中職物理（通用類）高教版（2023）2.3 機械能守恒定律及其應用 同步課件(共27張PPT)

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第三節(jié)機械能守恒定律及其應用

三峽大壩為什么會有如此巨大的發(fā)電量呢？

主要內容

勢能

機械能守恒定律

1

2

01

PART01

勢能

在建筑工地，經?？梢钥匆姶蚝粰C將重錘高高吊起，然后釋放，讓重錘落下將地基夯得更結實，如右圖所示。

一、勢能

被舉高的重錘具有對地面做功的本領，因此說它具有某種能量。在物理學中，把地球表面附近的物體由于被舉高而具有的能量，稱為重力勢能。

【觀察與體驗】研究重力勢能與物體質量、高度的關系

一、勢能

在將裝滿細沙的沙箱放在桌子上，表面輔平。用鐵架臺和夾子在沙箱里豎直安放一根直尺，使其零刻線與沙面平齊。再將小鐵桌輕輕放在沙面上，記下小鐵桌的高度值，如右圖所示。

1．保持砝碼質量不變，改變砝碼的高度

2．保持砝碼高度不變，改變砝碼的質量

【思考與討論】

與本學習小組的同學討論，通過比較s1和s2可以發(fā)現(xiàn)，當砝碼的質量相同時，初始高度越高，將小鐵桌壓入沙中的位移越，說明砝碼對小鐵桌做的功越，表明砝碼開始下落前的重力勢能越；

通過比較s1和s3可以發(fā)現(xiàn)，當砝碼的初始高度相同時，砝碼的質量越大，將小鐵桌壓入沙中的位移越，說明砝碼對小鐵桌做的功越，表明砝碼開始下落前的重力勢能越。

一、勢能

本實驗采用的實驗方法是法，每一步驟都采用了法。

【思維與方法】

一、勢能

質量為m的物體從高處由靜止開始豎直下落高度h，如下圖所示。

由于物體只受重力，因此重力在下落過程中做的功為

一、勢能

W＝mgh

物理學中，把mgh作為物體在高度為h處的重力勢能，用Ep表示，即

Ep＝mgh

一、勢能

零勢能面的選擇是任意的，可視研究問題的方便而定。一般情況下，常選地面為零勢能面。

物體的高度總是相對于某一水平面來說的，這個水平面稱為零勢能面。在零勢能面上的物體，由于高度為0，因此重力勢能也為0。

處于零勢能面以上的物體，重力勢能為正值；處于零勢能面以下的物體，重力勢能為負值。重力勢能為負值，表示物體的重力勢能比在零勢能面的重力勢能小。

卷緊的發(fā)條、拉伸或壓縮的彈簧、拉開的弓、正在擊球的球拍、撐竿跳運動員手中彎曲的跳竿（右圖）等，這些物體由于發(fā)生了彈性形變，而具有了做功的本領。物理學中，把物體由于彈性形變而具有的能量，稱為彈性勢能。

一、勢能

02

PART01

機械能守恒定律

在一定的條件下，物體的動能和勢能之間可以相互轉化。

動能和勢能（包括重力勢能和彈性勢能）統(tǒng)稱為機械能。

二、機械能守恒定律

【觀察與體驗】觀察動能與重力勢能的相互轉化

用細線將小球懸掛起來，把小球拉到一定高度的初始點A，然后由靜止開始釋放，小球就會經過最低點O，擺到另一端的最高點B，如右圖所示。

二、機械能守恒定律

如果在小球擺到最低點O時，將細線在中間的某一點擋住，小球則會以該點為圓心，擺到一個新的最高點C，如右圖所示。

小球在從A擺向O點的過程中，不考慮空氣阻力，則只有力對小球做功。小球的速度越來越，位置越來越，說明小球的動能越來越，重力勢能越來越。即可判斷出在此過程中，小球的一部分能轉化成了能。

二、機械能守恒定律

小球在從O點擺向B點的過程中，也不考慮空氣阻力，則只有力對小球做功，小球的速度越來越，位置越來越。說明小球的動能越來越，重力勢能越來越。小球到達最高點B時，速度變?yōu)?，即可判斷出在此過程中，小球的能又全部轉化成了能。

本實驗現(xiàn)象說明，小球在從A擺向B的過程中，機械能總量保持。

當細線在擺動中被阻擋時，小球到達另一端的最高點C與初始點A的高度，說明在此過程中小球的機械能總量也保持。

一個質量為m自由下落的物體，從高度為h1的A點下落到高度為h2的B點，速度從v1增加到v2，如右圖所示。

二、機械能守恒定律

根據(jù)動能定理

得

在此過程中，物體的重力勢能減少了，而動能增加了，物體的重力勢能減少的量等于動能增加的量，即物體的機械能保持不變。

二、機械能守恒定律

在自由落體運動中，只有重力做功，動能與重力勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變。在各種拋體運動中，如果忽略空氣阻力，物體的總機械能也保持不變。

光滑水平面上，一個小球撞向一個一端固定的彈簧，彈簧被壓縮后，又把小球彈開，如右圖所示。在此過程中，若只有彈簧的彈力做功，則小球的動能與彈簧的彈性勢能發(fā)生了相互轉化，動能與彈性勢能之和保持不變。

二、機械能守恒定律

通過大量實驗，人們歸納出：在只有重力（或彈力）做功的情況下，物體的動能和重力勢能（或彈性勢能）發(fā)生相互轉化，機械能的總量保持不變。這個結論稱為機械能守恒定律。

二、機械能守恒定律

機械能守恒定律是力學中的一個重要規(guī)律，也是能量守恒定律的一種形式。

運用守恒原理是物理學研究中一種重要的科學方法，在判斷出物體在某運動或變化過程中某一物理量守恒以后，可以只關注物體在該過程的始、末狀態(tài)，從而使問題的研究過程大為簡化。

【思維與方法】守恒原理

物理學中，除了機械能守恒，還有能量守恒、動量守恒、動能守恒、質量守恒、電荷量守恒等規(guī)律。

二、機械能守恒定律

示例一位小朋友從lm高、2m長的滑梯頂端，由靜止開始滑下，若不計摩擦力和空氣阻力，他到達滑梯底端時速度有多大？

分析由于不計摩擦力和空氣阻力，小朋友在下滑的過程中只受支持力和重力的作用，如右圖所示。在下滑過程中，支持力的方向始終與運動方向垂直，不做功。只有重力做功，因此機械能守恒。

二、機械能守恒定律

解設小朋友的質量為m，并選取地面為零勢能面，根據(jù)機械能守恒定律，有

二、機械能守恒定律

當我們騎行或開車遇到下坡時，車輛的速度可能會越來越大，因此要注意采取制動措施，控制好車速下坡。車輛上路前要對車輛進行制動檢查，確保車輛的制動系統(tǒng)工作正常，防止因制動系統(tǒng)失靈，而導致車速過快，發(fā)生安全事故。

【行為與責任】

二、機械能守恒定律

水力發(fā)電一般是指利用水的重力勢能和動能進行發(fā)電，如右圖所示。水力發(fā)電是目前人類大規(guī)模利用清潔能源的方式之一。

【應用與拓展】水力發(fā)電

二、機械能守恒定律

三峽水庫蓄水后，形成長約600km，高175m，總面積達1084km2的人工湖泊，總庫容3.93×1010m3，蓄積了大量的重力勢能。為了將重力勢能轉化為電能，三峽水電站安裝了32臺單機容量為7.0×105kW的水電機組，再加上三峽電站自身的兩臺5×104kW的電源電站，總裝機容量達到了2.25×107kW，因此年發(fā)電量達到約1.0×1011kW·h。三峽水電站是我國“西電東送”工程中的巨型電源點，共安裝了15回500kV高壓輸電線路，將電力源源不斷地送往華東、華南各省，為我國經濟快速發(fā)展做出了巨大貢獻。

二、機械