四川省大英縣育才中學(xué)高一物理《第四章 第5節(jié) 機(jī)械能守恒定律》課件.ppt

理解教材新知 把握熱點(diǎn)考向 應(yīng)用創(chuàng)新演練 第5節(jié) 知識(shí)點(diǎn)一 知識(shí)點(diǎn)二 考向二 第四章 考向一 隨堂基礎(chǔ)鞏固 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練 考向三 知識(shí)點(diǎn)三 1 重力或彈力做正功 勢能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化 重力或彈力做負(fù)功 動(dòng)能向勢能轉(zhuǎn)化 2 在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動(dòng)能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化 但機(jī)械能的總量保持不變 3 機(jī)械能守恒的條件是只有重力或彈力做功 若有其他力做功 但其他力做功的代數(shù)和為零時(shí) 系統(tǒng)的機(jī)械能也保持不變 自學(xué)教材 1 動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化實(shí)例 1 自行車下坡時(shí) 重力勢能 動(dòng)能 2 蕩秋千過程中 向上擺動(dòng)時(shí) 動(dòng)能 重力勢能 向下擺動(dòng)時(shí) 動(dòng)能 重力勢能 3 撐竿跳高過程中 脫離桿之前 動(dòng)能 重力勢能 在相互轉(zhuǎn)化 脫離桿后 只有和在相互轉(zhuǎn)化 減少 增加 減少 增加 增加 減少 彈性勢能 動(dòng)能 重力勢能 2 動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化時(shí)的特點(diǎn)重力或彈力做正功時(shí) 向轉(zhuǎn)化 做負(fù)功時(shí) 向轉(zhuǎn)化 勢能 動(dòng)能 動(dòng)能 勢能 重點(diǎn)詮釋 1 實(shí)驗(yàn)探究 1 實(shí)驗(yàn)裝置 將螺母用細(xì)線掛在鐵架臺(tái)上制成單擺 2 實(shí)驗(yàn)步驟 把螺母拉起一個(gè)較小的角度 放手后 它能擺至另一側(cè)的等高位置 在鐵架臺(tái)的桿上固定一個(gè)夾子 當(dāng)螺母擺到最低點(diǎn)時(shí) 細(xì)線被夾子擋住 但螺母仍能擺到另一側(cè)的等高位置 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 忽略空氣阻力 只有重力做功時(shí) 動(dòng)能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中 總量不變 圖4 5 1 圖4 5 2 答案 cd 自學(xué)教材 1 定律內(nèi)容在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi) 動(dòng)能和勢能會(huì)發(fā)生 但機(jī)械能的總量 2 定律表達(dá)式 1 e1 2 ep1 ek1 3 ek2 ek1 即 ek增 3 守恒條件只有重力 或彈力 做功 相互轉(zhuǎn)化 保持不變 e2 ep2 ek2 ep1 ep2 ep減 重點(diǎn)詮釋 1 研究對(duì)象 1 當(dāng)只有重力做功時(shí) 可取一個(gè)物體 其實(shí)是物體與地球構(gòu)成的系統(tǒng) 作為研究對(duì)象 2 當(dāng)物體之間的彈力做功時(shí) 必須將這幾個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)作為研究對(duì)象 使這些彈力成為系統(tǒng)內(nèi)力 2 表達(dá)式的意義 1 e1 e2或 e e2 e1 0 這是從能量守恒的角度來表達(dá) 前者表示前 后兩狀態(tài)的機(jī)械能相等 后者表示系統(tǒng)的機(jī)械能沒變化 2 ek ep或 ep ek 這是從能量轉(zhuǎn)化的角度來表達(dá) 前者表示系統(tǒng)增加的動(dòng)能等于減少的勢能 后者表示系統(tǒng)增加的勢能等于減少的動(dòng)能 3 ea eb或 eb ea 這是從機(jī)械能轉(zhuǎn)移的角度來表達(dá) 前者表示系統(tǒng)內(nèi)物體a的機(jī)械能增加量等于物體b的機(jī)械能減少量 后者表示b物體的機(jī)械能增加量等于a物體機(jī)械能的減少量 3 對(duì)機(jī)械能守恒的理解 1 從能量轉(zhuǎn)化的角度理解 只有系統(tǒng)動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化 無其他形式能量之間的 如內(nèi)能 轉(zhuǎn)化 則系統(tǒng)機(jī)械能守恒 如果物體間發(fā)生相互碰撞 物體間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 又有相互間的摩擦作用時(shí)有內(nèi)能的產(chǎn)生 機(jī)械能一般不守恒 2 從機(jī)械能的定義來理解 看動(dòng)能與勢能之和是否變化 如一個(gè)物體沿斜面勻速 或減速 滑下 動(dòng)能不變 或減小 勢能減小 機(jī)械能減小 一個(gè)物體沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒 沿豎直方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能不守恒 3 從做功特點(diǎn)來理解 只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功 具體表現(xiàn)在 只受重力 或系統(tǒng)內(nèi)的彈力 如 所有做拋體運(yùn)動(dòng)的物體 不計(jì)阻力 還受其他力 但只有重力 或系統(tǒng)內(nèi)的彈力 做功 其他力不做功 如圖4 5 3甲 乙所示 圖4 5 3 有系統(tǒng)的內(nèi)力做功 但是做功代數(shù)和為零 系統(tǒng)機(jī)械能守恒 如圖4 5 4甲中拉力對(duì)a 對(duì)b做功不為零 但代數(shù)和為零 ab系統(tǒng)機(jī)械能守恒 如圖4 5 4乙所示 a b間及b與接觸面之間均光滑 a自b的上端自由下滑時(shí) b沿地面滑動(dòng) a b之間的彈力做功 對(duì)a或b機(jī)械能均不守恒 但對(duì)a b組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 圖4 5 4 4 應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟 1 確定研究對(duì)象 就是要明確以哪幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象 2 正確分析研究對(duì)象內(nèi)各物體所受的力 分析時(shí)應(yīng)注意 重力 彈力 摩擦力都是成對(duì)出現(xiàn)的 分清哪幾個(gè)力是內(nèi)力 哪幾個(gè)力是外力 3 看外力是否對(duì)物體做功 內(nèi)力中有沒有重力和彈力以外的力做功 由此即可以判斷系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒 4 按機(jī)械能守恒定律列出方程并求解 2 如圖4 5 5所示 某人用平行斜面的拉力將物體沿斜面拉下 拉力大小等于摩擦力大小 則下列說法正確的是 a 物體是勻速下滑b 合外力對(duì)物體做的功等于零c 物體的機(jī)械能減少d 物體的機(jī)械能保持不變解析 物體在斜面上運(yùn)動(dòng) 雖然有拉力和摩擦力做功 但兩者做功相互抵消 整個(gè)過程相當(dāng)于只有重力做功 所以物體的機(jī)械能保持不變 答案 d 圖4 5 5 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 毫米刻度尺 重力 圖4 5 6 3 實(shí)驗(yàn)過程 1 實(shí)驗(yàn)步驟 安裝 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上 用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與低壓交流電源相連接 接電源 打紙帶 把紙帶的一端在重物上用夾子固定好 另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔 用手提著紙帶使重物停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 接通電源 待打點(diǎn)穩(wěn)定后松開紙帶 讓重物自由下落 重復(fù)幾次 打下3 5條紙帶 選紙帶 選取點(diǎn)跡較為清晰的 挑選紙帶上第一個(gè)點(diǎn)及距離第一個(gè)點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn) 并依次標(biāo)上0 1 2 3 數(shù)據(jù)測量 測出0到點(diǎn)1 點(diǎn)2 點(diǎn)3 的距離 即為對(duì)應(yīng)的下落高度h1 h2 h3 5 誤差分析 1 本實(shí)驗(yàn)的誤差主要是由于紙帶測量產(chǎn)生的偶然誤差和重物 紙帶運(yùn)動(dòng)中空氣阻力及紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器摩擦阻力引起的系統(tǒng)誤差 使動(dòng)能的增加量稍小于勢能的減少量 2 測量時(shí)采取多次測量求平均值來減小偶然誤差 安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)使兩限位孔中線豎直 并且選擇質(zhì)量適當(dāng)大些 體積盡量小些的重物來減小系統(tǒng)誤差 3 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器周期變化帶來誤差 3 下列關(guān)于 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差的說法正確的是 a 重物質(zhì)量的稱量不準(zhǔn)會(huì)造成較大誤差b 體積一定的條件下重物質(zhì)量選用得大些 有利于減小誤差c 重物質(zhì)量大小不影響誤差大小d 先釋放紙帶后接通電源會(huì)造成較大誤差 答案 bd 例1 如圖4 5 7所示 下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是 圖4 5 7 a 甲圖中 物體a將彈簧壓縮的過程中 機(jī)械能守恒b 乙圖中 物體b在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑時(shí) 機(jī)械能守恒c 丙圖中 不計(jì)任何阻力時(shí)a加速下落 b加速上升的過程中 a b組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒d 丁圖中 小球沿水平面做均勻圓錐擺運(yùn)動(dòng)時(shí) 機(jī)械能守恒 思路點(diǎn)撥 解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn) 1 判斷機(jī)械能守恒的研究對(duì)象 2 判斷機(jī)械能守恒的研究過程 3 機(jī)械能守恒應(yīng)滿足的條件 解析 甲圖中重力和彈力做功 物體a和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 但物體a機(jī)械能不守恒 a錯(cuò)誤 乙圖中物體b除受重力外 還受支持力 拉力 摩擦力 但當(dāng)拉力與摩擦力相等時(shí) 除重力之外的三個(gè)力做功的代數(shù)和為0 故物體b機(jī)械能守恒 b正確 丙圖中繩子的張力對(duì)a做負(fù)功 對(duì)b做正功 兩者代數(shù)和為0 又不計(jì)任何阻力 故a b機(jī)械能守恒 c正確 丁圖中小球的動(dòng)能不變 勢能不變 故機(jī)械能守恒 d正確 答案 bcd 借題發(fā)揮 機(jī)械能守恒的條件不是合外力的功等于零 也不是合外力等于零 對(duì)于單個(gè)物體和地球構(gòu)成的系統(tǒng) 從做功的力的特點(diǎn)去分析 對(duì)于多個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng) 從能量轉(zhuǎn)化的角度去分析相對(duì)比較簡單 1 2011 新課標(biāo)全國卷 一蹦極運(yùn)動(dòng)員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺(tái)下落 到最低點(diǎn)時(shí)距水面還有數(shù)米距離 假定空氣阻力可忽略 運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn) 下列說法正確的是 a 運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)前重力勢能始終減小b 蹦極繩張緊后的下落過程中 彈性力做負(fù)功 彈性勢能增加 c 蹦極過程中 運(yùn)動(dòng)員 地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒d 蹦極過程中 重力勢能的改變與重力勢能零點(diǎn)的選取有關(guān)解析 運(yùn)動(dòng)員在下落過程中 重力做正功 重力勢能減小 故a正確 蹦極繩張緊后的下落過程中 彈性力向上 位移向下 彈性力做負(fù)功 彈性勢能增加 故b正確 選取運(yùn)動(dòng)員 地球和蹦極繩為一系統(tǒng) 在蹦極過程中 只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功 這個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 故c正確 重力勢能改變的表達(dá)式為 ep mg h 由于 h是絕對(duì)的 與選取的重力勢能參考零點(diǎn)無關(guān) 故d錯(cuò) 答案 abc 例2 如圖4 5 8所示 質(zhì)量為m的木塊放在光滑的水平桌面上 用輕繩繞過桌邊的定滑輪與質(zhì)量為m的砝碼相連 已知m 2m 讓繩拉直后使砝碼從靜止開始下降h 此時(shí)豎直繩長小于桌高 的距離 木塊仍在桌面上 則此時(shí)砝碼的速度為多大 思路點(diǎn)撥 對(duì)木塊和砝碼組成的系統(tǒng) 因只有砝碼重力做功 系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 圖4 5 8 借題發(fā)揮 對(duì)于多個(gè)物體組成的系統(tǒng) 研究對(duì)象的選取是解題的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 若選單個(gè)物體為研究對(duì)象時(shí) 機(jī)械能可能不守恒 但選此物體與其他幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象時(shí) 機(jī)械能卻是守恒的 2 如圖4 5 9所示 質(zhì)量為m的物體 以某一初速度v0從a點(diǎn)向下在光滑的軌道中運(yùn)動(dòng) 不計(jì)空氣阻力 若物體通過半圓形軌道最低點(diǎn)b點(diǎn)時(shí)的速度為3 求 1 物體在a點(diǎn)時(shí)的速度v0 2 物體離開c點(diǎn)后還能上升多高 圖4 5 9 例3 在 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 的實(shí)驗(yàn)中 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50hz 當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹禐? 80m s2 測得所用重物的質(zhì)量為1 0kg 甲 乙 丙三個(gè)學(xué)生分別用同一裝置打出三條紙帶 量出各紙帶上第1 2兩點(diǎn)間的距離分別為0 18cm 0 18cm和0 25cm 可看出其中肯定有一個(gè)學(xué)生在操作上出現(xiàn)了問題 出現(xiàn)的問題是 若按實(shí)驗(yàn)要求正確地選出紙帶如圖4 5 10所示 相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0 02s 那么 圖4 5 10 1 紙帶的 端與重物相連 填 左 或 右 2 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)b時(shí) 重物的速度vb 3 從起點(diǎn)o到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)b的過程中重物重力勢能的減少量 ep 此過程中重物動(dòng)能的增加量 ek 4 通過計(jì)算 數(shù)值上 ep ek 填 或 這是因?yàn)?5 實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是 6 若實(shí)驗(yàn)中所用電源的頻率f 50hz 實(shí)驗(yàn)結(jié)果將會(huì)受到什么影響 解析 如果重物做自由落體運(yùn)動(dòng) 第1 2兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近于0 2cm 而丙同學(xué)的紙帶上第1 2兩點(diǎn)間的距離遠(yuǎn)大于這個(gè)值 說明重物在打第1點(diǎn)時(shí)已有速度 故丙同學(xué)在操作時(shí)出現(xiàn)的問題是先釋放紙帶后接通電源 答案 先釋放紙帶后接通電源 1 左 2 0 98m s 3 0 49j0 48j 4 實(shí)驗(yàn)中存在阻力 重物的重力勢能不能完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 5 在誤差允許的范圍內(nèi)重物的機(jī)械能守恒 6 ek可能大于 ep 3 如圖4 5 11是某同學(xué)探究 動(dòng)