202X學年高中物理第2章能的轉(zhuǎn)化與守恒第3節(jié)第2課時能量守恒定律課件魯科版必修2VIP

1、第2課時能量守恒定律學習目標學習目標核心提煉核心提煉1.知道機械能的概念，并會求機械能。知道機械能的概念，并會求機械能。2.理解機械能守恒定律及其適用條件、表達式。理解機械能守恒定律及其適用條件、表達式。3.會用機械能守恒定律分析解答問題。會用機械能守恒定律分析解答問題。4.理解能量守恒定律及其表達式。理解能量守恒定律及其表達式。1個概念個概念機械能機械能1個條件個條件機械能守恒條件機械能守恒條件2個定律個定律機械能守恒定律、能機械能守恒定律、能量守恒定律量守恒定律一、機械能守恒定律一、機械能守恒定律閱讀教材第閱讀教材第3435頁頁“機械能守恒定律局部，知道機械能的概念，會利用自由落機械能守恒

2、定律局部，知道機械能的概念，會利用自由落體運動推導機械能守恒定律的表達式。體運動推導機械能守恒定律的表達式。1.機械能：物體的機械能：物體的_和和_之和。之和。2.推導：如圖推導：如圖1所示，如果物體只在重力作用下自由下落，重力做的功設為所示，如果物體只在重力作用下自由下落，重力做的功設為WG，由重，由重力做功和重力勢能的變化關系可知力做功和重力勢能的變化關系可知WGmg(h1h2)Ep1Ep2。動能動能勢能勢能圖圖1由機械能的定義得由機械能的定義得Ek1Ep1Ek2Ep2。3.內(nèi)容：內(nèi)容：在只有重力做功的情況下，物體的動能和重力勢能可以發(fā)生在只有重力做功的情況下，物體的動能和重力勢能可以發(fā)生

3、_，但機械能的總量，但機械能的總量_。4.條件：條件：只有只有_對物體做功，與運動方向和軌跡的曲、直無關。對物體做功，與運動方向和軌跡的曲、直無關。相互轉(zhuǎn)化相互轉(zhuǎn)化保持不變保持不變重力重力5.表達式：表達式：Ek增增思維拓展思維拓展(1)如圖如圖2所示，大型的過山車在軌道上翻轉(zhuǎn)而過。過山車從最低點到達最高點時，所示，大型的過山車在軌道上翻轉(zhuǎn)而過。過山車從最低點到達最高點時，動能和勢能怎樣變化？忽略與軌道摩擦和空氣阻力，機械能是否守恒？動能和勢能怎樣變化？忽略與軌道摩擦和空氣阻力，機械能是否守恒？圖圖2(2)如圖如圖3所示，在光滑水平面上，被壓縮的彈簧恢復原來形狀的過程，彈性勢能如何所示，在光滑

4、水平面上，被壓縮的彈簧恢復原來形狀的過程，彈性勢能如何變化？彈出的物體的動能如何變化？當物體以某一初速度壓縮彈簧時，彈性勢能如何變化？彈出的物體的動能如何變化？當物體以某一初速度壓縮彈簧時，彈性勢能如何變化，物體的動能如何變化？變化，物體的動能如何變化？圖圖3答案答案(1)動能減少，重力勢能增加，忽略與軌道摩擦和空氣阻力，過山車機械能守恒。動能減少，重力勢能增加，忽略與軌道摩擦和空氣阻力，過山車機械能守恒。(2)被壓縮的彈簧恢復原來形狀時，彈性勢能減少，被彈出的物體的動能增加；當物體被壓縮的彈簧恢復原來形狀時，彈性勢能減少，被彈出的物體的動能增加；當物體壓縮彈簧時，彈性勢能增加，物體的動能減少

5、。壓縮彈簧時，彈性勢能增加，物體的動能減少。二、能量守恒定律二、能量守恒定律閱讀教材第閱讀教材第3637頁頁“能量守恒定律局部，知道能量的轉(zhuǎn)化及守恒定律的內(nèi)容。能量守恒定律局部，知道能量的轉(zhuǎn)化及守恒定律的內(nèi)容。1.機械能的變化：除重力以外的其他力對物體做功時，物體的機械能就會發(fā)生機械能的變化：除重力以外的其他力對物體做功時，物體的機械能就會發(fā)生_。2.能量的轉(zhuǎn)化：自然界中，能的表現(xiàn)形式是多種多樣的，除了機械能外，還有能量的轉(zhuǎn)化：自然界中，能的表現(xiàn)形式是多種多樣的，除了機械能外，還有_、_、_、化學能、原子能等，這些能量間都可以相互、化學能、原子能等，這些能量間都可以相互_。3.能量守恒定律：能

6、量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式能量守恒定律：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式_為另一種形式或從一個物體為另一種形式或從一個物體_到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量_。4.永動機：不消耗任何永動機：不消耗任何_卻能持續(xù)不斷地對外卻能持續(xù)不斷地對外_的機器，它違背了能量守恒的機器，它違背了能量守恒定律，是不可能制成的。定律，是不可能制成的。變化變化電能電能光能光能內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移保持不變保持不變能量能量做功做功思考判斷思考判斷(1)合力為零，物體的機械能一定守恒。合力為零，物體的機械能一定守恒。(

7、)(2)合力做功為零，物體的機械能一定守恒。合力做功為零，物體的機械能一定守恒。()(3)只有重力做功，物體的機械能一定守恒。只有重力做功，物體的機械能一定守恒。()(4)物體向上運動時，機械能也可能守恒。物體向上運動時，機械能也可能守恒。()(5)任何能量之間的轉(zhuǎn)化都遵循能量守恒定律。任何能量之間的轉(zhuǎn)化都遵循能量守恒定律。()(6)能量永遠不會增加或減少，只能轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移。能量永遠不會增加或減少，只能轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)機械能守恒條件的理解機械能守恒條件的理解要點歸納要點歸納1.從能量特點看，系統(tǒng)內(nèi)部只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，無其他形式能量從能量特點看

8、，系統(tǒng)內(nèi)部只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，無其他形式能量(如內(nèi)能如內(nèi)能)之之間轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)機械能守恒。間轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)機械能守恒。2.從做功角度來看，只有重力做功或系統(tǒng)彈力做功，系統(tǒng)機械能守恒，具體表現(xiàn)為：從做功角度來看，只有重力做功或系統(tǒng)彈力做功，系統(tǒng)機械能守恒，具體表現(xiàn)為：做功條件做功條件典例典例只有重力只有重力(或彈簧彈力或彈簧彈力)做功做功所有做拋體運動的物體所有做拋體運動的物體(不計空氣阻力不計空氣阻力)，機械能守恒，機械能守恒除重力、彈力外還受其他力，除重力、彈力外還受其他力，但其他力不做功但其他力不做功如物體沿光滑的曲面下滑，盡管受到支持力，但支持力如物體沿光滑的曲面下滑，盡管受到支持力，

9、但支持力不做功不做功只有重只有重力和系力和系統(tǒng)內(nèi)的統(tǒng)內(nèi)的彈力做彈力做功功如圖所示，小球在擺動過程中線的拉力不做功，如不計如圖所示，小球在擺動過程中線的拉力不做功，如不計空氣阻力，只有重力做功，小球的機械能守恒空氣阻力，只有重力做功，小球的機械能守恒如圖所示如圖所示,所有摩擦不計所有摩擦不計,A在在B上自由下滑過程中，只有重上自由下滑過程中，只有重力和力和A、B間彈力做功，間彈力做功，A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒。但組成的系統(tǒng)機械能守恒。但對對B來說，來說，A對對B的彈力做功，但這個力對的彈力做功，但這個力對B來說是外力，來說是外力，B的機械能不守恒的機械能不守恒如圖所示，不計空氣阻力，球在運動過

10、程中，只有重力和如圖所示，不計空氣阻力，球在運動過程中，只有重力和彈簧與球間的彈力做功，球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒。彈簧與球間的彈力做功，球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒。但對球來說，機械能不守恒但對球來說，機械能不守恒其他力做功，但其他力做功，但做功的代數(shù)和為做功的代數(shù)和為零零如圖所示，如圖所示，A、B構成的系統(tǒng)，忽略繩的質(zhì)量與構成的系統(tǒng)，忽略繩的質(zhì)量與滑輪間的摩擦，在滑輪間的摩擦，在A向下，向下，B向上運動過程中，向上運動過程中，F(xiàn)A和和FB都做功，都做功，A機械能不守恒；機械能不守恒；B機械能也機械能也不守恒；但不守恒；但WAWB0，不存在機械能與其，不存在機械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則他

11、形式的能的轉(zhuǎn)化，則A、B系統(tǒng)機械能守恒系統(tǒng)機械能守恒精典例如精典例如例例1(多項選擇多項選擇)如圖中物體如圖中物體m機械能守恒的是機械能守恒的是(均不計空氣阻力均不計空氣阻力)()解析解析物塊沿固定斜面勻速下滑，在斜面上物塊受力平衡，重力沿斜面向下的分力與物塊沿固定斜面勻速下滑，在斜面上物塊受力平衡，重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡，摩擦力做負功，物塊機械能減少；物塊沿固定斜面上在力摩擦力平衡，摩擦力做負功，物塊機械能減少；物塊沿固定斜面上在力F作用下上滑作用下上滑時，力時，力F做正功，物塊機械能增加；小球沿光滑半圓形固定軌道下滑，只有重力做功，做正功，物塊機械能增加；小球沿光滑半圓形固定軌道

12、下滑，只有重力做功，小球機械能守恒；用細線拴住的小球繞小球機械能守恒；用細線拴住的小球繞O點來回擺動，只有重力做功，小球機械能守點來回擺動，只有重力做功，小球機械能守恒。選項恒。選項C、D正確。正確。答案答案CD判斷機械能是否守恒的條件判斷機械能是否守恒的條件1.合外力為零是物體處于平衡狀態(tài)的條件。物體受到的合外力為零時，它一定處合外力為零是物體處于平衡狀態(tài)的條件。物體受到的合外力為零時，它一定處于勻速運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，但它的機械能不一定守恒。于勻速運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，但它的機械能不一定守恒。2.只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功是機械能守恒的條件。只有重力對物體做功時，只有重力做功或系統(tǒng)內(nèi)彈力做

13、功是機械能守恒的條件。只有重力對物體做功時，物體的機械能一定守恒；只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功時，系統(tǒng)的機械能一定守恒。物體的機械能一定守恒；只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功時，系統(tǒng)的機械能一定守恒。針對訓練針對訓練1(多項選擇多項選擇)如圖如圖4所示，彈簧固定在地面上，一小球從它的正上方所示，彈簧固定在地面上，一小球從它的正上方A處自由處自由下落，到達下落，到達B處開場與彈簧接觸，到達處開場與彈簧接觸，到達C處速度為處速度為0，不計空氣阻力，那么在小球從，不計空氣阻力，那么在小球從B到到C的過程中的過程中()圖圖4A.彈簧的彈性勢能不斷增大彈簧的彈性勢能不斷增大B.彈簧的彈性勢能不斷減小彈簧的彈性勢能不

14、斷減小C.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能不斷減小小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能不斷減小D.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能保持不變小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能保持不變解析從解析從B到到C，小球抑制彈力做功，彈簧的彈性勢能不斷增加，小球抑制彈力做功，彈簧的彈性勢能不斷增加，A正確，正確，B錯誤；對小球、彈簧組成的系統(tǒng)，只有重力和系統(tǒng)內(nèi)錯誤；對小球、彈簧組成的系統(tǒng)，只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，系統(tǒng)機械能守恒，彈力做功，系統(tǒng)機械能守恒，C錯誤，錯誤，D正確。正確。答案答案AD機械能守恒定律的應用機械能守恒定律的應用要點歸納要點歸納1.機械能守恒定律的不同表達式機械能守恒定律的不同表達式 表達式表達式物理意義物理意義從

15、不同狀從不同狀態(tài)看態(tài)看Ek1Ep1Ek2Ep2或或E初初E末末初狀態(tài)的機械能等于末狀態(tài)的機械能初狀態(tài)的機械能等于末狀態(tài)的機械能從轉(zhuǎn)化角從轉(zhuǎn)化角度看度看Ek2Ek1Ep1Ep2或或EkEp過程中動能的增加量等于勢能的減少量過程中動能的增加量等于勢能的減少量從轉(zhuǎn)移角從轉(zhuǎn)移角度看度看EA2EA1EB1EB2或或EAEB系統(tǒng)只有系統(tǒng)只有A、B兩物體時，兩物體時，A增加的機械增加的機械能等于能等于B減少的機械能減少的機械能2.應用機械能守恒定律的解題步驟應用機械能守恒定律的解題步驟精典例如精典例如例例2如圖如圖5所示，某大型露天游樂場中過山車的質(zhì)量為所示，某大型露天游樂場中過山車的質(zhì)量為1t，從軌道一側(cè)

16、的頂點，從軌道一側(cè)的頂點A處由處由靜止釋放，到達底部靜止釋放，到達底部B處后又沖上環(huán)形軌道，使乘客頭朝下通過處后又沖上環(huán)形軌道，使乘客頭朝下通過C點，再沿環(huán)形軌道點，再沿環(huán)形軌道到達底部到達底部B處，最后沖上軌道另一側(cè)的頂端處，最后沖上軌道另一側(cè)的頂端D處，處，D與與A在同一水平面上。在同一水平面上。A、B間的間的高度差為高度差為20m，圓環(huán)半徑為，圓環(huán)半徑為5m，如果不考慮車與軌道間的摩擦和空氣阻力，如果不考慮車與軌道間的摩擦和空氣阻力，g取取10m/s2。試求：。試求：圖圖5(1)過山車通過過山車通過B點時的動能；點時的動能；(2)過山車通過過山車通過C點時的速度；點時的速度；(3)過山車

17、通過過山車通過D點時的機械能。點時的機械能。(取過取過B點的水平面為零勢能面點的水平面為零勢能面)解析解析(1)過山車由過山車由A點運動到點運動到B點的過程中，由機械能守恒定律點的過程中，由機械能守恒定律Ek增增Ep減減可得過山可得過山車在車在B點時的動能。點時的動能。利用機械能守恒定律可從下面兩個角度列方程利用機械能守恒定律可從下面兩個角度列方程(1)守恒觀點：守恒觀點：E1E2需要選零勢能參考平面需要選零勢能參考平面(2)轉(zhuǎn)化觀點：轉(zhuǎn)化觀點：EkEp不用選零勢能參考平面不用選零勢能參考平面針對訓練針對訓練2如圖如圖6所示，質(zhì)量所示，質(zhì)量m50kg的跳水運發(fā)動從距水面高的跳水運發(fā)動從距水面高

18、h10m的跳臺上以的跳臺上以v05m/s的速度斜向上起跳，最終落入水，假設忽略運發(fā)動的身高，取的速度斜向上起跳，最終落入水，假設忽略運發(fā)動的身高，取g10m/s2。求：求：圖圖6(1)運發(fā)動在跳臺上時具有的重力勢能運發(fā)動在跳臺上時具有的重力勢能(以水面為零勢能參考平面以水面為零勢能參考平面)；(2)運發(fā)動起跳時的動能；運發(fā)動起跳時的動能；(3)運發(fā)動入水時的速度大小。運發(fā)動入水時的速度大小。解析解析(1)以水面為零勢能參考平面，那么運發(fā)動在跳臺上時具有以水面為零勢能參考平面，那么運發(fā)動在跳臺上時具有的重力勢能為的重力勢能為Epmgh5000J。(2)運發(fā)動起跳時的速度為運發(fā)動起跳時的速度為v0

19、5m/s，(3)解法一：應用機械能守恒定律解法一：應用機械能守恒定律解法二：應用動能定理解法二：應用動能定理運發(fā)動從起跳到入水過程中，其他力不做功，只有重力做功，故合外力運發(fā)動從起跳到入水過程中，其他力不做功，只有重力做功，故合外力做的功為做的功為W合合mgh，多個物體組成的系統(tǒng)機械能守恒問題多個物體組成的系統(tǒng)機械能守恒問題要點歸納要點歸納多個物體組成的系統(tǒng)機械能守恒問題的解題思路多個物體組成的系統(tǒng)機械能守恒問題的解題思路(1)首先分析多個物體組成的系統(tǒng)所受的外力是否只有重力或彈力做功，內(nèi)力是否造首先分析多個物體組成的系統(tǒng)所受的外力是否只有重力或彈力做功，內(nèi)力是否造成了機械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化

20、，從而判斷系統(tǒng)機械能是否守恒。成了機械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，從而判斷系統(tǒng)機械能是否守恒。(2)假設系統(tǒng)機械能守恒，那么機械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，假設系統(tǒng)機械能守恒，那么機械能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，E1E2，一個物體機械能增加，那么一定有另一個物體機械能減少。一個物體機械能增加，那么一定有另一個物體機械能減少。精典例如精典例如例例3如圖如圖7所示，可視為質(zhì)點的小球所示，可視為質(zhì)點的小球A、B用不可伸長的細軟輕線連接，跨過固定在地用不可伸長的細軟輕線連接，跨過固定在地面上半徑為面上半徑為R的光滑圓柱，的光滑圓柱，A的質(zhì)量為的質(zhì)量為B的兩倍。當?shù)膬杀?。當B位于地面時，位于地面時，A恰與

21、圓柱軸心等恰與圓柱軸心等高。將高。將A由靜止釋放，由靜止釋放，B上升的最大高度是上升的最大高度是()圖圖7答案答案C多物體機械能守恒問題的分析技巧多物體機械能守恒問題的分析技巧(1)對多個物體組成的系統(tǒng)，一般用對多個物體組成的系統(tǒng)，一般用“轉(zhuǎn)化法和轉(zhuǎn)化法和“轉(zhuǎn)移法來判斷其機械能是否轉(zhuǎn)移法來判斷其機械能是否守恒。守恒。(2)注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關系和位移關系。注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關系和位移關系。(3)列機械能守恒方程時，可選用列機械能守恒方程時，可選用EkEp的形式。的形式。針對訓練針對訓練3(2021金昌高一檢測金昌高一檢測)如圖如圖8所示，一固定的楔形木塊，其

22、斜面的傾角所示，一固定的楔形木塊，其斜面的傾角30，另一邊與地面垂直，頂上有一定滑輪，一柔軟的細線跨過定滑輪，兩端分別，另一邊與地面垂直，頂上有一定滑輪，一柔軟的細線跨過定滑輪，兩端分別與物塊與物塊A和和B連接，連接，A的質(zhì)量為的質(zhì)量為4m，B的質(zhì)量為的質(zhì)量為m。開場時將。開場時將B按在地面上不動，然后按在地面上不動，然后放開手，讓放開手，讓A沿斜面下滑而沿斜面下滑而B上升。物塊上升。物塊A與斜面間無摩擦，設當與斜面間無摩擦，設當A沿斜面下滑沿斜面下滑l距離距離后，細線突然斷了，求物塊后，細線突然斷了，求物塊B上升的最大高度上升的最大高度H。圖圖8要點歸納要點歸納1.功與能量的轉(zhuǎn)化：功與能量的

23、轉(zhuǎn)化：不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的。做功的過程就是不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的。做功的過程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)移)的過程，且做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化的過程，且做了多少功，就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)移)。因此，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。因此，功是能量轉(zhuǎn)化的量度。對能量守恒定律的理解對能量守恒定律的理解2.功與能的關系：功與能的關系：由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某種力做功往往與某一種具體形式的能量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關系如下：量轉(zhuǎn)化相聯(lián)系，具體功能關系如下：功功能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化關系式關系式重力做功重力做功重力勢能的改變重力勢能的改變WGEp彈力做功彈力做功彈性勢能的改變彈性勢能的改變WFEp合外力做功合外力做功動能的改變動能的改變W合合Ek除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈力以除重力、系統(tǒng)內(nèi)彈