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,名师解疑,分类例析,自主学习,第,3,节 能量守恒定律,1,理解机械能守恒定律，能用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题,2,了解自然界中存在多种形式的能量，知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一,3,体会了解生活和生产实践中能的转化现象，并能将能量守恒定律在实际生活中加以应用,一、机械能的转化和守恒的实验探究,在,_,的条件下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒,速度的测量：做匀变速直线运动的纸带上某点的,_ _,等于相邻两点间的平均速度,mgh,只有重力做功,瞬时速,度,二、机械能守恒定律,机械能：指,_,和,_,之和在一定条件下，物体的动能和势能可以,_,如图,2,3,1,所示，质量为,m,的小球做自由落体运动的过程中经过,A,、,B,两点，则,动能,势能,相互转化,mgh,1,mgh,2,mgh,1,mgh,2,图,2,3,1,机械能守恒定律,(1),定律：在只有,_,的情况下，物体的,_,与,_,可以发生相互转化，但机械能的总量,_,(2),适用条件：只有,_,做功，其他力对物体不做功，与物体的运动状态无关,E,k1,E,p1,重力,(,弹力,),动能,势能,保持不变,重力,(,或弹力,),思考,如果一个物体做匀速直线运动，其机械能一定守恒吗？,提示,不一定物体做匀速直线运动，所受合外力为零，即合外力做功为零，物体的动能不变，但重力势能不一定不变，例如物体在竖直方向做匀速直线运动时，动能不变，但重力势能改变，物体的机械能就不守恒,三、能量守恒定律,能量的转化,物体的弹性势能和,_,可以相互转化，并且若只有,_,做功，则物体的动能与弹性势能的总和,_,如果有其他力做功，就会有其他形式的能与,_,发生相互转化；自然界中的其他形式的能量也是可以相互,_,的,能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空,_,，它只能从一种形式,_,另一种形式，或从一个物体,_,另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变它是自然界最普遍、最基本的规律之一,动能,弹力,保持不变,机械能,转化,消失,转化为,转移到,永动机：永远都不可能制成不消耗任何,_,却能持续不断地对外,_,的永动机,几种常见的力做功与能量转化的对应关系,(1),重力做功：,_,与其他形式的能相互转化,(2),弹力做功：,_,与其他形式的能相互转化,(3),合外力做功：,_,与其他形式的能相互转化,(4),除重力、系统内弹力外，其他力做功：,_,与其他形式的能相互转化,能量,做功,重力势能,弹性势能,动能,机械能,一、机械能的转化和守恒的实验探究,实验原理,实验器材,铁架台,(,带铁夹,),、打点计时器、重物,(,带纸带夹,),、纸带,(,数条,),、复写纸、导线、毫米刻度尺、学生电源,实验步骤,(1),按图,2,3,2,所示把打点计时器固定在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好,(2),把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近,图,2,3,2,(3),先接通电源，后松开手，让重物带着纸带自由下落,(4),重复几次，得到,3,5,条打好点的纸带,(5),选取点迹较为清晰，且第一、二两计时点间距接近,2 mm,的一条纸带，纸带上第一个点记为,O,，然后在距离点,O,较远的地方选取等时间间隔的点，依次标上,1,、,2,、,3,、,用刻度尺测出对应的下落高度,h,1,、,h,2,、,h,3,、,(6),计算出各点对应的瞬时速度,v,1,、,v,2,、,v,3,、,数据处理,温馨提示,法一中的,h,是,v,对应的点到起始点的距离；法二中的,h,AB,是,v,A,、,v,B,对应点之间的距离,实验结论,在误差允许的范围内，物体的动能增加量和重力势能的减少量是相等的，在只有重力做功的情况下机械能守恒定律得以验证,误差分析,(1),测量长度会带来偶然误差减小偶然误差的办法：测距离都应从,O,点测起；,多次测量取平均值；,选取的计数点应尽可能离,O,点远些，以减小相对误差,(2),重物在拖着纸带下落的过程中必然受到阻力作用，主要是打点计时器与纸带间的摩擦力以及空气的阻力克服这些阻力做功要消耗能量，所以重物动能的增加量,E,k,必定小于重力势能的减少量,E,p,.,这是实验设计上带来的系统误差减小这种误差的方法有：,让打点计时器的限位孔在同一竖直线上；,适当增加重物的质量，减小重物的体积,二、判断机械能是否守恒的方法,判断系统的机械能是否守恒，通常可采用下列三种方法：,(1),做功条件分析法,应用系统机械能守恒的条件进行分析若物体系统内只有重力或弹力做功，其他力均不做功，则系统的机械能守恒,(2),能量转化分析法,从能量转化的角度进行分析若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变成其他形式的能,(,如没有内能增加,),，则系统的机械能守恒,(3),增减情况分析法,直接从机械能各种形式能量的增减情况进行分析若系统的动能与势能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒；若系统的动能,(,或势能,),不变，而势能,(,或动能,),却发生了变化，则系统的机械能不守恒；若系统内各个物体的机械能均增加或均减少，则系统的机械能也不守恒当然，这种方法只能判,断系统的机械能明显不守恒的情况，对于另一些情况,(,如系统的动能增加而势能减少,),则无法作出定性的判断,温馨提示,绳子突然绷紧、物体碰撞后合在一起等，如果题目没有特别说明，则认为机械能不守恒,应用机械能守恒定律时，系统内相互作用的物体间的力可以是变力，也可以是恒力，只要符合守恒条件，机械能就守恒而且机械能守恒定律只涉及物体系统的初、末状态的物理量，不需要分析中间过程的复杂变化，使处理问题得到简化应用的基本思路如下：,三、应用机械能守恒定律解题的思路,(1),选取研究对象,物体或系统,(2),根据研究对象所经历的物理过程，进行受力分析和做功情况分析，判断机械能是否守恒,(3),恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的初、末状态时的机械能,(4),根据机械能守恒定律列方程，进行求解,温馨提示,系统的机械能守恒是指在整个过程中，系统的机械能始终不变,(,不仅仅是初状态和末状态的机械能相等,),，但在应用机械能守恒定律解决问题时，只需考虑所选定的两个状态,(,不一定是运动过程的初、末状态,),即可，不必考虑两个状态之间过程的细节,教材资料分析,讨论与交流,跳板跳水运动员在弹离跳板后，先上升到一定的高度，在空中完成一系列复杂而优美的动作后入水若将运动员视为质点，请你分析一下从运动员起跳到入水的全过程中，有哪些能量发生了相互转化说出你的根据，并跟其他同学一起讨论交流各自的看法,点拨,运动员在板上起跳过程，运动员体内的一部分化学能转化为板的弹性势能，起跳过程运动员的一部分化学能和板的弹性势能转化为运动员的动能，上升过程中运动员的动能转化为重力势能，下降过程中重力势能又转化为动能,.,对机械能守恒条件的理解,【,典例,1】,下列关于机械能守恒的说法正确的是,(,),A,做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒,B,做匀加速直线运动的物体的机械能不可能守恒,C,运动物体只要不受摩擦力作用，其机械能就一定守恒,D,物体只发生动能和势能的相互转化时，其机械能一定,守恒,解析,答案,D,逐项分析,选项,做匀速直线运动只是动能不变,，,不能确定其势能是否变化,，,如匀速上升,，,动能不变,，,势能增加,，,机械能增加,A,错误,物体做自由落体运动,，,是匀加速直线运动,，,机械能守恒,B,错误,把物体从地面吊起,，,不受摩擦力,，,但机械能不守恒,C,错误,物体只有动能和势能相互转化时,，,其机械能守恒,D,正确,借题发挥,判断机械能是否守恒的两种常用方法,(1),根据做功分析，如果只有重力或系统内弹力做功，则机械能守恒,(2),根据能量转化分析，如果系统的机械能与其他形式的能没有相互转化，则系统的机械能守恒,【,变式,1】,下列说法正确的是,(,),A,机械能守恒时，物体一定只受重力或弹力作用,B,物体处于平衡状态时，机械能一定守恒,C,物体所受合力不为零时，其机械能可能守恒,D,物体机械能的变化等于合外力对物体做的功,解析,机械能守恒时，只有重力或弹力做功，但可以受其他外力作用，其他外力不做功即可，,A,错误；在竖直方向匀速上升的物体处于平衡状态，但其机械能一直增大，,B,错误；物体做自由落体运动时只受重力作用，合外力不为零，其机械能守恒，,C,正确；由动能定理知，合外力对物体做的功等于物体动能的变化，如在光滑斜面上下滑的物体，合外力对物体做的功是重力做功，不为零，而物体的机械能守恒，,D,错误,答案,C,【,典例,2】,如图,2,3,3,所示，质量为,m,的木块放在光滑的水平桌面上，用轻绳绕过桌边的定滑轮与质量为,M,的砝码相连,系统机械能守恒问题的处理方法,图,2,3,3,已知,M,2,m,，让绳拉直后使砝码从静止开始下降,h,(,此时竖直绳长小于桌高,),的距离，木块仍在桌面上，则此时砝码的速度为多大？,解析,砝码、木块及轻绳组成的系统在相互作用的过程中，除砝码的重力做功外，还有绳的拉力对砝码做负功，对木块做正功，且二者之和为零，故系统的机械能守恒,法一利用,E,2,E,1,求解,设砝码开始离桌面的距离为,x,，取桌面所在的水平面为参考平面，则系统的初态机械能,E,1,Mgx,，,借题发挥,在解题时应根据题意选择合适的表达式在选用法一时，必须规定参考平面而选用法二和法三时，不需要规定参考平面，但必须分清能量的减少量和增加量,【,变式,2】,如图,2,3,4,所示是一个横截面为半圆、半径为,R,的光滑柱面，一根不可伸长的细线两端分别系着物体,A,、,B,，且,m,A,2,m,B,.,由图示位置从静止开始释放物体,A,，当物体,B,到达圆柱顶点时，求绳的张力对物体,B,所做的功,图,2,3,4,
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