高中物理必修二精品人教版高中物理必修2第8章第4節(jié)機(jī)械能守恒定律課件

1、機(jī)械能守恒定律人教版高中物理 必修2新知導(dǎo)入這實(shí)際上是動(dòng)能和勢(shì)能之間發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化，那么你知道它們?cè)谵D(zhuǎn)化的過程中遵守什么規(guī)律嗎？翻滾過山車思考：一輛過山車在下滑過程中，既然沒有什么動(dòng)力，為什么每次總能如此準(zhǔn)確的完成一連串有驚無險(xiǎn)的動(dòng)作呢？新知講解一、追尋守恒量能量對(duì)于科學(xué)研究和日常生活有著巨大的影響，但要用一句話說清楚能量究竟是什么卻非易事。思考討論1：如果不采用能量的概念，你能描述伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)嗎？hhBA新知講解伽利略為了把小球從桌面提高到斜面上的某個(gè)位置，施加了與重力相反的力；當(dāng)他釋放小球時(shí)，重力使小球滾下斜面 A ；在斜面的底部，小球由于慣性而滾上斜面 B。思考討論2：不采用能量描述

2、，能全面并準(zhǔn)確表達(dá)伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)嗎？不能直接表達(dá)一個(gè)最重要的事實(shí)：如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必將準(zhǔn)確地終止于它開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的高度，不會(huì)更高一點(diǎn)，也不會(huì)更低一點(diǎn)。這說明某種“東西”在小球運(yùn)動(dòng)的過程中是不變的。能量概念的引入是科學(xué)前輩們追尋守恒量的一個(gè)重要事例。新知講解二、動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化1.重力勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化ACBA-B：在這個(gè)過程中，物體的速度增加了，表示物體的動(dòng)能增加了。這說明，物體原來的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能。新知講解ACBB-C：在這個(gè)過程中，這時(shí)重力對(duì)物體做負(fù)功，物體的速度減小，表示物體的動(dòng)能減少了。但由于物體的高度增加，它的重力勢(shì)能增加了。這說明，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了

3、重力勢(shì)能。結(jié)論: 物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。新知講解2.彈性勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化由小球接觸彈簧到速度為零的這一過程中，彈力做負(fù)功，彈簧的彈性勢(shì)能增加，而物體速度減小，動(dòng)能減少。小球原來的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了彈性勢(shì)能。V=5m/sV=0新知講解被壓縮的彈簧具有彈性勢(shì)能，當(dāng)彈簧恢復(fù)原來形狀時(shí)，就把跟它接觸的物體彈出去。這一過程中，彈力做正功，彈簧的彈性勢(shì)能減少，而物體得到一定的速度，動(dòng)能增加。物體原來的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能。壓縮的彈簧彈簧恢復(fù)原來形狀新知講解運(yùn)動(dòng)員從跳板上彈起的過程中，跳板的轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)員的。跳板跳水彈性勢(shì)能動(dòng)能結(jié)論: 物體的動(dòng)能和彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。新知講解3.機(jī)械能重力勢(shì)能、彈性

4、勢(shì)能與動(dòng)能都是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的能量形式，統(tǒng)稱為機(jī)械能。通過重力或彈力做功，機(jī)械能可以從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。思考與討論：一個(gè)小球在真空中做自由落體運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)同樣的小球在黏性較大的液體中由靜止開始下落。它們都由高度為 h1 的地方下落到高度為 h2 的地方，如下圖所示。新知講解(1)在這兩種情況下，重力做的功相等嗎？(2)重力勢(shì)能的變化相等嗎？(3)動(dòng)能的變化相等嗎？(3)重力勢(shì)能各轉(zhuǎn)化成什么形式的能？h1h2真空油小球在真空和油中的下落新知講解參考答案：（1）這兩種情況下，重力做功相等；（2）重力勢(shì)能的變化相等；（3）動(dòng)能變化不相等；（4）第一次減小的重力勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，第二次減小的重力

5、勢(shì)能除了轉(zhuǎn)化為動(dòng)能外，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。新知講解三、機(jī)械能守恒定律我們發(fā)現(xiàn)其它力做功會(huì)引起機(jī)械能與內(nèi)能等其他能量的相互轉(zhuǎn)換，所以機(jī)械能守恒定律是有條件的。例1：如圖物體沿光滑曲面滑下的情形。這種情形下，物體受到哪些力的作用？哪些力做功？ABh1h2GFN新知講解重力和曲面支持力的作用，因?yàn)橹С至Ψ较蚺c運(yùn)動(dòng)方向垂直，支持力不做功，所以，只有重力做功。如圖所示物體在某一時(shí)刻處在高度為 h1 的位置A，這時(shí)它的速度是 v1 。經(jīng)過一段時(shí)間后，物體下落到高度為 h2 的另一位置 B，這時(shí)它的速度是 v2 。用 W 表示這一過程中重力做的功。ABh1h2新知講解另一方面，重力對(duì)物體做的功等于物體重力

6、勢(shì)能的減少。即:從動(dòng)能定理知道，重力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的增加，即:進(jìn)一步整理可得：從以上兩式可得：這就是說，重力做了多少功，就有多少重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。新知講解等式左邊為物體末狀態(tài)動(dòng)能與勢(shì)能之和，等式右邊為物體初狀態(tài)動(dòng)能與勢(shì)能之和。結(jié)論：在只有重力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與重力勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能保持不變。思考與討論在上圖中，如果物體從位置 B 沿光滑曲面上升到位置 A，重力做負(fù)功。這種情況下上式的關(guān)系是否還成立？新知講解另一方面，重力對(duì)物體做的負(fù)功等于物體重力勢(shì)能的增加。即:由動(dòng)能定理得:進(jìn)一步整理可得：從以上兩式可得：這就是說，重力做了多少功，就有多少重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。這種情況下上式

7、的關(guān)系仍然成立。新知講解思考討論：如何理解只有重力做功？（1）物體只受重力作用。（2）物體除受重力外還受到其他力的作用，但其他力不做功，或其他力做功的代數(shù)和為零.平拋運(yùn)動(dòng)或其它拋體運(yùn)動(dòng)的物體。mgv沿光滑斜面下滑的物體受重力和支持力vmgN只受重力。但支持力不做功。新知講解沿粗糙斜面下滑的物體，拉力F大小和摩擦力 f 大小相等，拉力F和摩擦力f 做功的代數(shù)和為零。vmgNFf同樣可以證明，在只有彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和彈性勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能也保持不變。新知講解 1.機(jī)械能守恒定律內(nèi)容在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能和勢(shì)能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。 2. 表達(dá)式 EK1

8、+ EP1 = EK2 + EP2 或E1E2 3.守恒條件物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功(其他力不做功)，機(jī)械能守恒。對(duì)于該條件可具體理解如下：新知講解（1）系統(tǒng)不受外力。（2）系統(tǒng)受外力，但所有外力均不做功。（3）系統(tǒng)受外力，而且外力做功，但外力做功的代數(shù)和為零。如圖所示滑雪者沿斜面下滑時(shí)機(jī)械能守恒嗎？新知講解滑雪者沿斜面下滑時(shí)，斜面的支持力與運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功；如果阻力做的功較少，可以忽略，則只有重力做功。此種情況下，動(dòng)能與重力勢(shì)能可以互相轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能守恒。如果阻力做的功較大，不能忽略，則機(jī)械能不守恒。新知講解【例題】把一個(gè)小球用細(xì)線懸掛起來，就成為一個(gè)擺如圖所示，擺長(zhǎng)為 l，最大偏

9、角為 。如果阻力可以忽略，小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度大小是多少？分析 在阻力可以忽略的情況下，小球擺動(dòng)過程中受重力和細(xì)線的拉力。細(xì)線的拉力與小球的運(yùn)動(dòng)方向垂直，不做功，所以這個(gè)過程中只有重力做功，機(jī)械能守恒。lAOC新知講解小球在最高點(diǎn)只有重力勢(shì)能，動(dòng)能為 0，計(jì)算小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)重力勢(shì)能的差值，根據(jù)機(jī)械能守恒定律就能得出它在最低點(diǎn)的動(dòng)能，從而算出它在最低點(diǎn)的速度。解：以小球?yàn)檠芯繉?duì)象。設(shè)最低點(diǎn)的重力勢(shì)能為 0，以小球在最高點(diǎn)的狀態(tài)作為初狀態(tài)，以小球在最低點(diǎn)的狀態(tài)作為末狀態(tài)。在最高點(diǎn)的動(dòng)能 Ek10，重力勢(shì)能是Ep1mg（l l cos ）在最低點(diǎn)的重力勢(shì)能 Ep2 0，而動(dòng)能可以表示為：新

10、知講解運(yùn)動(dòng)過程中只有重力做功，所以機(jī)械能守恒，即：Ek2Ep2 Ek1Ep1把初末狀態(tài)下動(dòng)能、重力勢(shì)能的表達(dá)式代入，得 mg（LL cos ）由此解出小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度大?。簭牡玫降谋磉_(dá)式可以看出，初狀態(tài)的 角越大，cos 越小，（1cos ）就越大，v 也就越大。也就是說，最初把小球拉得越高，它到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度也就越大。新知講解解題步驟：(1)確定研究對(duì)象；(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行正確的受力分析；(3)判定各個(gè)力是否做功，并分析是否符合機(jī)械能守恒的條件；(4)視解題方便選取零勢(shì)能參考平面，并確定研究對(duì)象在始、末狀態(tài)時(shí)的機(jī)械能；(5)根據(jù)機(jī)械能守恒定律列出方程，或再輔之以其他方程，進(jìn)行求解

11、。新知講解應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解決問題的優(yōu)點(diǎn)：只需考慮運(yùn)動(dòng)的初狀態(tài)和末狀態(tài)，不必考慮兩個(gè)狀態(tài)間過程的細(xì)節(jié)，這樣就簡(jiǎn)化了計(jì)算。特別提醒！機(jī)械能守恒的條件絕不是合外力的功等于零，更不是合外力為零；判斷機(jī)械能是否守恒時(shí)主要看是否只有重力或彈力做功。課堂練習(xí)1.在下列情況中，機(jī)械能守恒的是 （ ） A飄落的樹葉 B沿著斜面勻速下滑的物體C被起重機(jī)勻加速吊起的物體 D不計(jì)空氣阻力，推出的鉛球在空中運(yùn)動(dòng)的過程 D課堂練習(xí)2.關(guān)于機(jī)械能，下列說法中正確的是（ ）A做變速運(yùn)動(dòng)的物體， 只要有摩擦力存在，機(jī)械能一定減少 B如果物體所受的合外力不為零，則機(jī)械能一定發(fā)生變化 C作斜拋運(yùn)動(dòng)的物體，不計(jì)空氣阻力時(shí)，機(jī)械能

12、是守恒的。 因而物體在同一高度, 具有相同的速度 D在水平面上做變速運(yùn)動(dòng)的物體，它的機(jī)械能不一定變化D課堂練習(xí)3.關(guān)于機(jī)械能守恒定律的適用條件，下列說法中正確的是( )A. 物體所受的合外力為零時(shí)，機(jī)械能守恒 B. 物體沿斜面加速下滑過程中，機(jī)械能一定不守恒C. 系統(tǒng)中只有重力和彈簧彈力做功時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒D. 在空中飛行的炮彈爆炸前后機(jī)械能守恒C課堂練習(xí)4. 如圖所示，某人用平行斜面向下的拉力F將物體沿固定斜面拉下，拉力大小等于摩擦力，則下列說法中正確的是（ ） A物體的機(jī)械能不變 B合外力對(duì)物體做功為零C物體做勻速直線運(yùn)動(dòng) D物體的機(jī)械能減小A5在下列運(yùn)動(dòng)過程中，物體機(jī)械能守恒的是（）A核潛艇在海中勻速下潛 B隕石在大氣層加速下落 C神舟飛船在橢園軌道上繞地球運(yùn)行 D動(dòng)車組在平直鐵軌上加速出站 C課堂練習(xí)拓展提高1.直升飛機(jī)下掛一質(zhì)量為10Kg的重物，以v0=10m/s勻速上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)離地高h(yuǎn)=175m處時(shí)，懸掛重物的繩子突然斷裂，求：從繩子斷裂開始，重物經(jīng)_落到地面，重物落地時(shí)的機(jī)械能為_J（取地面為零勢(shì)能面，空氣阻力不計(jì)，g取10m/s2）180007s拓展提高2.下列物體中，機(jī)械能守恒的是( )A做平拋運(yùn)動(dòng)的物體