第5节 科学验证：机械能守恒定律
【学习素养·明目标】 物理观念：1.知道机械能的各种形式，能够分析动能与势能(包括弹性势能和重力势能)之间的相互转化问题.2.会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题.3.能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析得出实验结论．
科学思维：能从能量转化的角度理解机械能守恒的条件，领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性．
一、机械能守恒定律
1．机械能
(1)定义：物体的动能与势能之和称为机械能．
(2)表达式：E＝Ek＋Ep.
2．重力势能与动能的转化
如图所示，质量为m的木块，由A自由下落至C，中间经过B时速度为vB，取过C点的平面为参考平面，则
(1)在A点的机械能：EA＝EkA＋EpA＝0＋mgH＝mgH.
(2)在B点的机械能：EB＝EkB＋EpB＝mv＋mgh
由于v＝2g(H－h)，所以EB＝mgH.
(3)落至C点时的机械能：EC＝EkC＋EpC＝mv＋0
由于v＝2gH，所以EC＝mgH.
(4)结论：在只有重力做功的物体系统内，动能和重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变．
3．弹性势能与动能的转化
在只有弹力做功的物体系统内，动能与弹性势能可以相互转化，而总的机械能保持不变．
4．机械能守恒定律及其应用
(1)内容
在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变．
(2)守恒定律表达式
①mv＋mgh2＝mv＋mgh1.
②Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1.
(3)守恒条件
物体系统内只有重力或弹力做功．
二、验证机械能守恒定律
实验原理与方法：在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变．若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等，则验证了机械能守恒定律．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)物体所受的合外力为零时，机械能一定守恒． (×)
(2)做平抛运动的物体，其初状态动能与重力势能之和必等于末状态的动能与重力势能之和． (√)
(3)在一个运动过程中，既有重力做功，又有弹力做功，则系统的机械能一定不守恒． (×)
(4)物体自由下落过程中经过A、B两位置，如图甲所示，此过程中物体的机械能一定守恒． (√)
(5)物块沿斜面匀速下滑，如图乙所示，此过程中物块机械能守恒． (×)
(6)光滑水平面上，被压缩的弹簧能将小球向右弹出，如图丙所示，在弹簧恢复原状的过程中，小球的机械能守恒． (×)
2．下面各个实例中，机械能守恒的是(g表示重力加速度)( )
A．物体沿斜面匀速下滑
B．物体从高处以0.9g的加速度竖直下落
C．物体沿光滑曲面滑下
D．拉着一个物体沿光滑的斜面匀速上升
