高中物理第7章機(jī)械能守恒定律第8節(jié)機(jī)械能守恒定律課件新人教版必修2

1、第8節(jié)機(jī)械能守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉1.知道什么是機(jī)械能，知道物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。1個(gè)定律機(jī)械能守恒定律1個(gè)條件機(jī)械能守恒條件2.會(huì)正確推導(dǎo)物體在光滑曲面上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能守恒，理解機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，知道它的含義和適用條件。3.在具體問(wèn)題中，能判定機(jī)械能是否守恒，并能應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決簡(jiǎn)單問(wèn)題。一、動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化閱讀教材第7576頁(yè)“動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化”部分，結(jié)合圖7.81和圖7.82體會(huì)動(dòng)能與勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化。1.重力勢(shì)能與動(dòng)能：只有重力做功時(shí)，若重力對(duì)物體做正功，則物體的重力勢(shì)能_，動(dòng)能_，_轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能；若重力做負(fù)功，則_轉(zhuǎn)化為_(kāi)。減少增加重力勢(shì)能動(dòng)能重力勢(shì)

2、能2.彈性勢(shì)能與動(dòng)能：只有彈簧彈力做功時(shí)，若彈力做正功，則彈簧彈性勢(shì)能_，物體的動(dòng)能_，_轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。減少增加彈性勢(shì)能3.機(jī)械能：(1)定義：_、彈性勢(shì)能和_的總稱，表達(dá)式為EEkEp。(2)機(jī)械能存在形式的改變：通過(guò)_或_做功，機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。重力勢(shì)能動(dòng)能重力彈力思維拓展(1)如圖1所示，物體沿光滑斜面下滑，物體的重力勢(shì)能如何變化，動(dòng)能如何變化？當(dāng)物體以某一初速度沿著光滑斜面上滑時(shí)，物體的重力勢(shì)能如何變化，動(dòng)能如何變化？圖1(2)如圖2所示，在光滑水平面上，被壓縮的彈簧恢復(fù)原來(lái)形狀的過(guò)程，彈性勢(shì)能如何變化？彈出的物體的動(dòng)能如何變化？當(dāng)物體以某一初速度壓縮彈簧時(shí)，彈性勢(shì)能

3、如何變化，物體的動(dòng)能如何變化？圖2答案(1)下滑時(shí)，物體的高度降低了，重力勢(shì)能減少。物體的速度增大了，即物體的動(dòng)能增加；上滑時(shí)，物體的重力勢(shì)能增加，動(dòng)能減少。(2)被壓縮的彈簧恢復(fù)原來(lái)形狀時(shí)，彈性勢(shì)能減少，被彈出的物體的動(dòng)能增加；當(dāng)物體壓縮彈簧時(shí)，彈性勢(shì)能增加，物體的動(dòng)能減少。二、機(jī)械能守恒定律閱讀教材第7677頁(yè)“機(jī)械能守恒定律”部分，知道機(jī)械能守恒定律，初步了解機(jī)械能守恒的條件。1.推導(dǎo)如圖3所示，物體沿光滑斜面從A滑到B。圖3(1)由動(dòng)能定理：WG_。(2)由重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系：WG_。由以上兩式可得Ek2Ek1Ep1Ep2，即Ek2Ep2Ek1Ep1。結(jié)論：在只有_做功時(shí)，小球的

4、機(jī)械能_。Ek2Ek1Ep1Ep2重力保持不變2.內(nèi)容：在只有_或_做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能_。3.表達(dá)式：Ek2Ep2_，即E2_。重力彈力保持不變Ek1Ep1E1思考判斷(1)通過(guò)重力做功，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)能與重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。( )(2)物體的機(jī)械能一定是正值。( )(3)合力為零，物體的機(jī)械能一定守恒。( )(4)合力做功為零，物體的機(jī)械能一定守恒。( )(5)人乘電梯勻速上升的過(guò)程，機(jī)械能守恒。( ) 要點(diǎn)歸納機(jī)械能守恒條件的理解1.從能量特點(diǎn)看，系統(tǒng)內(nèi)部只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，無(wú)其他形式能量(如內(nèi)能)之間轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。2.從做功角度來(lái)看，只有重

5、力做功或系統(tǒng)彈力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，具體表現(xiàn)為：做功條件例證只有重力(或彈簧彈力)做功所有做拋體運(yùn)動(dòng)的物體(不計(jì)空氣阻力)，機(jī)械能守恒除重力、彈力外還受其他力，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，但支持力不做功只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功如圖，小球在擺動(dòng)過(guò)程中線的拉力不做功，如不計(jì)空氣阻力，只有重力做功，小球的機(jī)械能守恒如圖，所有摩擦不計(jì)，A自B上自由下滑過(guò)程中，只有重力和A、B間彈力做功，A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。但對(duì)B來(lái)說(shuō)，A對(duì)B的彈力做功，但這個(gè)力對(duì)B來(lái)說(shuō)是外力，B的機(jī)械能不守恒如圖，不計(jì)空氣阻力，球在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jī)械

6、能守恒。但對(duì)球來(lái)說(shuō)，機(jī)械能不守恒其他力做功，但做功的代數(shù)和為零如圖所示，A、B構(gòu)成的系統(tǒng)，忽略繩的質(zhì)量與滑輪間的摩擦，在A向下，B向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，F(xiàn)A和FB都做功，有WAWB0，不存在機(jī)械能與其他形式的能的轉(zhuǎn)化，則A、B系統(tǒng)機(jī)械能守恒精典示例例1 (2017吉林高一檢測(cè))下列實(shí)例中的運(yùn)動(dòng)物體，機(jī)械能守恒的是(均不計(jì)空氣阻力)() A.被起重機(jī)吊起的貨物正在加速上升B.物體水平拋出去C.物體沿粗糙斜面勻速下滑D.一個(gè)輕質(zhì)彈簧上端固定，下端系一重物，重物沿豎直方向做上下振動(dòng)思路探究(1)機(jī)械能守恒的條件是：系統(tǒng)內(nèi)只有_或_做功。(2)做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體的機(jī)械能是一定守恒，還是一定不守恒？提示(1

7、)重力彈力(2)做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體的動(dòng)能不變，若勢(shì)能不變，則機(jī)械能守恒；若勢(shì)能變化，則機(jī)械能不守恒。解析起重機(jī)吊起貨物做勻加速上升運(yùn)動(dòng)，起重機(jī)對(duì)物體做正功，機(jī)械能增加，故A錯(cuò)誤；平拋運(yùn)動(dòng)只有重力做功，機(jī)械能守恒，故B正確；沿著粗糙斜面(斜面固定不動(dòng))勻速下滑的物體，摩擦力做負(fù)功，機(jī)械能減少，故不守恒，故C錯(cuò)誤；輕質(zhì)彈簧上端懸掛，重物系在彈簧的下端做上下振動(dòng)過(guò)程中只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，故系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但物體機(jī)械能不守恒，故D錯(cuò)誤。答案B針對(duì)訓(xùn)練1 (多選)如圖4所示，彈簧固定在地面上，一小球從它的正上方A處自由下落，到達(dá)B處開(kāi)始與彈簧接觸，到達(dá)C處速度為0，不計(jì)空氣阻力，則在小球從B到C

8、的過(guò)程中()圖4A.彈簧的彈性勢(shì)能不斷增大B.彈簧的彈性勢(shì)能不斷減小C.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能不斷減小D.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能保持不變解析從B到C，小球克服彈力做功，彈簧的彈性勢(shì)能不斷增加，A正確，B錯(cuò)誤；對(duì)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(jī)械能守恒，C錯(cuò)誤，D正確。答案AD要點(diǎn)歸納機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用1.機(jī)械能守恒定律的不同表達(dá)式表達(dá)式物理意義從不同狀態(tài)看Ek1Ep1Ek2Ep2或E初E末初狀態(tài)的機(jī)械能等于末狀態(tài)的機(jī)械能從轉(zhuǎn)化角度看Ek2Ek1Ep1Ep2或EkEp過(guò)程中動(dòng)能的增加量等于勢(shì)能的減少量從轉(zhuǎn)移角度看EA2EA1EB1EB2或EAEB系統(tǒng)只有A、B兩物

9、體時(shí)，A增加的機(jī)械能等于B減少的機(jī)械能2.應(yīng)用機(jī)械能守恒定律的解題步驟精典示例例2 如圖5所示，質(zhì)量m2 kg的小球用長(zhǎng)L1.05 m的輕質(zhì)細(xì)繩懸掛在距水平地面高H6.05 m 的O點(diǎn)。現(xiàn)將細(xì)繩拉直至水平狀態(tài)，自A點(diǎn)無(wú)初速度釋放小球，運(yùn)動(dòng)至懸點(diǎn)O的正下方B點(diǎn)時(shí)細(xì)繩恰好斷裂，接著小球做平拋運(yùn)動(dòng)，落至水平地面上C點(diǎn)。不計(jì)空氣阻力，重力加速度g取10 m/s2。求：圖5(1)細(xì)繩能承受的最大拉力；(2)細(xì)繩斷裂后小球在空中運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間；(3)小球落地瞬間速度的大小。答案(1)60 N(2)1 s(3)11 m/s針對(duì)訓(xùn)練2 如圖6所示，質(zhì)量為m的物體，以某一初速度從A點(diǎn)向下沿光滑的軌道運(yùn)動(dòng)，不計(jì)空

10、氣阻力，若物體通過(guò)軌道最低點(diǎn)B時(shí)的速度為 ，求：圖6(1)物體在A點(diǎn)時(shí)的速度大??；(2)物體離開(kāi)C點(diǎn)后還能上升多高。要點(diǎn)歸納多個(gè)物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒問(wèn)題多個(gè)物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒問(wèn)題的解題思路(1)首先分析多個(gè)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(jī)械能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，從而判斷系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒。(2)若系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則機(jī)械能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，E1E2，一個(gè)物體機(jī)械能增加，則一定有另一個(gè)物體機(jī)械能減少。精典示例 例3 如圖7所示，可視為質(zhì)點(diǎn)的小球A、B用不可伸長(zhǎng)的細(xì)軟輕線連接，跨過(guò)固定在地面上半徑為R的光滑圓柱，A的質(zhì)量為B的兩倍。當(dāng)B位于地面時(shí)，

11、A恰與圓柱軸心等高。將A由靜止釋放，B上升的最大高度是()圖7答案C針對(duì)訓(xùn)練3 如圖8所示，輕繩連接A、B兩物體，A物體懸在空中距地面H高處，B物體放在水平面上。若A物體質(zhì)量是B物體質(zhì)量的2倍，不計(jì)一切摩擦。由靜止釋放A物體，以地面為零勢(shì)能參考面。當(dāng)A的動(dòng)能與其重力勢(shì)能相等時(shí)，A距地面的高度是()圖8答案 B1.(機(jī)械能守恒的判斷)(多選)圖9各圖中機(jī)械能守恒的是()圖9A.甲圖中，物體A將彈簧壓縮的過(guò)程中，A機(jī)械能守恒B.乙圖中，在大小等于摩擦力的拉力下沿斜面下滑時(shí)，物體B機(jī)械能守恒C.丙圖中，不計(jì)任何阻力時(shí)A加速下落，B加速上升過(guò)程中，A、B機(jī)械能守恒D.丁圖中，小球沿水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

12、時(shí)，小球的機(jī)械能守恒解析甲圖中重力和彈力做功，物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但物體A機(jī)械能不守恒，A錯(cuò)；乙圖中物體B除受重力外，還受彈力、拉力、摩擦力，但除重力之外的三個(gè)力做功代數(shù)和為零，機(jī)械能守恒，B對(duì)；丙圖中繩子張力對(duì)A做負(fù)功，對(duì)B做正功，代數(shù)和為零，A、B機(jī)械能守恒，C對(duì)；丁圖中動(dòng)能不變，勢(shì)能不變，機(jī)械能守恒，D對(duì)。答案BCD2.(重力勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化)(2017南陽(yáng)高一檢)(多選)兩個(gè)質(zhì)量不同的小鐵塊A和B，分別從高度相同的都是光滑的斜面和圓弧面的頂點(diǎn)滑向底部，如圖10所示。如果它們的初速度都為0，則下列說(shuō)法正確的是()圖10A.下滑過(guò)程中重力所做的功相等B.它們到達(dá)底部時(shí)動(dòng)能相等

13、C.它們到達(dá)底部時(shí)速率相等D.它們?cè)谧罡唿c(diǎn)時(shí)的機(jī)械能和它們到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能大小各自相等答案CD3.(重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化)(2017泉州高一檢測(cè))(多選)如圖11所示，一輕彈簧固定于O點(diǎn)，另一端系一重物，將重物從與懸點(diǎn)O在同一水平面且彈簧保持原長(zhǎng)的A點(diǎn)無(wú)初速度釋放，讓它自由擺下，不計(jì)空氣阻力。在重物由A點(diǎn)擺向最低點(diǎn)B的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()圖11A.重物的機(jī)械能守恒B.重物的機(jī)械能減少C.重物的重力勢(shì)能與彈簧的彈性勢(shì)能之和不變D.重物與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒解析重物由A點(diǎn)下擺到B點(diǎn)的過(guò)程中，彈簧被拉長(zhǎng)，彈簧的彈力對(duì)重物做了負(fù)功，所以重物的機(jī)械能減少，故A錯(cuò)誤，B正確；此過(guò)

14、程中，由于只有重力和彈簧的彈力做功，所以重物與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，即重物減少的重力勢(shì)能等于重物獲得的動(dòng)能與彈簧的彈性勢(shì)能之和，故C錯(cuò)誤，D正確。答案BD4.(物體機(jī)械能守恒的判斷)(多選)如圖12所示，在兩個(gè)質(zhì)量分別為m和2m的小球a和b之間，用一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕桿連接(桿的質(zhì)量不計(jì))，兩小球可繞穿過(guò)桿中心O的水平軸無(wú)摩擦地轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)讓輕桿處于水平位置，然后無(wú)初速度釋放，重球b向下，輕球a向上，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，在桿轉(zhuǎn)至豎直的過(guò)程中()圖12A.b球的重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加B.a球的重力勢(shì)能增加，動(dòng)能增加C.a球和b球的總機(jī)械能守恒D.a球和b球的總機(jī)械能不守恒解析a、b兩球組成的系統(tǒng)中，只存在動(dòng)能和重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤；其中a球的動(dòng)能和重力勢(shì)能均增加，機(jī)械能增加，輕桿對(duì)a球做正功；b球的重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加，總的機(jī)械能減少，輕桿對(duì)b球做負(fù)功，選項(xiàng)A、B正確。答案ABC5