2019-2020學年新教材高中物理 第8章 機械能守恒定律 4 機械能守恒定律課件 新人教版必修第二冊

,4機械能守恒定律,第八章機械能守恒定律,1.了解人們追尋守恒量和建立“能量”概念的漫長過程.2.知道什么是機械能，知道物體的動能和勢能可以相互轉化.3.能夠推導出機械能守恒定律.4.會判斷一個過程機械能是否守恒，能運用機械能守恒定律解決有關問題.,學習目標,伽利略曾研究過小球在斜面上的運動，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)?(即到達最高點)時的高度與它出發(fā)時的高度，不會更高一點，也不會更低一點.這說明某種“東西”在小球運動的過程中是的.,相同,不變,動能與勢能的相互轉化,二,1.重力勢能與動能的轉化只有重力做功時，若重力對物體做正功，則物體的重力勢能，動能，物體的轉化為；若重力對物體做負功，則物體的重力勢能，動能，物體的轉化為.2.彈性勢能與動能的轉化只有彈簧彈力做功時，若彈力對物體做正功，則彈簧的彈性勢能，物體的動能，彈簧的轉化為物體的；若彈力對物體做負功，則彈簧的彈性勢能，物體的動能，物體的轉化為彈簧的.3.機械能：、與統(tǒng)稱為機械能.,減少,增加,重力勢能,動能,增加,減少,動能,重力勢能,減少,增加,彈性勢能,動能,增加,減少,動能,彈性勢能,重力勢能,彈性勢能,動能,機械能守恒定律,三,1.內容：在只有或做功的物體系統(tǒng)內，與可以互相轉化，而保持不變.,重力,彈力,動能,勢能,總,的機械能,3.應用機械能守恒定律解決問題只需考慮運動的和，不必考慮兩個狀態(tài)間，即可以簡化計算.,末狀態(tài),過程的細節(jié),初狀態(tài),即學即用,1.判斷下列說法的正誤.(1)通過重力做功，動能和重力勢能可以相互轉化.()(2)機械能守恒時，物體一定只受重力和彈力作用.()(3)合力為零，物體的機械能一定守恒.()(4)合力做功為零，物體的機械能一定保持不變.()(5)只有重力做功時，物體的機械能一定守恒.(),2.如圖2所示，桌面高為h，質量為m的小球從離桌面高為h處自由落下，不計空氣阻力，設桌面處的重力勢能為零，則小球落到地面前瞬間的機械能為_.,mgh,圖2,探究重點提升素養(yǎng),02,機械能守恒定律,一,導學探究如圖3所示，質量為m的物體沿光滑曲面滑下的過程中，下落到高度為h1的a處時速度為v1，下落到高度為h2的b處時速度為v2，重力加速度為g，不計空氣阻力，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處的機械能ea、eb；,(3)比較物體在a、b處的機械能的大小.,即ebea.,知識深化1.對機械能守恒條件的理解(1)只有重力做功，只發(fā)生動能和重力勢能的相互轉化.(2)只有彈力做功，只發(fā)生動能和彈性勢能的相互轉化.(3)只有重力和彈力做功，發(fā)生動能、彈性勢能、重力勢能的相互轉化.(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的作用下沿斜面運動，若已知拉力與摩擦力的大小相等，方向相反，在此運動過程中，其機械能守恒.,2.判斷機械能是否守恒的方法(1)利用機械能的定義直接判斷：若動能和勢能中，一種能變化，另一種能不變，則其機械能一定變化.(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，機械能守恒.(3)用能量轉化來判斷：若物體系統(tǒng)中只有動能和勢能的相互轉化而無機械能與其他形式的能的轉化，則物體系統(tǒng)機械能守恒.,例1(多選)如圖4所示，下列關于機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)機械能守恒(不計空氣阻力)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，物體機械能守恒c.丙圖中，物體沿斜面勻速下滑的過程中，物體機械能守恒d.丁圖中，斜面光滑，物體在斜面上下滑的過程中，物體機械能守恒,圖4,解析弄清楚機械能守恒的條件是分析此問題的關鍵.表解如下：,針對訓練1(2018廈門市高一下學期期末)以下物體運動過程，滿足機械能守恒的是a.在草地上滾動的足球b.從旋轉滑梯上滑下的小朋友c.豎直真空管內自由下落的硬幣d.勻速下落的跳傘運動員,解析在草地上滾動的足球要克服阻力做功，機械能不守恒，故a錯誤；小朋友從旋轉滑梯上滑下時，受阻力作用，阻力做負功，機械能減小，故b錯誤；真空管內自由下落的硬幣只有重力做功，重力勢能轉化為動能，機械能守恒，故c正確；勻速下落的跳傘運動員受重力和空氣阻力而平衡，阻力做負功，故機械能減少，d錯誤.,例2(多選)(2018鶴壁市高一下學期期末)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下落過程中機械能守恒c.由b至d的過程中，動能先增大后減小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，小球加速運動，小球從c至d過程，重力小于彈力，合力向上，小球減速運動，所以動能先增大后減小，在c點動能最大，故a、c正確；由a至b下落過程中小球只受重力，其機械能守恒，從bd過程，小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，但小球的機械能不守恒，故b錯誤；在d位置小球速度減小到零，小球的動能為零，則從ad的過程中，根據(jù)機械能守恒知，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.,機械能守恒定律的應用,二,導學探究1.機械能守恒定律常用的三種表達式(1)從不同狀態(tài)看：ek1ep1ek2ep2(或e1e2)此式表示系統(tǒng)兩個狀態(tài)的機械能總量相等.(2)從能的轉化角度看：ekep此式表示系統(tǒng)動能的增加(減少)量等于勢能的減少(增加)量.(3)從能的轉移角度看：ea增eb減此式表示系統(tǒng)a部分機械能的增加量等于系統(tǒng)剩余部分，即b部分機械能的減少量.,2.機械能守恒定律的應用步驟首先對研究對象進行正確的受力分析，判斷各個力是否做功，分析是否符合機械能守恒的條件.若機械能守恒，則根據(jù)機械能守恒定律列出方程，或再輔以其他方程進行求解.,例3(2018山師大附中高一下學期期末)如圖6是一個設計“過山車”的試驗裝置的原理示意圖，斜面ab與豎直面內的圓形軌道在b點平滑連接，斜面ab和圓形軌道都是光滑的，圓形軌道半徑為r，一個質量為m的小車(可視為質點)在a點由靜止釋放沿斜面滑下，小車恰能通過圓形軌道的最高點c.已知重力加速度為g.求：(1)a點距水平面的高度h；,圖6,答案2.5r,由a運動到c，根據(jù)機械能守恒定律得：,解得：h2.5r,(2)運動到b點時小車對軌道壓力的大小.,答案6mg,解析由a運動到b，根據(jù)機械能守恒定律得：,解得：fn6mg由牛頓第三定律可知，運動到b點時小車對軌道的壓力大小為6mg.,針對訓練2如圖7所示，質量m50kg的跳水運動員從距水面高h10m的跳臺上以v05m/s的速度斜向上起跳，最終落入水中，若忽略運動員的身高，取g10m/s2，不計空氣阻力.求：(1)運動員在跳臺上時具有的重力勢能(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，則運動員在跳臺上時具有的重力勢能為epmgh5000j.,(2)運動員起跳時的動能；,答案625j,解析運動員起跳時的速度為v05m/s，則運動員起跳時的動能為,(3)運動員入水時的速度大??；入水時的速度大小與起跳時的方向有關嗎？,答案15m/s無關,解析運動員從起跳到入水過程中，只有重力做功，運動員的機械能守恒，則,解得v15m/s.此速度大小與起跳時的方向無關.,隨堂演練逐點落實,03,1.(機械能是否守恒的判斷)(2018鄭州市高一下學期期末)下列說法正確的是a.拉著一個物體沿著光滑的斜面勻速上升時，物體的機械能守恒b.物體做豎直上拋運動時，機械能守恒c.物體從置于光滑水平面的光滑斜面體上自由下滑時，機械能守恒d.合外力對物體做功為零時，物體機械能一定守恒,1,2,3,4,解析拉著一個物體沿著光滑的斜面勻速上升時，動能不變，重力勢能變大，物體的機械能增大，選項a錯誤；物體做豎直上拋運動時，只有重力做功，機械能守恒，選項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，物體和斜面體組成的系統(tǒng)機械能守恒，但是物體的機械能不守恒，選項c錯誤；例如勻速上升的物體，合外力對物體做功為零，但物體機械能不守恒，選項d錯誤.,2.(機械能守恒定律的應用)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，三種情況達到的最大高度分別為h1、h2和h3，不計空氣阻力，則a.h1h2h3b.h1h2h3c.h1h3h2d.h1h3h2,1,2,3,4,圖8,1,2,3,4,3.(機械能守恒定律的應用)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量為m1kg的物體，當其上升的高度為h10.4m時到達最高點，最終落在水平地面上，現(xiàn)以過拋出點的水平面為零勢能面，取重力加速度g10m/s2，不計空氣阻力，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械能為16jc.物體在地面處的機械能為8jd.物體在地面處的動能為8j,1,2,3,4,圖9,解析物體在最高點時具有的重力勢能ep1mgh11100.4j4j，a錯誤；物體在最高點時具有的機械能等于剛拋出時的動能，即8j，b錯誤；物體在下落過程中，機械能守恒，任意位置的機械能都等于8j，c正確；