魯科版必修2 能量守恒定律 第1課時(shí) 課件(44張）.pptVIP

第3節(jié)能量守恒定律第1課時(shí)機(jī)械能守恒定律 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第1課時(shí) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 體會(huì)在一定條件下 動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化 了解物理規(guī)律源于生產(chǎn) 生活實(shí)踐 2 通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 培養(yǎng)收集數(shù)據(jù) 分析論證的能力 3 理解機(jī)械能守恒的條件 公式 能用機(jī)械能守恒定律分析解決實(shí)際問題 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)探究及守恒定律的應(yīng)用 2 機(jī)械能守恒定律條件的判斷 課前自主學(xué)案 一 機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒的實(shí)驗(yàn)探索1 實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái) 帶鐵夾 紙帶幾條 復(fù)寫紙片 導(dǎo)線 直尺 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 學(xué)生電源 重物 2 實(shí)驗(yàn)原理 在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中 物體的 和 互相轉(zhuǎn)化 但 保持不變 故實(shí)驗(yàn)只需借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 通過紙帶測(cè)出重物某時(shí)刻的 算出該時(shí)刻的 取該點(diǎn)為參考點(diǎn) 則該點(diǎn)的動(dòng)能就是重物下落過程中的 然后分別測(cè)量并計(jì)算紙帶上其他各點(diǎn)的 和 的總和并比較 即可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒 重力勢(shì)能 動(dòng)能 總機(jī)械能 下落高度 速度 機(jī)械能 動(dòng)能 重力勢(shì)能 思考感悟在該實(shí)驗(yàn)中需要天平測(cè)出重物的質(zhì)量嗎 提示 不用 因物體的勢(shì)能和動(dòng)能中都含有物體的質(zhì)量 3 實(shí)驗(yàn)步驟 1 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上 用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好 2 把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好 另一端穿過計(jì)時(shí)器的限位孔 用手 提到紙帶使重錘停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近 3 先 后 讓重錘帶著紙帶自由下落 4 重復(fù)幾次 得到3 5條打好點(diǎn)的紙帶 5 在打好點(diǎn)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰且打點(diǎn)在同一直線的一條 依實(shí)驗(yàn)原理求得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 并將數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計(jì)的表格中 豎直的 接通電源 釋放紙帶 二 機(jī)械能守恒定律1 機(jī)械能 和 之和稱為機(jī)械能 2 機(jī)械能守恒定律 1 內(nèi)容 在只有像重力那類力做功的情況下 物體的 與 可相互轉(zhuǎn)化 機(jī)械能的總量 2 條件 只有 做功 3 表達(dá)式 ek2 ep2 動(dòng)能 勢(shì)能 動(dòng)能 勢(shì)能 保持不變 重力 ek1 ep1 核心要點(diǎn)突破 一 探究機(jī)械能守恒中的幾點(diǎn)注意1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的兩種思路通過對(duì)物體自由下落運(yùn)動(dòng)的研究來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理是 忽略空氣阻力 自由下落的物體在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒 即重物動(dòng)能的增加量等于其重力勢(shì)能的減少量 這是回避起始點(diǎn) 在紙帶上選擇后面的某兩點(diǎn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的方法 由于重力勢(shì)能的相對(duì)性 處理紙帶時(shí)選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn) 勢(shì)能的大小不必從起始點(diǎn)開始計(jì)算 這樣 紙帶上打出起始點(diǎn)o后的第一個(gè)0 02s內(nèi)的位移是否接近2mm 以及第一個(gè)點(diǎn)是否清晰也就無(wú)關(guān)緊要了 實(shí)驗(yàn)打出的任何一條紙帶 只要后面的點(diǎn)跡清晰 都可以用于計(jì)算機(jī)械能是否守恒 3 實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng) 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺(tái)上 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向 以減小摩擦阻力 2 應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物 增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小 增大密度可以減小體積 可使空氣阻力減小 3 實(shí)驗(yàn)中 需保持提紙帶的手不動(dòng) 且保證紙帶豎直 待接通電源 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后 再松開紙帶 4 測(cè)量下落高度時(shí) 為了減小測(cè)量值h的相對(duì)誤差 選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些 紙帶也不易過長(zhǎng) 有效長(zhǎng)度可在60cm 80cm之間 4 實(shí)驗(yàn)中的誤差分析 1 本實(shí)驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力 空氣阻力 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器阻力 做功 故動(dòng)能的增加量 ek稍小于重力勢(shì)能的減少量 ep 即 ek ep 這屬于系統(tǒng)誤差 改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝 盡可能地減小阻力 2 本實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)誤差來(lái)源于長(zhǎng)度的測(cè)量 屬偶然誤差 減小誤差的辦法是測(cè)下落距離時(shí)都從0點(diǎn)量起 一次將各打點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測(cè)量完 或者多次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差 3 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的誤差 由于交流電周期的變化 引起打點(diǎn)時(shí)間間隔變化而產(chǎn)生誤差 讀數(shù)點(diǎn)選擇不好 振動(dòng)片振動(dòng)不均勻 紙帶放置方法不正確引起摩擦 都會(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤差 二 機(jī)械能守恒定律的理解及應(yīng)用1 物體機(jī)械能是否守恒的判斷 1 利用機(jī)械能的定義判斷若物體在水平面上勻速運(yùn)動(dòng) 其動(dòng)能 勢(shì)能均不變 機(jī)械能守恒 若一個(gè)物體沿斜面勻速下滑 其動(dòng)能不變 重力勢(shì)能減少 其機(jī)械能減少 2 用做功判斷若物體或系統(tǒng)只有重力 或彈簧的彈力 做功 雖受其他力 但其他力不做功或做功的代數(shù)和為零 機(jī)械能守恒 3 用能量轉(zhuǎn)化來(lái)判斷若物體系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化而無(wú)機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化 則物體系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 特別提醒 1 對(duì)一些繩子突然繃緊 物體間非彈性碰撞等 除非題目特別說(shuō)明 否則機(jī)械能必定不守恒 2 機(jī)械能守恒的條件絕不是合外力的功等于零 更不是合外力等于零 而是看是否只有重力或彈簧彈力做功 2 三種常見的表達(dá)形式 1 守恒的觀點(diǎn)ek ep ek ep 表示系統(tǒng)的初狀態(tài)機(jī)械能的總和與末狀態(tài)機(jī)械能的總和相等 運(yùn)用這種表達(dá)形式時(shí) 應(yīng)選好重力勢(shì)能的零勢(shì)能面 且初 末狀態(tài)必須用同一零勢(shì)能面計(jì)算勢(shì)能 2 轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn) ek ep 表示系統(tǒng) 或物體 機(jī)械能守恒時(shí) 系統(tǒng)減小 或增加 的重力勢(shì)能等于系統(tǒng)增加 或減少 的動(dòng)能 應(yīng)用時(shí) 關(guān)鍵在于分清重力勢(shì)能的增加量和減少量 可不選零勢(shì)能面而直接計(jì)算初 末狀態(tài)的勢(shì)能差 3 轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn) e增 e減 表示若系統(tǒng)由a b兩部分組成 則a部分物體機(jī)械能的增加量與b部分物體機(jī)械能的減少量相等 3 機(jī)械能守恒定律和動(dòng)能定理的比較 1 機(jī)械能守恒定律的適用條件是只有系統(tǒng)內(nèi)部的重力或彈力做功 這個(gè)定律不適用的問題可以利用動(dòng)能定理或功能原理解決 2 當(dāng)有重力或彈力以外的力對(duì)物體做功時(shí) 物體的機(jī)械能不再守恒 它的機(jī)械能的增加或減少就等于除重力或彈力之外的其他力的功 此即功能原理 3 無(wú)論物體的機(jī)械能是否守恒 它動(dòng)能的變化都等于合外力對(duì)它所做的功 動(dòng)能定理 這個(gè)關(guān)系普遍適用于任何情況 4 動(dòng)能定理側(cè)重于解決一個(gè)研究對(duì)象受合外力做功的影響 而引起自身動(dòng)能的變化 即外界因素自身變化的關(guān)系 而守恒定律是排除外界因素對(duì)系統(tǒng)的影響 研究系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)或多個(gè)研究對(duì)象之間動(dòng)能和勢(shì)能相互影響 相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律 4 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 1 機(jī)械能守恒的研究對(duì)象可以以某一物體 實(shí)際是物體與地球組成的系統(tǒng) 為研究對(duì)象 也可以以幾個(gè)相互作用的物體組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象 2 應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題的一般步驟 選取系統(tǒng)對(duì)象 確定研究過程 進(jìn)行受力分析 考查守恒條件 選取零勢(shì)能平面 確定初 末狀態(tài)機(jī)械能 運(yùn)用守恒定律 列出方程求解 課堂互動(dòng)講練 關(guān)于機(jī)械能守恒定律的適用條件 下列說(shuō)法中正確的是 a 只有重力和彈力作用時(shí) 機(jī)械能才守恒b 當(dāng)有其他外力作用時(shí) 只要合外力為零 機(jī)械能就守恒c 除重力外 當(dāng)有其他外力作用時(shí) 只要其他外力不做功 機(jī)械能就守恒d 炮彈在空中飛行不計(jì)阻力時(shí) 僅受重力作用 所以爆炸前后機(jī)械能守恒 精講精析 機(jī)械能守恒的條件是只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功 如果這里的彈力是外力 且做功不為零 機(jī)械能不守恒 a錯(cuò) 物體受其他外力作用且合外力為零時(shí) 機(jī)械能可以不守恒 如拉一物體勻速上升 合外力為零 但機(jī)械能不守恒 b錯(cuò) c選項(xiàng)中 這里的其他外力不含重力 滿足機(jī)械能守恒的條件 對(duì)于d選項(xiàng) 在炮彈爆炸過程中 爆炸時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 機(jī)械能不守恒 答案 c 方法總結(jié) 物體的運(yùn)動(dòng)形式可能有多種 判斷機(jī)械能是否守恒 關(guān)鍵看是否有重力和彈力做功 機(jī)械能守恒常見的情況有 1 物體只受重力作用 2 物體雖然受到重力以外的其他力作用 但它們?cè)谖矬w運(yùn)動(dòng)過程中始終不做功 變式訓(xùn)練1下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的敘述正確的是 a 做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體的機(jī)械能一定守恒b 做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體的機(jī)械能可能守恒c 合外力對(duì)物體做功為零時(shí) 機(jī)械能一定守恒d 只有重力對(duì)物體做功 物體的機(jī)械能不一定守恒 解析 選b a項(xiàng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體 可能除了重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功外 還有其他力做功 所以機(jī)械能不一定守恒 不選 b項(xiàng)中做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體 可能只受重力或只有重力做功 如自由落體運(yùn)動(dòng) 物體的機(jī)械能可能守恒 應(yīng)選 c項(xiàng)中合外力對(duì)物體做功為零時(shí) 說(shuō)明物體的動(dòng)能不變 但勢(shì)能有可能變化 如降落傘在空中勻速下降 機(jī)械能減少 不選 d項(xiàng)中只有重力對(duì)物體做功 符合機(jī)械能守恒的條件 機(jī)械能一定守恒 在高為h的地方以速度v豎直向上運(yùn)動(dòng)的物體 如果只受重力作用 則它的動(dòng)能是重力勢(shì)能2倍時(shí)的高度是多少 思路點(diǎn)撥 運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決問題時(shí) 初 末狀態(tài)機(jī)械能的確定是關(guān)鍵 在只有重力做功的情況下 機(jī)械能只包括重力勢(shì)能和動(dòng)能 如果有彈力做功 那么機(jī)械能還包括彈性勢(shì)能 變式訓(xùn)練2把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來(lái) 就成為一個(gè)擺 如圖2 3 1 擺長(zhǎng)為l 最大偏角為 小球運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí)的速度是多大 圖2 3 1 2011年濟(jì)南高一檢測(cè) 如圖2 3 2所示 輕彈簧k一端與墻相連 質(zhì)量為4kg的木塊 沿光滑水平面以10m s的速度運(yùn)動(dòng) 并壓縮彈簧 則彈簧在被壓縮過程中的最大彈性勢(shì)能為 圖2 3 2 思路點(diǎn)撥 只有彈簧彈力做功 動(dòng)能和彈性勢(shì)能發(fā)生轉(zhuǎn)化 當(dāng)動(dòng)能最小時(shí) 彈性勢(shì)能最大 答案 200j 方法總結(jié) 只有彈簧彈力做功的情況下動(dòng)能 彈簧的彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化 機(jī)械能總量保持不變 如圖2 3 3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 小于桌高 的距離 木塊仍沒離開桌面 則此時(shí)砝碼的速度為多少 圖2 3 3 思路點(diǎn)撥 砝碼未到地面之前 木塊和砝碼的速度大小相等 以木塊和砝碼為一個(gè)系統(tǒng) 利用機(jī)械能守恒定律求解 方法總結(jié) 如果連接物體間的輕繩和輕桿在物體運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)系統(tǒng)不做功或做功的代數(shù)和為零 系統(tǒng)內(nèi)一部分物體增加的機(jī)械能等于另一部分物體減少的機(jī)械能 系統(tǒng)機(jī)械能守恒 但對(duì)于每一個(gè)物體而言 機(jī)械能不守恒 變式訓(xùn)練3如圖2 3 4所示 質(zhì)量分別為m和2m的兩個(gè)小球a和b