7.1 追寻守恒量 学案(人教版必修2)
1.伽利略在斜面实验中(如图1所示),发现一个启发性的事实:无论斜面陡些或缓些,
小球最后总会在斜面上的某点速度变为0,这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的
高度__________.在物理学中,我们把这一事实说成是“某个量是________的”,并且
把这个量叫做________或______.
图1
2.势能:相互作用的物体凭借其__________而具有的能量叫做势能.
3.动能:物体由于________而具有的能量叫做动能.
4.在小球沿斜面滚下的过程中,高度减小了,相应的________减少,而物体的速度变大,
________增加;当小球沿斜面升高时,会变慢,因而______减少,但它的高度在增加,
________增加,当小球的速度变为零时,其全部________都转化为________.
动能可以转化为势能,势能也可以转化为动能,二者可以________转化.
5.一个物体在光滑的水平面上匀速滑行,则( )
A.这个物体没有能量
B.这个物体的能量不发生变化
C.这个物体的能量发生了变化
D.以上说法均不对
【概念规律练】
知识点一 伽利略理想斜面实验
1.关于伽利略的理想实验,有下列实验和推论:
①减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度.
②两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面.
③如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度.
④继续减小第二个斜面的倾角到零,小球将沿水平面做持续的匀速运动.
上述步骤中有一个是实验事实.其他是理想化的推论.事实是________,推论是________.
2.伽利略的斜面实验表达了一个最重要的事实:如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,
小球必将准确地终止于同它开始点相同的高度,决不会更高一点,也决不会更低一点.这
说明小球在运动过程中,有一个“东西”是不变的,这个“东西”就是( )
A.动能 B.势能
C.力 D.能量
3.在伽利略的斜面实验中,小球从斜面A上离斜面底端为h高处滚下斜面,通过最低
点后继续滚上另一个斜面B,小球最后会在斜面B上某点速度变为零,这点距斜面底端
的竖直高度仍为h.在小球运动过程中,下面的叙述正确的是( )
①小球在A斜面上运动时,离斜面底端的竖直高度越来越小,小球的运动速度越来越大
②小球在A斜面上运动时,动能越来越小,势能越来越大 ③小球在B斜面上运动时,
速度越来越大,离斜面底端的高度越来越小 ④小球在B斜面上运动时,动能越来越小,
势能越来越大
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
知识点二 动能与势能的转化
4.在下列事例中,属于动能和势能相互转化、而动能和势能的总和保持不变的是( )
A.游乐园中的海盗船,如果没有摩擦和空气阻力,船在摇摆过程中的运动
B.在不计空气阻力的情况下,将一小球竖直上抛,小球从被抛出到落回抛出点过程的
运动
C.物体以一定的初速度沿粗糙的固定斜面上滑而达到一定的高度
D.自行车从斜坡顶端由静止滑下
5.
图2
如图2所示的伽利略斜面实验中,小球停下时的高度hB与它出发时的高度hA相同,我
们把这一事实说成是“某个量是守恒的”,下面说法中正确的是( )
A.在小球运动过程中,它的速度大小是守恒的
B.在小球运动过程中,它离地面的高度大小是守恒的
C.在小球运动过程中,它的动能是守恒的
D.在小球运动过程中,能量是守恒的
【方法技巧练】
物体运动过程中动能和势能相互转化问题的分析
6.请列举实例,分析不同形式机械能间的转化情况,并说明转化过程中能量是否守恒.
7.如图3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释放;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,试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.
参考答案
课前预习练
1.相同 守恒 能量 能
2.位置
3.运动
4.势能 动能 动能 势能 动能 势能 相互
5.B [物体在光滑水平面上匀速滑行,动能、势能都不变,A、C、D错,B正确.]
课堂探究练
1.② ③①④
解析 上述步骤中,只有②是可以实际观察到的,而其他步骤只是在实验事实基础上的合理推论,实际实验中只能接近,不能实现.
2.D [伽利略的理想斜面实验中,有一个量不变,那就是动能和重力势能之和保持不变,我们管这个量叫做能量.]
3.C [小球在A斜面上运动时速度越来越大,动能越来越大;在B斜面上运动时,速度越来越小,动能越来越小,势能越来越大.]
4.AB [在没有摩擦和空气阻力的条件下,海盗船在摆动时势能和动能相互转化,每次摇摆都能达到相同的高度,总能量保持不变;在不计空气阻力的情况下,小球竖直上抛的运动是动能转变为势能、势能又转变为动能的过程,总能量保持不变;物体沿粗糙斜面运动和自行车沿斜坡下滑,是动能和势能相互转化,但动能和势能的总和减小的过程,因为摩擦,物体会消耗一部分机械能.]
5.D
6.见解析
解析 如图所示,
一只碗放在水平桌面上,将光滑小球自碗的左侧边缘A处由静止释放,如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略,小球将沿着碗的内壁下滚到碗底C点,并继续沿碗的内壁向上滚至碗的右侧边缘B处.在小球由A到C的过程中,小球的高度降低,速度增大,其势能转化为动能;在小球由C到B的过程中,小球的高度增加,速度减小,其动能又转化为势能,而小球总是能上升到与起始点相同的高度,说明小球在运动过程中能量守恒.
7.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,滚摆的重力势能转化为动能;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减小,滚摆的动能又转化为重力势能.依据能量守恒,在阻力小到可以忽略的情况下,滚摆能量的总量保持不变,滚摆每次都应该能回升到起始点的高度.