【優(yōu)化方案】高中物理 第4章4 研究機械能守恒定律課件 滬科必修2

4．2研究機械能守恒定律

核心要點突破課堂互動講練課前自主學(xué)案知能優(yōu)化訓(xùn)練4.2課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.能夠分析動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化問題．2．能夠推導(dǎo)機械能守恒定律．3．會根據(jù)機械能守恒的條件判斷機械能是否守恒．4．能運用機械能守恒定律解決有關(guān)問題，并領(lǐng)會運用機械能守恒定律解決問題的優(yōu)越性．重點難點：重點：機械能守恒定律的內(nèi)容和應(yīng)用條件；理解實驗內(nèi)容和實驗過程；應(yīng)用機械能守恒定律的解題步驟．難點：對機械能守恒定律實驗的分析；判斷機械能是否守恒，應(yīng)用機械能守恒分析解決有關(guān)問題．課標(biāo)定位課前自主學(xué)案一、什么是機械能1．定義：物體的_____與_____之和稱為機械能．2．表達式：E＝_____________.二、研究機械能守恒定律1．重力勢能可以轉(zhuǎn)化為動能打樁機重錘在下落過程中，重力對重錘做____功，重錘的重力勢能_______．在這個過程中，重錘的速度______了，表示重錘的動能_______了．這說明，重錘原來具有的__________轉(zhuǎn)化成了_____．動能勢能Ek＋Ep正減少增加增加重力勢能動能2．動能也可以轉(zhuǎn)化為重力勢能原來具有一定速度的物體，由于慣性在空中豎直上升或沿光滑斜面上升，這時重力做_____功，物體的速度_______，表示物體的動能______了．但這時物體的高度_________，表示它的重力勢能______了．這說明，物體原來具有的_______轉(zhuǎn)化成了______________．負(fù)減小減小增加增加動能重力勢能3．彈性勢能與動能之間也能相互轉(zhuǎn)化不僅重力勢能可以與動能相互轉(zhuǎn)化，彈性勢能也可以與動能相互轉(zhuǎn)化．被壓縮的彈簧具有_____________，當(dāng)彈簧恢復(fù)原來形狀時，就把跟它接觸的物體彈出去．這一過程中，彈力做功，彈簧的彈性勢能_______，而物體得到一定的_______，動能增加．彈性勢能減小速度4．機械能守恒定律(1)內(nèi)容：在只有________或________做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，_____能與______能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的_________保持不變．即E＝_______＝恒量．(2)適用條件：只有______做功或系統(tǒng)內(nèi)________做功．(3)表達式：_______________________________.重力彈力動勢機械能Ek＋Ep重力彈力ΔEk＝ΔEp或Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2思考感悟“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天．”這是唐代大詩人李白對廬山瀑布的傳神寫照，如圖4－2－1所示．你能從物理學(xué)的角度對這一過程進行描述嗎？提示：水從高處流下，重力做功，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，因而形成飛流直下的壯觀場面．圖4－2－1三、應(yīng)用機械能守恒定律分析問題解題步驟1．根據(jù)題意，選取____________

(物體或系統(tǒng))．2．明確研究對象的運動過程，分析對象在過程中的受力情況，弄清各力_________情況，判斷是否符合機械能守恒的條件．3．恰當(dāng)?shù)剡x取____________，確定研究對象在過程的起始狀態(tài)和末狀態(tài)的________

(包括動能和重力勢能)．4．根據(jù)_________________列方程，進行求解．研究對象做功參考平面機械能機械能守恒定律核心要點突破一、對機械能守恒條件的理解1．從能量轉(zhuǎn)化的角度看，只有系統(tǒng)內(nèi)動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，無其他形式能量之間(如內(nèi)能)的轉(zhuǎn)化．2．從系統(tǒng)做功的角度看，只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功，具體表現(xiàn)在：(1)只有重力(和彈簧彈力)做功，如所有做拋體運動的物體(不計空氣阻力)，機械能守恒．(2)只有重力和系統(tǒng)內(nèi)的彈力做功，如圖4－2－2所示．在圖甲中中，小球球在擺動動過程中中線的拉拉力不做做功，如如果不計計空氣阻阻力，只只有重力力做功，，小球的的機械能能守恒．．圖4－2－2在圖乙中，A、B間，B與地面間摩擦擦不計，A自B上自由下滑過過程中，只有有重力和A、B間彈力做功，，A、B組成的系統(tǒng)機機械能守恒．．但對B來說，A對B的彈力做功，，但這個力對對B來說是外力，，B的機械能不守守恒．在圖丙中，不不計空氣阻力力，球在擺動動過程中，只只有重力和彈彈簧與球間的的彈力做功，，球與彈簧組組成的系統(tǒng)機機械能守恒，，但對球來說說，機械能不不守恒．即時應(yīng)用(即時突破，小小試牛刀)1．下列物體中中，機械能守守恒的是()A．被平拋的物物體(不計空氣阻力力)B．被勻速吊起起的集裝箱C．光滑曲面上上自由運動的的物體D．物體以4g/5的加速度豎直直向上做減速速運動解析：選AC.選項A、C情景下，只有有物體的重力力做功，機械械能守恒；而而選項B、D中，由物體的的運動狀態(tài)可可以判斷，物物體除重力外外還受其他外外力作用，且且外力做功，，物體機械能能不守恒，所所以A、C正確．二、機械能守守恒的應(yīng)用1．守恒定律的的多種表達式式當(dāng)系統(tǒng)滿足機機械能守恒的的條件以后，，常見的表達達式有以下幾幾種：(1)Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2，即初狀態(tài)的的動能與勢能能之和等于末末狀態(tài)的動能能與勢能之和和．(2)ΔEk＝－ΔEp或ΔEp＝－ΔEk，即動能(或勢能)的增加量等于于勢能(或動能)的減少量．2．理解機械能能守恒定律時時應(yīng)注意(1)機械能守恒是是指系統(tǒng)能量量守恒，系統(tǒng)統(tǒng)能量應(yīng)包括括物體、地球球兩者共有的的機械能，不不是物體單獨獨所具有的；；(2)應(yīng)用條件：系系統(tǒng)只有重力力做功，無其其他的內(nèi)力、、外力做功，，系統(tǒng)機械能能才守恒．若若有其他內(nèi)力力或外力做功功，但代數(shù)和和為零，只能能認(rèn)為機械能能不變；(3)考慮了勢能的的變化，就不不能再考慮重重力或彈力做做功，避免重重復(fù)考慮；(4)方程是標(biāo)量方方程，不存在在分量式．在在應(yīng)用時只需需要找出初、、末狀態(tài)的機機械能，不管管中間過程；；(5)表達公式中的的v、h都具有相對性性，所有v應(yīng)相對同一參參考系，所有有h應(yīng)是相對同一一零勢能面而而言的．即時應(yīng)用(即時突破，小小試牛刀)2.如圖4－2－3所示，粗細(xì)均均勻、兩端開開口、內(nèi)壁光光滑的U形管內(nèi)裝有同同種液體，開開始時兩邊液液面高度差為為h，管中液柱總總長度為4h.后來打開閥門門讓液體自由由流動，不計計液體間的摩摩擦阻力．當(dāng)當(dāng)兩液面高度度相等時，左左側(cè)液面下降降的速度為()圖4－2－3圖4－2－44．實驗的誤差差分析重物和紙帶下下落過程中要要克服阻力，，主要是紙帶帶與計時器之之間的摩擦力力．計時器平平面不在豎直直方向，紙帶帶平面與計時時器平面不平平行是阻力增增大的原因．．電磁打點計計時器的阻力力大于電火花花計時器．由由于阻力的存存在，重物動動能的增加量量稍小于勢能能的減少量，，即ΔEk<ΔEp.交流電的頻率率f不是50Hz也會帶來誤差差．若f>50Hz，由于速度值值仍按頻率為為50Hz計算，頻率的的計算值比實實際值偏小，，周期值偏大大，算得的速速度值偏小，，動能值也就就偏小，使ΔEk<ΔEp的誤差進一步步加大；若f<50Hz，則可能出現(xiàn)現(xiàn)ΔEk>ΔEp的結(jié)果．即時應(yīng)用(即時突破，小小試牛刀)3．在利用重物物做自由落體體運動來驗證證機械能守恒恒定律的實驗驗中，下列說說法中正確的的是()A．選重物時稍稍重一些的比比輕的好B．選重物時體體積大一些的的比小的好C．實驗時要用用秒表計時，，以便計算速速度D．打點計時器器選用電磁打打點計時器比比電火花計時時器要好解析：選A.選用的重物宜宜重一些，可可以使重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻力力，阻力可忽忽略不計，從從而減小實驗驗誤差，故A正確；重物的的體積越大，，下落時受空空氣阻力越大大，實驗誤差差就越大，故故B錯誤；不需用用秒表計時，，打點計時器器就是計時儀儀器，比秒表表計時更為精精準(zhǔn)，故C錯誤；電磁打打點計時器的的振針與紙帶帶間有摩擦，，電火花計時時器對紙帶的的阻力較小，，故應(yīng)選電火火花計時器，，D錯誤．課堂互動講練機械能守恒條件的應(yīng)用類型一例1下列關(guān)于機械械能是否守恒恒的說法中正正確的是()A．做勻速直線線運動的物體體的機械能一一定守恒B．做勻加速直直線運動的物物體的機械能能不可能守恒恒C．運動物體只只要不受摩擦擦力作用，其其機械能一定定守恒D．物體只發(fā)生生動能和勢能能的相互轉(zhuǎn)化化，物體的機機械能一定守守恒【精講精析】勻速運動的物物體只是動能能保持不變，，但不能確定定其勢能是否否變化．例如如：勻速豎直直上升的物體體，重力勢能能增加，機械械能增加．選選項A錯誤．物體做勻加速速直線運動，，機械能可能能守恒．例如如：物體做自自由落體運動動，物體沿光光滑斜面加速速下滑，機械械能是守恒的的．選項B錯誤．運動物體不受受摩擦力作用用，只能說明明沒有機械能能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化，但不能能保證沒有其其他外力對物物體做功而引引起物體機械械能的變化．．例如：起重重機把物體從從地面上吊起起，物體的機機械能增加，，選項C錯誤．物體只發(fā)生動動能和勢能的的相互轉(zhuǎn)化，，說明只有物物體系統(tǒng)內(nèi)的的重力或彈簧簧彈力做功，，沒有其他力力做功，故機機械能一定守守恒．選項D正確．【答案】D【方法總結(jié)】判斷機械能是是否守恒，關(guān)關(guān)鍵是看都有有哪些力做功功．機械能守守恒常見的情情況有：一是是物體只受重重力作用；二二是物體雖然然受到除重力力以外的其他他力作用，但但其他力不做做功或做功的的代數(shù)和為零零．機械能守恒定律的應(yīng)用類型二例2如圖4－2－5所示，，一很很長的的、不不可伸伸長的的柔軟軟輕繩繩跨過過光滑滑定滑滑輪，，繩兩兩端各各系一一小球球a和b.a球質(zhì)量量為m，靜置置于地地面；；b球質(zhì)量量為3m，用手手托住住，高高度為為h，此時時輕繩繩剛好好拉緊緊．從從靜止止開始始釋放放b球后，，求a球可能能達到到的最最大高高度為為多少少？圖4－2－5【答案】1.5h【方法總總結(jié)】(1)利用哪哪種表表達式式列機機械能能守恒恒定律律的方方程要要視具具體情情況而而定，，千萬萬不要要把幾幾種表表達式式混在在一起起列式式．(2)利用守守恒的的觀點點列方方程，，需要要事先先規(guī)定定重力力勢能能的零零位置置；從從轉(zhuǎn)化化或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移的的角度度來看看，需需要明明確能能量是是從什什么形形式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為為什么么形式式、從從哪一一個物物體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到到哪一一個物物體，，這樣樣，才才能正正確列列出方方程．．機械能守恒的探究分析類型三例3(2)若實驗驗中所所用重重錘的的質(zhì)量量m＝1kg，打點點紙帶帶如圖圖4－2－6所示，，打點點時間間間隔隔為0.02s，則記記錄B點時，，重錘錘