承受沖擊力的裝置的一部分，M是半徑為R＝1.0 m、固定于豎直平面內(nèi)的四分之一光滑圓弧軌道，軌道上端切線水平，M的下端相切處放置豎直向上的彈簧槍，可發(fā)射速度不同的質(zhì)量m＝0.01 kg的小鋼球(可視為質(zhì)點)，假設(shè)某次發(fā)射的小鋼球沿軌道內(nèi)側(cè)恰好能經(jīng)過M的上端點水平飛出，g取10 m/s2，彈簧槍的長度不計，則發(fā)射該小鋼球前，彈簧的彈性勢能為 J J J
10.如圖所示，光滑的曲面與光滑的水平面平滑相連，一輕彈簧右端固定，質(zhì)量為m的小球從高度為h處由靜止下滑，重力加速度為g，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，則
小球與彈簧接觸的過程中，彈簧的彈力對小球做功，則小球機械能不守恒，故B錯誤.對整個過程，根據(jù)系統(tǒng)的機械能守恒可知，小球壓縮彈簧至最短時，彈簧的彈性勢能為mgh，故C錯誤.小球在壓縮彈簧的過程中，彈簧彈力增大，則小球的加速度增大，故D錯誤.
11.(2021·福建泉州五中高一期中)某省青少年高爾夫球錦標(biāo)賽于某地舉行.如圖所示，假設(shè)運動員在發(fā)球區(qū)A處通過揮桿擊球，使質(zhì)量為m的球以初速度v0沿如圖軌跡落到球道上的B點，擊球點與B處高度差為H，取A處所在平面為參考平面，不考慮空氣阻力，重力加速度為g，求(1)球在上升過程中其動能與重力勢能相等的位置距離A位置的豎直高度；
球在上升過程中機械能守恒，設(shè)距離A位置的豎直高度為h時，球的動能與重力勢能相等，即Ek＝Ep＝mgh
從A到B由機械能守恒定律得
整個過程機械能守恒，所以球在B處時的機械能等于初始A位置處的機械能，即
(2)球落在球道B處時的機械能和落地速度大小.
12.如圖是一個設(shè)計“過山車”的試驗裝置的原理示意圖，斜面AB與豎直面內(nèi)的圓形軌道在B點平滑連接，斜面AB和圓形軌道都是光滑的，圓形軌道半徑為R，一個質(zhì)量為m的小車(可視為質(zhì)點)在A點由靜止釋放沿斜面滑下，小車恰能通過圓形軌道的最高點C.已知重力加速度為g.求：(1)A點距水平面的高度h；
由A運動到C，根據(jù)機械能守恒定律得：
(2)運動到B點時小車對圓形軌道壓力的大小.
由A運動到B，根據(jù)機械能守恒定律得：
解得：FN＝6mg由牛頓第三定律可知，運動到B點時小車對圓形軌道的壓力大小為6mg.
13.(2021·湖南高一期末)蹦極是一項非常刺激的運動.為了研究蹦極過程，可將人視為質(zhì)點，人的運動沿豎直方向，人離開蹦極臺時的初速度、彈性繩的質(zhì)量、空氣阻力均可忽略.某次蹦極時，人從蹦極臺跳下，到a點時彈性繩恰好伸直，人繼續(xù)下落，能到達(dá)的最低位置為b點，如圖所示.已知人的質(zhì)量m＝50 kg，彈性繩的彈力大小F＝kx，其中x為彈性繩的形變量，k＝200 N/m，彈性繩的原長l0＝10 m，整個過程中彈性繩的形變始終在彈性限度內(nèi).取重力加速度g＝10 m/s2.(1)求人第一次到達(dá)a點時的速度大小v；
人由蹦極臺第一次到達(dá)a點的運動過程中，
(2)求人的速度最大時，彈性繩的長度；
人的速度最大時，重力等于彈力，即kx＝mg解得x＝2.5 m此時彈性繩的長度l＝l0＋x＝12.5 m

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4 機械能守恒定律

版本： 人教版 (2019)

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