新教材人教版必修第二冊-第8章-4-機(jī)械能守恒定律-課件(54張)

1、第八章機(jī)械能守恒定律4 機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1.知道動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化和機(jī)械能的概念2掌握機(jī)械能守恒定律，知道機(jī)械能守恒的條件3能夠應(yīng)用機(jī)械能守恒定律分析相關(guān)的實(shí)際問題1.通過對“伽利略斜面實(shí)驗(yàn)”的探究，領(lǐng)會動能和重力勢能轉(zhuǎn)化中的守恒思想，從而初步形成能量概念2通過對動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化的探究，建立機(jī)械能守恒定律，理解機(jī)械能守恒條件和內(nèi)容3通過例題和習(xí)題，掌握應(yīng)用機(jī)械能守恒定律分析求解問題的方法，領(lǐng)會從守恒角度解決問題的優(yōu)越性知識導(dǎo)圖預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) | 新知領(lǐng)悟1能量概念的引入伽利略斜面小球?qū)嶒?yàn)中，小球運(yùn)動中不變的“東西”就是_.2動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化(1)轉(zhuǎn)化條件：_或_做功(2)轉(zhuǎn)化

2、特點(diǎn)：做正功時(shí)，_向_轉(zhuǎn)化；做負(fù)功時(shí)，_向_轉(zhuǎn)化(3)重力勢能、彈性勢能與動能統(tǒng)稱為_.追尋守恒量動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化能量重力彈力勢能動能動能勢能機(jī)械能如圖所示，物體沿光滑曲面滑下，途經(jīng)A、B兩點(diǎn)這個(gè)過程中物體的動能和勢能如何變化？【答案】由于曲面光滑，只有重力做功下滑過程中速度增大，高度減小，故動能增大，重力勢能減小1含義在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能與勢能可以_，而總的機(jī)械能_.2守恒定律表達(dá)式(1)Ek2Ek1_，即Ek_.機(jī)械能守恒定律互相轉(zhuǎn)化保持不變Ep1Ep2Ep(2)Ek2Ep2_.(3)E2_.3守恒條件只有_做功Ek1Ep1E1重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力下列運(yùn)動過程中，機(jī)械能守

3、恒的是()A熱氣球緩緩升空B樹葉從枝頭飄落C擲出的鉛球在空中運(yùn)動D跳水運(yùn)動員在水中下沉【答案】C【解析】熱氣球緩緩升空過程中，空氣的浮力做功，機(jī)械能不守恒，A錯(cuò)誤；樹葉從枝頭飄落，所受的空氣阻力不能忽略，空氣阻力做負(fù)功，其機(jī)械能不守恒，B錯(cuò)誤；擲出的鉛球在空中運(yùn)動時(shí)，所受空氣的阻力對其運(yùn)動的影響可以忽略，只有重力做功，其機(jī)械能守恒，C正確；跳水運(yùn)動員在水中下沉?xí)r，所受水的浮力和阻力做負(fù)功，其機(jī)械能不守恒，D錯(cuò)誤.多維課堂 | 素養(yǎng)初培如圖，用細(xì)線拴著的小球在豎直面內(nèi)擺動探究以下問題：機(jī)械能守恒的條件問題(1)小球的受力情況如何？(2)各力做功情況如何？小球的動能和勢能如何變化？(3)這個(gè)實(shí)驗(yàn)說

4、明了什么問題？【答案】(1)小球在擺動過程中受重力和線的拉力作用(2)拉力和速度方向總是保持垂直，對小球不做功，只有重力對小球做功小球在擺動過程中重力勢能和動能在不斷相互轉(zhuǎn)化(3)在擺動過程中，小球總能回到原來的高度，可見，重力勢能和動能的總和不變探究總結(jié)機(jī)械能守恒的四種情況1物體只受重力，只發(fā)生動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，如自由落體運(yùn)動、拋體運(yùn)動等2只有彈力做功，只發(fā)生動能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化如在光滑水平面上運(yùn)動的物體碰到一個(gè)彈簧，和彈簧相互作用的過程中，對物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說，機(jī)械能守恒3物體既受重力，又受彈力，重力和彈力都做功，發(fā)生動能、彈性勢能、重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，如自由下落的物體落

5、到豎直的彈簧上和彈簧相互作用的過程中，對物體和彈簧組成的系統(tǒng)來說，機(jī)械能守恒4除受重力或彈力外，還受其他力，但其他力不做功，或其他力做功的代數(shù)和為零如物體在沿斜面的拉力F的作用下沿斜面向下運(yùn)動，若拉力的大小與摩擦力的大小相等，則在此運(yùn)動過程中，其機(jī)械能守恒精練1(多選)如圖所示，下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是()A圖甲中，物體A將彈簧壓縮的過程中，物體A的機(jī)械能守恒B圖乙中，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圖丙中，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圖丁中，小球由水平位置A處靜止釋放，運(yùn)動到B處的過程中，機(jī)械能守恒【答案】

6、BCD【解析】圖甲中重力和彈力做功，物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但A機(jī)械能不守恒，故A錯(cuò)誤；圖乙中物體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)和為零，故B機(jī)械能守恒，故B正確；圖丙中繩子的張力對A做負(fù)功，對B做正功，兩者代數(shù)和為零，又不計(jì)任何阻力，故A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故C正確；圖丁中只有小球的重力做功，故機(jī)械能守恒，故D正確變式1關(guān)于機(jī)械能，下列說法正確的是()A機(jī)械能守恒時(shí)，物體一定只受重力和彈力作用B物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，機(jī)械能必守恒C一個(gè)系統(tǒng)所受外力為零時(shí)，系統(tǒng)機(jī)械能守恒D物體所受的合外力不等于零，其機(jī)械能也可以守恒【答案

7、】D【解析】物體機(jī)械能守恒的條件是只有重力或者是彈力做功，物體除了受重力和彈力的作用，還有可能受其他力的作用，但是其他力做功為零，故A錯(cuò)誤；物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受的合力為零，機(jī)械能不一定守恒，例如物體勻速上升，動能不變，重力勢能增大，故B、C錯(cuò)誤；物體所受合外力不等于零時(shí)，機(jī)械能可能守恒，例如自由下落的物體，D正確.(1)系統(tǒng)機(jī)械能守恒，系統(tǒng)中單個(gè)物體機(jī)械能不一定守恒(2)有摩擦力做功，但還有其他力做功來抵消摩擦力做的功，機(jī)械能仍然守恒(3)系統(tǒng)中有內(nèi)力做功，但內(nèi)力做功的代數(shù)和為零，則機(jī)械能守恒(4)物體除受重力外還受其他力，但其他力不做功，則機(jī)械能守恒如圖所示，光滑軌道頂端高為h，底端通過

8、小段圓弧與半徑為R的光滑圓形軌道連接，整個(gè)軌道和斜面都在豎直平面內(nèi)一個(gè)小球從頂端A處由靜止釋放機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用問題(1)小球從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中，機(jī)械能是否守恒？(2)若小球能夠到達(dá)B點(diǎn)，則到達(dá)B點(diǎn)的動能是多少？(3)若小球能恰好通過B點(diǎn)，則h和R是什么關(guān)系？探究總結(jié)機(jī)械能守恒定律與動能定理的比較比較項(xiàng)機(jī)械能守恒定律動能定理表達(dá)式E1E2，EkEp，EAEBWEk使用范圍只有重力或彈力做功無條件限制研究對象物體與地球組成的系統(tǒng)單個(gè)物體或可看成單個(gè)物體的系統(tǒng)比較項(xiàng)機(jī)械能守恒定律動能定理物理意義重力或彈力做功的過程是動能與勢能相互轉(zhuǎn)化的過程合外力對物體做的功等于動能變化的量度應(yīng)用角度守恒條

9、件及初末狀態(tài)機(jī)械能的形式和大小動能的變化及合外力做功情況比較項(xiàng)機(jī)械能守恒定律動能定理選用原則1.無論直線運(yùn)動還是曲線運(yùn)動，條件合適時(shí)，兩規(guī)律都可以應(yīng)用，都要考慮初、末狀態(tài)，都不需要考慮所經(jīng)歷過程中的細(xì)節(jié)2能用機(jī)械能守恒定律解決的問題一般都能用動能定理解決；能用動能定理解決的問題不一定能用機(jī)械能守恒定律解決3動能定理比機(jī)械能守恒定律應(yīng)用更廣泛、更普遍比較項(xiàng)機(jī)械能守恒定律動能定理思想方法機(jī)械能守恒定律和動能定理都是從做功和能量轉(zhuǎn)化的角度，研究物體在力的作用下狀態(tài)的變化，中間過程都有力做功，列式時(shí)都要找兩個(gè)狀態(tài)，所列方程都用標(biāo)量的形式表達(dá)精練2如圖所示，斜面軌道AB與水平面之間的夾角53，BD為一段

10、半徑R4 m的圓弧形軌道，且B點(diǎn)與D點(diǎn)在同一水平面上在B點(diǎn)，斜面軌道AB與圓弧形軌道BD相切，整個(gè)軌道處于豎直平面內(nèi)且處處光滑在A點(diǎn)處有一質(zhì)量m1 kg的小球由靜止滑下，經(jīng)過B、C兩點(diǎn)后從D點(diǎn)斜拋出去，最后落在地面上的S點(diǎn)時(shí)的速度大小vS8 m/s.已知A點(diǎn)距地面的高度H10 m，B點(diǎn)距地面的高度h5 m設(shè)以MDN為分界線，其左側(cè)為一有阻力區(qū)域，右側(cè)為無阻力區(qū)域，g取10 m/s2，cos 530.6.求：(1)小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度大?。?2)小球經(jīng)過圓弧軌道最低處C點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力大??；(3)小球從D點(diǎn)到S點(diǎn)的過程中阻力所做的功【答案】(1)10 m/s(2)43 N(3)68 J變式2如圖

11、所示，將一質(zhì)量為m0.1 kg的小球自水平平臺右端O點(diǎn)以初速度v0水平拋出，小球飛離平臺后由A點(diǎn)沿切線落入豎直光滑圓軌道ABC，并沿軌道恰好通過最高點(diǎn)C，圓軌道ABC的形狀為半徑R2.5 m的圓截去了左上角127的圓弧，CB為其豎直直徑(sin 530.8, cos 530.6，重力加速度g取10 m/s2)求：(1) 小球經(jīng)過C點(diǎn)的速度大??；(2) 小球運(yùn)動到軌道最低點(diǎn)B時(shí)對軌道的壓力大??；(3) 平臺末端O點(diǎn)到A點(diǎn)的豎直高度H.【答案】(1)5 m/s(2)6.0 N(3)3.36 m(1)從A運(yùn)動到D的過程中小球的機(jī)械能守恒；(2)小球在C點(diǎn)受到的重力和支持力的合力提供圓周運(yùn)動的向心力；

12、(3)從D點(diǎn)到S點(diǎn)的過程中小球的機(jī)械能不守恒，可以應(yīng)用動能定理將重力的功、阻力所做的功與動能的變化聯(lián)系起來.核心素養(yǎng)微專題科學(xué)思維多物體系統(tǒng)機(jī)械能守恒問題對于存在相互作用的多個(gè)物體組成的系統(tǒng)而言，由于有內(nèi)力做功，單個(gè)物體的機(jī)械能往往不守恒，因此首先要判斷哪個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，然后合理選取系統(tǒng)，再利用機(jī)械能守恒定律列式求解一般來說：(1)當(dāng)只有重力做功時(shí)，可選取一個(gè)物體(其實(shí)是物體與地球構(gòu)成的系統(tǒng))作為研究對象；(2)當(dāng)物體之間有彈力做功時(shí)，必須將這幾個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)作為研究對象(使這些彈力成為系統(tǒng)內(nèi)力)專練如圖所示，在豎直方向上A、B兩物體通過勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧相連，A放在水平地面上；B、

13、C兩物體通過細(xì)繩繞過輕質(zhì)定滑輪相連，C放在固定的光滑斜面上，用手拿住C，使細(xì)線剛剛拉直但無拉力作用，并保證ab段的細(xì)線豎直、cd段的細(xì)線與斜面平行已知A、B的質(zhì)量均為m，C的質(zhì)量為4m，重力加速度為g，細(xì)線與滑輪之間的摩擦不計(jì)，開始時(shí)整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，釋放C后它沿斜面下滑，A剛離開地面時(shí)，B獲得最大速度，求：(1)斜面傾角；(2)B獲得的最大速度v.【解析】(1)當(dāng)物體A剛剛離開地面時(shí)，彈簧的伸長量記為xA.對A有：kxAmg.此時(shí)B受到重力mg、彈簧的彈力kxA、細(xì)線拉力FT三個(gè)力的作用設(shè)B的加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律，對B有：FTmgkxAma，對C有：4mgsin FT4ma.當(dāng)B

14、獲得最大速度時(shí)，有a0.由此解得sin 0.5，所以30.課堂小練 | 素養(yǎng)達(dá)成1下列物體的運(yùn)動過程，滿足機(jī)械能守恒的是()A火箭加速上升B潛水運(yùn)動員在水中勻速下落C物體從空中自由下落(不計(jì)空氣阻力)D游客在摩天輪中隨摩天輪在豎直面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動【答案】C【解析】火箭加速上升時(shí)，動能增大，重力勢能增大，故機(jī)械能增大，故A錯(cuò)誤；潛水運(yùn)動員在水中勻速下落，動能不變，重力勢能減小，故總機(jī)械能減小，故B錯(cuò)誤；物體從空中自由下落(不計(jì)空氣阻力)時(shí)只有重力做功，機(jī)械能守恒，故C正確；游客在摩天輪中隨摩天輪在豎直面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，動能不變，重力勢能改變，則機(jī)械能不守恒，故D錯(cuò)誤2如圖所示，小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上，在彈簧壓縮到最短的整個(gè)過程中，下列關(guān)于能量的敘述正確的是 ()A重力勢能和動能之和總保持不變B重力勢能和彈性勢能之和總保持不變C動能和彈性勢能之和總保持不變D重力勢能、彈性勢能和動能之和總保持不變【答案】D【解析】小球下落過程中受到的重力做正功，彈力做負(fù)功，重力勢能、彈性勢能及動能都要發(fā)生變化，任意兩種能量之和都不會保持不變，但三種能量有相互轉(zhuǎn)化，總和不變，故D