中職物理課件203第三節(jié) 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用

第三節(jié)機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用主講人：張明明山東省滕州市中等職業(yè)教育中心學(xué)校三峽大壩為什么會(huì)有如此巨大的發(fā)電量呢？主要內(nèi)容勢(shì)能機(jī)械能守恒定律1201PART01勢(shì)能

在建筑工地，經(jīng)?？梢钥匆姶蚝粰C(jī)將重錘高高吊起，然后釋放，讓重錘落下將地基夯得更結(jié)實(shí)，如右圖所示。一、勢(shì)能

被舉高的重錘具有對(duì)地面做功的本領(lǐng)，因此說它具有某種能量。在物理學(xué)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(shì)能。

【觀察與體驗(yàn)】

研究重力勢(shì)能與物體質(zhì)量、高度的關(guān)系一、勢(shì)能

在將裝滿細(xì)沙的沙箱放在桌子上，表面輔平。用鐵架臺(tái)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(zhì)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(zhì)量

【思考與討論】

與本學(xué)習(xí)小組的同學(xué)討論，通過比較

s1和

s2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)砝碼的質(zhì)量相同時(shí)，初始高度越高，將小鐵桌壓入沙中的位移越

，說明砝碼對(duì)小鐵桌做的功越

，表明砝碼開始下落前的重力勢(shì)能越

；

通過比較

s1和

s3可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)砝碼的初始高度相同時(shí)，砝碼的質(zhì)量越大，將小鐵桌壓入沙中的位移越

，說明砝碼對(duì)小鐵桌做的功越

，表明砝碼開始下落前的重力勢(shì)能越

。一、勢(shì)能

本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)方法是

法，每一步驟都采用了

法。【思維與方法】一、勢(shì)能

質(zhì)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(shì)能W＝

mgh

物理學(xué)中，把

mgh作為物體在高度為

h處的重力勢(shì)能，用

Ep表示，即

Ep＝

mgh一、勢(shì)能零勢(shì)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(shì)能面。物體的高度總是相對(duì)于某一水平面來說的，這個(gè)水平面稱為零勢(shì)能面。在零勢(shì)能面上的物體，由于高度為0，因此重力勢(shì)能也為0。處于零勢(shì)能面以上的物體，重力勢(shì)能為正值；處于零勢(shì)能面以下的物體，重力勢(shì)能為負(fù)值。重力勢(shì)能為負(fù)值，表示物體的重力勢(shì)能比在零勢(shì)能面的重力勢(shì)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(yùn)動(dòng)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(lǐng)。物理學(xué)中，把物體由于彈性形變而具有的能量，稱為彈性勢(shì)能。一、勢(shì)能02PART01機(jī)械能守恒定律在一定的條件下，物體的動(dòng)能和勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化。動(dòng)能和勢(shì)能（包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）統(tǒng)稱為機(jī)械能。二、機(jī)械能守恒定律

【觀察與體驗(yàn)】

觀察動(dòng)能與重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化用細(xì)線將小球懸掛起來，把小球拉到一定高度的初始點(diǎn)A，然后由靜止開始釋放，小球就會(huì)經(jīng)過最低點(diǎn)O，擺到另一端的最高點(diǎn)B，如右圖所示。二、機(jī)械能守恒定律如果在小球擺到最低點(diǎn)O時(shí)，將細(xì)線在中間的某一點(diǎn)擋住，小球則會(huì)以該點(diǎn)為圓心，擺到一個(gè)新的最高點(diǎn)C，如右圖所示。

小球在從

A擺向

O點(diǎn)的過程中，不考慮空氣阻力，則只有

力對(duì)小球做功。小球的速度越來越

，位置越來越

，說明小球的動(dòng)能越來越

，重力勢(shì)能越來越

。即可判斷出在此過程中，小球的一部分

能轉(zhuǎn)化成了

能。二、機(jī)械能守恒定律

小球在從

O點(diǎn)擺向

B點(diǎn)的過程中，也不考慮空氣阻力，則只有

力對(duì)小球做功，小球的速度越來越

，位置越來越

。說明小球的動(dòng)能越來越

，重力勢(shì)能越來越

。小球到達(dá)最高點(diǎn)B時(shí)，速度變?yōu)?/p>

，即可判斷出在此過程中，小球的

能又全部轉(zhuǎn)化成了

能。

本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明，小球在從

A擺向B的過程中，機(jī)械能總量保持

。

當(dāng)細(xì)線在擺動(dòng)中被阻擋時(shí)，小球到達(dá)另一端的最高點(diǎn)

C與初始點(diǎn)

A的高度

，說明在此過程中小球的機(jī)械能總量也保持

。

一個(gè)質(zhì)量為

m自由下落的物體，從高度為

h1的

A點(diǎn)下落到高度為

h2的

B點(diǎn)，速度從

v1增加到

v2，如右圖所示。二、機(jī)械能守恒定律

根據(jù)動(dòng)能定理

得

在此過程中，物體的重力勢(shì)能減少了，而動(dòng)能增加了，物體的重力勢(shì)能減少的量等于動(dòng)能增加的量，即物體的機(jī)械能保持不變。二、機(jī)械能守恒定律

在自由落體運(yùn)動(dòng)中，只有重力做功，動(dòng)能與重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。在各種拋體運(yùn)動(dòng)中，如果忽略空氣阻力，物體的總機(jī)械能也保持不變。

光滑水平面上，一個(gè)小球撞向一個(gè)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(dòng)能與彈簧的彈性勢(shì)能發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能與彈性勢(shì)能之和保持不變。二、機(jī)械能守恒定律

通過大量實(shí)驗(yàn)，人們歸納出：在只有重力（或彈力）做功的情況下，物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能（或彈性勢(shì)能）發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量保持不變。這個(gè)結(jié)論稱為機(jī)械能守恒定律。二、機(jī)械能守恒定律

機(jī)械能守恒定律是力學(xué)中的一個(gè)重要規(guī)律，也是能量守恒定律的一種形式。

運(yùn)用守恒原理是物理學(xué)研究中一種重要的科學(xué)方法，在判斷出物體在某運(yùn)動(dòng)或變化過程中某一物理量守恒以后，可以只關(guān)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?！舅季S與方法】

守恒原理

物理學(xué)中，除了機(jī)械能守恒，還有能量守恒、動(dòng)量守恒、動(dòng)能守恒、質(zhì)量守恒、電荷量守恒等規(guī)律。二、機(jī)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(jì)摩擦力和空氣阻力，他到達(dá)滑梯底端時(shí)速度有多大？

分析

由于不計(jì)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(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功。只有重力做功，因此機(jī)械能守恒。二、機(jī)械能守恒定律

解

設(shè)小朋友的質(zhì)量為

m，并選取地面為零勢(shì)能面，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，有

二、機(jī)械能守恒定律

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

【行為與責(zé)任】二、機(jī)械能守恒定律

水力發(fā)電一般是指利用水的重力勢(shì)能和動(dòng)能進(jìn)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(yīng)用與拓展】

水力發(fā)電二、機(jī)械能守恒定律

三峽水庫蓄水后，形成長約600km，高175m，總面積達(dá)1084km2的人工湖泊，總庫容3.93×1010m3，蓄積了大量的重力勢(shì)能。為了將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，三峽水電站安裝了32臺(tái)單機(jī)容量為7.0×105kW的水電機(jī)組，再加上三峽電站自身的兩臺(tái)5×104kW的電源電站，總裝機(jī)容量達(dá)到了2.25×107kW，因此年發(fā)電量達(dá)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(diǎn)，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(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。二