2019-2020學(xué)年新教材高中物理 第8章 機(jī)械能守恒定律 4 機(jī)械能守恒定律課件 新人教版必修第二冊

,4機(jī)械能守恒定律,第八章機(jī)械能守恒定律,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(jī)械能，知道物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化.3.能夠推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律.4.會(huì)判斷一個(gè)過程機(jī)械能是否守恒，能運(yùn)用機(jī)械能守恒定律解決有關(guān)問題.,學(xué)習(xí)目標(biāo),伽利略曾研究過小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)，如圖1所示.,追尋守恒量,一,圖1,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(diǎn))時(shí)的高度與它出發(fā)時(shí)的高度，不會(huì)更高一點(diǎn)，也不會(huì)更低一點(diǎn).這說明某種“東西”在小球運(yùn)動(dòng)的過程中是的.,相同,不變,動(dòng)能與勢能的相互轉(zhuǎn)化,二,1.重力勢能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化只有重力做功時(shí)，若重力對物體做正功，則物體的重力勢能，動(dòng)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(dòng)能，物體的轉(zhuǎn)化為.2.彈性勢能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化只有彈簧彈力做功時(shí)，若彈力對物體做正功，則彈簧的彈性勢能，物體的動(dòng)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(dòng)能，物體的轉(zhuǎn)化為彈簧的.3.機(jī)械能：、與統(tǒng)稱為機(jī)械能.,減少,增加,重力勢能,動(dòng)能,增加,減少,動(dòng)能,重力勢能,減少,增加,彈性勢能,動(dòng)能,增加,減少,動(dòng)能,彈性勢能,重力勢能,彈性勢能,動(dòng)能,機(jī)械能守恒定律,三,1.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.,重力,彈力,動(dòng)能,勢能,總,的機(jī)械能,3.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題只需考慮運(yùn)動(dòng)的和，不必考慮兩個(gè)狀態(tài)間，即可以簡化計(jì)算.,末狀態(tài),過程的細(xì)節(jié),初狀態(tài),即學(xué)即用,1.判斷下列說法的正誤.(1)通過重力做功，動(dòng)能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化.()(2)機(jī)械能守恒時(shí)，物體一定只受重力和彈力作用.()(3)合力為零，物體的機(jī)械能一定守恒.()(4)合力做功為零，物體的機(jī)械能一定保持不變.()(5)只有重力做功時(shí)，物體的機(jī)械能一定守恒.(),2.如圖2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(jì)空氣阻力，設(shè)桌面處的重力勢能為零，則小球落到地面前瞬間的機(jī)械能為_.,mgh,圖2,探究重點(diǎn)提升素養(yǎng),02,機(jī)械能守恒定律,一,導(dǎo)學(xué)探究如圖3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(shí)速度為v1，下落到高度為h2的b處時(shí)速度為v2，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力，選擇地面為參考平面.(1)求從a至b的過程中重力做的功；,圖3,答案wmghmg(h1h2)mgh1mgh2,(2)求物體在a、b處的機(jī)械能ea、eb；,(3)比較物體在a、b處的機(jī)械能的大小.,即ebea.,知識深化1.對機(jī)械能守恒條件的理解(1)只有重力做功，只發(fā)生動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化.(2)只有彈力做功，只發(fā)生動(dòng)能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化.(3)只有重力和彈力做功，發(fā)生動(dòng)能、彈性勢能、重力勢能的相互轉(zhuǎn)化.(4)除受重力或彈力外，其他力也做功，但其他力做功的代數(shù)和為零.如物體在沿斜面的拉力f的作用下沿斜面運(yùn)動(dòng)，若已知拉力與摩擦力的大小相等，方向相反，在此運(yùn)動(dòng)過程中，其機(jī)械能守恒.,2.判斷機(jī)械能是否守恒的方法(1)利用機(jī)械能的定義直接判斷：若動(dòng)能和勢能中，一種能變化，另一種能不變，則其機(jī)械能一定變化.(2)用做功判斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈力)做功，雖受其他力，但其他力不做功，機(jī)械能守恒.(3)用能量轉(zhuǎn)化來判斷：若物體系統(tǒng)中只有動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化而無機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒.,例1(多選)如圖4所示，下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是,a.甲圖中，物體將彈簧壓縮的過程中，物體和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒(不計(jì)空氣阻力)b.乙圖中，物體在大小等于摩擦力的沿斜面向下的拉力f作用下沿斜面下滑時(shí)，物體機(jī)械能守恒c.丙圖中，物體沿斜面勻速下滑的過程中，物體機(jī)械能守恒d.丁圖中，斜面光滑，物體在斜面上下滑的過程中，物體機(jī)械能守恒,圖4,解析弄清楚機(jī)械能守恒的條件是分析此問題的關(guān)鍵.表解如下：,針對訓(xùn)練1(2018廈門市高一下學(xué)期期末)以下物體運(yùn)動(dòng)過程，滿足機(jī)械能守恒的是a.在草地上滾動(dòng)的足球b.從旋轉(zhuǎn)滑梯上滑下的小朋友c.豎直真空管內(nèi)自由下落的硬幣d.勻速下落的跳傘運(yùn)動(dòng)員,解析在草地上滾動(dòng)的足球要克服阻力做功，機(jī)械能不守恒，故a錯(cuò)誤；小朋友從旋轉(zhuǎn)滑梯上滑下時(shí)，受阻力作用，阻力做負(fù)功，機(jī)械能減小，故b錯(cuò)誤；真空管內(nèi)自由下落的硬幣只有重力做功，重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，機(jī)械能守恒，故c正確；勻速下落的跳傘運(yùn)動(dòng)員受重力和空氣阻力而平衡，阻力做負(fù)功，故機(jī)械能減少，d錯(cuò)誤.,例2(多選)(2018鶴壁市高一下學(xué)期期末)如圖5，一根輕彈簧下端固定，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(jì)空氣阻力，則小球a.下落至c處速度最大b.由a至d下落過程中機(jī)械能守恒c.由b至d的過程中，動(dòng)能先增大后減小d.由a至d的過程中重力勢能的減少量等于彈簧彈性勢能的增加量,圖5,解析小球從b至c過程，重力大于彈力，合力向下，小球加速運(yùn)動(dòng)，小球從c至d過程，重力小于彈力，合力向上，小球減速運(yùn)動(dòng)，所以動(dòng)能先增大后減小，在c點(diǎn)動(dòng)能最大，故a、c正確；由a至b下落過程中小球只受重力，其機(jī)械能守恒，從bd過程，小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但小球的機(jī)械能不守恒，故b錯(cuò)誤；在d位置小球速度減小到零，小球的動(dòng)能為零，則從ad的過程中，根據(jù)機(jī)械能守恒知，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.,機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用,二,導(dǎo)學(xué)探究1.機(jī)械能守恒定律常用的三種表達(dá)式(1)從不同狀態(tài)看：ek1ep1ek2ep2(或e1e2)此式表示系統(tǒng)兩個(gè)狀態(tài)的機(jī)械能總量相等.(2)從能的轉(zhuǎn)化角度看：ekep此式表示系統(tǒng)動(dòng)能的增加(減少)量等于勢能的減少(增加)量.(3)從能的轉(zhuǎn)移角度看：ea增eb減此式表示系統(tǒng)a部分機(jī)械能的增加量等于系統(tǒng)剩余部分，即b部分機(jī)械能的減少量.,2.機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用步驟首先對研究對象進(jìn)行正確的受力分析，判斷各個(gè)力是否做功，分析是否符合機(jī)械能守恒的條件.若機(jī)械能守恒，則根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程，或再輔以其他方程進(jìn)行求解.,例3(2018山師大附中高一下學(xué)期期末)如圖6是一個(gè)設(shè)計(jì)“過山車”的試驗(yàn)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(diǎn)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(gè)質(zhì)量為m的小車(可視為質(zhì)點(diǎn))在a點(diǎn)由靜止釋放沿斜面滑下，小車恰能通過圓形軌道的最高點(diǎn)c.已知重力加速度為g.求：(1)a點(diǎn)距水平面的高度h；,圖6,答案2.5r,由a運(yùn)動(dòng)到c，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得：,解得：h2.5r,(2)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)小車對軌道壓力的大小.,答案6mg,解析由a運(yùn)動(dòng)到b，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得：,解得：fn6mg由牛頓第三定律可知，運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)小車對軌道的壓力大小為6mg.,針對訓(xùn)練2如圖7所示，質(zhì)量m50kg的跳水運(yùn)動(dòng)員從距水面高h(yuǎn)10m的跳臺上以v05m/s的速度斜向上起跳，最終落入水中，若忽略運(yùn)動(dòng)員的身高，取g10m/s2，不計(jì)空氣阻力.求：(1)運(yùn)動(dòng)員在跳臺上時(shí)具有的重力勢能(以水面為零勢能參考平面)；,圖7,答案5000j,解析以水面為零勢能參考平面，則運(yùn)動(dòng)員在跳臺上時(shí)具有的重力勢能為epmgh5000j.,(2)運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)的動(dòng)能；,答案625j,解析運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)的速度為v05m/s，則運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)的動(dòng)能為,(3)運(yùn)動(dòng)員入水時(shí)的速度大??；入水時(shí)的速度大小與起跳時(shí)的方向有關(guān)嗎？,答案15m/s無關(guān),解析運(yùn)動(dòng)員從起跳到入水過程中，只有重力做功，運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能守恒，則,解得v15m/s.此速度大小與起跳時(shí)的方向無關(guān).,隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí),03,1.(機(jī)械能是否守恒的判斷)(2018鄭州市高一下學(xué)期期末)下列說法正確的是a.拉著一個(gè)物體沿著光滑的斜面勻速上升時(shí)，物體的機(jī)械能守恒b.物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械能守恒c.物體從置于光滑水平面的光滑斜面體上自由下滑時(shí)，機(jī)械能守恒d.合外力對物體做功為零時(shí)，物體機(jī)械能一定守恒,1,2,3,4,解析拉著一個(gè)物體沿著光滑的斜面勻速上升時(shí)，動(dòng)能不變，重力勢能變大，物體的機(jī)械能增大，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有重力做功，機(jī)械能守恒，選項(xiàng)b正確；物體從置于光滑水平面的光滑斜面體上自由下滑時(shí)，物體和斜面體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但是物體的機(jī)械能不守恒，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；例如勻速上升的物體，合外力對物體做功為零，但物體機(jī)械能不守恒，選項(xiàng)d錯(cuò)誤.,2.(機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用)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8所示，三種情況達(dá)到的最大高度分別為h1、h2和h3，不計(jì)空氣阻力，則a.h1h2h3b.h1h2h3c.h1h3h2d.h1h3h2,1,2,3,4,圖8,1,2,3,4,3.(機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用)如圖9所示，由距離地面h21m的高度處以v04m/s的速度斜向上拋出質(zhì)量為m1kg的物體，當(dāng)其上升的高度為h10.4m時(shí)到達(dá)最高點(diǎn)，最終落在水平地面上，現(xiàn)以過拋出點(diǎn)的水平面為零勢能面，取重力加速度g10m/s2，不計(jì)空氣阻力，則a.物體在最大高度處的重力勢能為14jb.物體在最大高度處的機(jī)械能為16jc.物體在地面處的機(jī)械能為8jd.物體在地面處的動(dòng)能為8j,1,2,3,4,圖9,解析物體在最高點(diǎn)時(shí)具有的重力勢能ep1mgh11100.4j4j，a錯(cuò)誤；物體在最高點(diǎn)時(shí)具有的機(jī)械能等于剛拋出時(shí)的動(dòng)能，即8j，b錯(cuò)誤；物體在下落過程中，機(jī)械能守恒，任意位置的機(jī)械能都等于8j，c正確；