高中物理 第4章4 研究机械能守恒定律课件 沪科版必修2

42研究机械能守恒定律研究机械能守恒定律核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练4.2课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.能够分析动能和势能之间的相互转化问题能够分析动能和势能之间的相互转化问题2能够推导机械能守恒定律能够推导机械能守恒定律3会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒4能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能能运用机械能守恒定律解决有关问题，并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性守恒定律解决问题的优越性重点难点：重点：机械能守恒定律的内容和应用条件；理解重点难点：重点：机械能守恒定律的内容和应用条件；理解实验内容和实验过程；应用机械能守恒定律的解题步骤实验内容和实验过程；应用机械能守恒定律的解题步骤难点：对机械能守恒定律实验的分析；判断机械能是否守恒，难点：对机械能守恒定律实验的分析；判断机械能是否守恒，应用机械能守恒分析解决有关问题应用机械能守恒分析解决有关问题课前自主学案课前自主学案一、什么是机械能一、什么是机械能1定义：物体的定义：物体的_与与_之和称为机械能之和称为机械能2表达式：表达式：E_.二、研究机械能守恒定律二、研究机械能守恒定律1重力势能可以转化为动能重力势能可以转化为动能打桩机重锤在下落过程中，重力对重锤做打桩机重锤在下落过程中，重力对重锤做_功，重锤的重力势能功，重锤的重力势能_在这个过程中，重在这个过程中，重锤的速度锤的速度_了，表示重锤的动能了，表示重锤的动能_了这说明，重锤原来具有的了这说明，重锤原来具有的_转化成转化成了了_动能动能势能势能EkEp正正减少减少增加增加增加增加重力势能重力势能动能动能2动能也可以转化为重力势能动能也可以转化为重力势能原来具有一定速度的物体，由于惯性在空中竖直原来具有一定速度的物体，由于惯性在空中竖直上升或沿光滑斜面上升，这时重力做上升或沿光滑斜面上升，这时重力做_功，功，物体的速度物体的速度_，表示物体的动能，表示物体的动能_了但这时物体的高度了但这时物体的高度_，表示它的重，表示它的重力势能力势能_了这说明，物体原来具有的了这说明，物体原来具有的_转化成了转化成了_负负减小减小减小减小增加增加增加增加动能动能重力势能重力势能3弹性势能与动能之间也能相互转化弹性势能与动能之间也能相互转化不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也不仅重力势能可以与动能相互转化，弹性势能也可以与动能相互转化被压缩的弹簧具有可以与动能相互转化被压缩的弹簧具有_，当弹簧恢复原来形状时，就把跟，当弹簧恢复原来形状时，就把跟它接触的物体弹出去这一过程中，弹力做功，它接触的物体弹出去这一过程中，弹力做功，弹簧的弹性势能弹簧的弹性势能_，而物体得到一定的，而物体得到一定的_，动能增加，动能增加弹性势能弹性势能减小减小速度速度4机械能守恒定律机械能守恒定律(1)内容：在只有内容：在只有_或或_做功的物体做功的物体系统内，系统内，_能与能与_能可以互相转化，而能可以互相转化，而总的总的_保持不变即保持不变即E_恒恒量量(2)适用条件：只有适用条件：只有_做功或系统内做功或系统内_做功做功(3)表达式：表达式：_.重力重力弹力弹力动动势势机械能机械能EkEp重力重力弹力弹力EkEp或或Ek1Ep1Ek2Ep2思考感悟思考感悟“飞流直下三千尺，疑是银河飞流直下三千尺，疑是银河落九天落九天”这是唐代大诗人李这是唐代大诗人李白对庐山瀑布的传神写照，如白对庐山瀑布的传神写照，如图图421所示你能从物理所示你能从物理学的角度对这一过程进行描述学的角度对这一过程进行描述吗？吗？提示：提示：水从高处流下，重力做水从高处流下，重力做功，重力势能转化为动能，因功，重力势能转化为动能，因而形成飞流直下的壮观场面而形成飞流直下的壮观场面图图421三、应用机械能守恒定律分析问题三、应用机械能守恒定律分析问题解题步骤解题步骤1根据题意，选取根据题意，选取_ (物体或系统物体或系统)2明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力的受力情况，弄清各力_情况，判断是否情况，判断是否符合机械能守恒的条件符合机械能守恒的条件3恰当地选取恰当地选取_，确定研究对象在过，确定研究对象在过程的起始状态和末状态的程的起始状态和末状态的_ (包括动能和重包括动能和重力势能力势能)4根据根据_列方程，进行求解列方程，进行求解研究对象研究对象做功做功参考平面参考平面机械能机械能机械能守恒定律机械能守恒定律核心要点突破核心要点突破一、对机械能守恒条件的理解一、对机械能守恒条件的理解1从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能从能量转化的角度看，只有系统内动能和势能相互转化，无其他形式能量之间相互转化，无其他形式能量之间(如内能如内能)的转化的转化2从系统做功的角度看，只有重力和系统内的弹从系统做功的角度看，只有重力和系统内的弹力做功，具体表现在：力做功，具体表现在：(1)只有重力只有重力(和弹簧弹力和弹簧弹力)做功，如所有做抛体运动做功，如所有做抛体运动的物体的物体(不计空气阻力不计空气阻力)，机械能守恒，机械能守恒(2)只有重力和系统内的弹力做功，如图只有重力和系统内的弹力做功，如图422所所示示在图甲中，小球在摆动过程中线的拉力不做功，在图甲中，小球在摆动过程中线的拉力不做功，如果不计空气阻力，只有重力做功，小球的机械如果不计空气阻力，只有重力做功，小球的机械能守恒能守恒图图422在图乙中，在图乙中，A、B间，间，B与地面间摩擦不计，与地面间摩擦不计，A自自B上自由下滑过程中，只有重力和上自由下滑过程中，只有重力和A、B间弹力间弹力做功，做功，A、B组成的系统机械能守恒但对组成的系统机械能守恒但对B来来说，说，A对对B的弹力做功，但这个力对的弹力做功，但这个力对B来说是外来说是外力，力，B的机械能不守恒的机械能不守恒在图丙中，不计空气阻力，球在摆动过程中，在图丙中，不计空气阻力，球在摆动过程中，只有重力和弹簧与球间的弹力做功，球与弹簧只有重力和弹簧与球间的弹力做功，球与弹簧组成的系统机械能守恒，但对球来说，机械能组成的系统机械能守恒，但对球来说，机械能不守恒不守恒即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1下列物体中，机械能守恒的是下列物体中，机械能守恒的是()A被平抛的物体被平抛的物体(不计空气阻力不计空气阻力)B被匀速吊起的集装箱被匀速吊起的集装箱C光滑曲面上自由运动的物体光滑曲面上自由运动的物体D物体以物体以4g/5的加速度竖直向上做减速运动的加速度竖直向上做减速运动解析：解析：选选AC.选项选项A、C情景下，只有物体的重力情景下，只有物体的重力做功，机械能守恒；而选项做功，机械能守恒；而选项B、D中，由物体的运中，由物体的运动状态可以判断，物体除重力外还受其他外力作动状态可以判断，物体除重力外还受其他外力作用，且外力做功，物体机械能不守恒，所以用，且外力做功，物体机械能不守恒，所以A、C正确正确二、机械能守恒的应用二、机械能守恒的应用1守恒定律的多种表达式守恒定律的多种表达式当系统满足机械能守恒的条件以后，常见的表达当系统满足机械能守恒的条件以后，常见的表达式有以下几种：式有以下几种：(1)Ek1Ep1Ek2Ep2，即初状态的动能与势能之，即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能与势能之和和等于末状态的动能与势能之和(2)EkEp或或EpEk，即动能，即动能(或势能或势能)的增加量等于势能的增加量等于势能(或动能或动能)的减少量的减少量2理解机械能守恒定律时应注意理解机械能守恒定律时应注意(1)机械能守恒是指系统能量守恒，系统能量应包机械能守恒是指系统能量守恒，系统能量应包括物体、地球两者共有的机械能，不是物体单独括物体、地球两者共有的机械能，不是物体单独所具有的；所具有的；(2)应用条件：系统只有重力做功，无其他的内力、应用条件：系统只有重力做功，无其他的内力、外力做功，系统机械能才守恒若有其他内力或外力做功，系统机械能才守恒若有其他内力或外力做功，但代数和为零，只能认为机械能不变；外力做功，但代数和为零，只能认为机械能不变；(3)考虑了势能的变化，就不能再考虑重力或弹力考虑了势能的变化，就不能再考虑重力或弹力做功，避免重复考虑；做功，避免重复考虑；(4)方程是标量方程，不存在分量式在应用时只方程是标量方程，不存在分量式在应用时只需要找出初、末状态的机械能，不管中间过程；需要找出初、末状态的机械能，不管中间过程；(5)表达公式中的表达公式中的v、h都具有相对性，所有都具有相对性，所有v应相应相对同一参考系，所有对同一参考系，所有h应是相对同一零势能面而应是相对同一零势能面而言的言的即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.如图如图423所示，粗细均匀、两端开口、内所示，粗细均匀、两端开口、内壁光滑的壁光滑的U形管内装有同种液体，开始时两边液形管内装有同种液体，开始时两边液面高度差为面高度差为h，管中液柱总长度为，管中液柱总长度为4h.后来打开阀后来打开阀门让液体自由流动，不计液体间的摩擦阻力当门让液体自由流动，不计液体间的摩擦阻力当两液面高度相等时，左侧液面下降的速度为两液面高度相等时，左侧液面下降的速度为()图图423图图4244实验的误差分析实验的误差分析重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带与计时器之间的摩擦力计时器平面不在竖带与计时器之间的摩擦力计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因电磁打点计时器的阻力大于电火增大的原因电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器由于阻力的存在，重物动能的增加花计时器由于阻力的存在，重物动能的增加量稍小于势能的减少量，即量稍小于势能的减少量，即Ek50 Hz，由于速度值仍按频率为，由于速度值仍按频率为50 Hz计算，频率的计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使度值偏小，动能值也就偏小，使EkEp的误差的误差进一步加大；若进一步加大；若fEp的结果的结果即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3在利用重物做自由落体运动来验证机械能守在利用重物做自由落体运动来验证机械能守恒定律的实验中，下列说法中正确的是恒定律的实验中，下列说法中正确的是()A选重物时稍重一些的比轻的好选重物时稍重一些的比轻的好B选重物时体积大一些的比小的好选重物时体积大一些的比小的好C实验时要用秒表计时，以便计算速度实验时要用秒表计时，以便计算速度D打点计时器选用电磁打点计时器比电火花计打点计时器选用电磁打点计时器比电火花计时器要好时器要好解析：解析：选选A.选用的重物宜重一些，可以使重力远选用的重物宜重一些，可以使重力远远大于阻力，阻力可忽略不计，从而减小实验误远大于阻力，阻力可忽略不计，从而减小实验误差，故差，故A正确；重物的体积越大，下落时受空气正确；重物的体积越大，下落时受空气阻力越大，实验误差就越大，故阻力越大，实验误差就越大，故B错误；不需用错误；不需用秒表计时，打点计时器就是计时仪器，比秒表计秒表计时，打点计时器就是计时仪器，比秒表计时更为精准，故时更为精准，故C错误；电磁打点计时器的振针错误；电磁打点计时器的振针与纸带间有摩擦，电火花计时器对纸带的阻力较与纸带间有摩擦，电火花计时器对纸带的阻力较小，故应选电火花计时器，小，故应选电火花计时器，D错误错误课堂互动讲练课堂互动讲练机械能守恒条件的应用机械能守恒条件的应用下列关于机械能是否守恒的说法中正确的是下列关于机械能是否守恒的说法中正确的是()A做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒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，其机械能一定运动物体只要不受摩擦力作用，其机械能一定守恒守恒D物体只发生动能和势能的相互转化，物体的机物体只发生动能和势能的相互转化，物体的机械能一定守恒械能一定守恒【精讲精析精讲精析】匀速运动的物体只是动能保持不匀速运动的物体只是动能保持不变，但不能确定其势能是否变化例如：匀速竖变，但不能确定其势能是否变化例如：匀速竖直上升的物体，重力势能增加，机械能增加选直上升的物体，重力势能增加，机械能增加选项项A错误错误物体做匀加速直线运动，机械能可能守恒例如：物体做匀加速直线运动，机械能可能守恒例如：物体做自由落体运动，物体沿光滑斜面加速下滑，物体做自由落体运动，物体沿光滑斜面加速下滑，机械能是守恒的选项机械能是守恒的选项B错误错误运动物体不受摩擦力作用，只能说明没有机械能运动物体不受摩擦力作用，只能说明没有机械能向内能的转化，但不能保证没有其他外力对物体向内能的转化，但不能保证没有其他外力对物体做功而引起物体机械能的变化例如：起重机把做功而引起物体机械能的变化例如：起重机把物体从地面上吊起，物体的机械能增加，选项物体从地面上吊起，物体的机械能增加，选项C错误错误物体只发生动能和势能的相互转化，说明只有物物体只发生动能和势能的相互转化，说明只有物体系统内的重力或弹簧弹力做功，没有其他力做体系统内的重力或弹簧弹力做功，没有其他力做功，故机械能一定守恒选项功，故机械能一定守恒选项D正确正确【答案答案】D【方法总结方法总结】判断机械能是否守恒，关键是看判断机械能是否守恒，关键是看都有哪些力做功机械能守恒常见的情况有：一都有哪些力做功机械能守恒常见的情况有：一是物体只受重力作用；二是物体虽然受到除重力是物体只受重力作用；二是物体虽然受到除重力以外的其他力作用，但其他力不做功或做功的代以外的其他力作用，但其他力不做功或做功的代数和为零数和为零机械能守恒定律的应用机械能守恒定律的应用如图如图425所示，一很长所示，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球滑定滑轮，绳两端各系一小球a和和b.a球质量为球质量为m，静置于地面；，静置于地面；b球质量为球质量为3m，用手托住，高度，用手托住，高度为为h，此时轻绳刚好拉紧从静，此时轻绳刚好拉紧从静止开始释放止开始释放b球后，求球后，求a球可能达球可能达到的最大高度为多少？到的最大高度为多少？图图425【答案答案】1.5h【方法总结方法总结】(1)利用哪种表达式列机械能守恒利用哪种表达式列机械能守恒定律的方程要视具体情况而定，千万不要把几种定律的方程要视具体情况而定，千万不要把几种表达式混在一起列式表达式混在一起列式(2)利用守恒的观点列方程，需要事先规定重力势利用守恒的观点列方程，需要事先规定重力势能的零位置；从转化或转移的角度来看，需要明能的零位置；从转化或转移的角度来看，需要明确能量是从什么形式转化为什么形式、从哪一个确能量是从什么形式转化为什么形式、从哪一个物体转移到哪一个物体，这样，才能正确列出方物体转移到哪一个物体，这样，才能正确列出方程程机械能守恒的探究分析机械能守恒的探究分析(2)若实验中所用重锤的质量若实验中所用重锤的质量m1 kg，打点纸带，打点纸带如图如图426所示，打点时间间隔为所示，打点时间间隔为0.02 s，则记，则记录录B点时，重锤速度点时，重锤速度vB_，重锤动能，重锤动能Ek_，从开始下落起至，从开始下落起至B点重锤的重力势能点重锤的重力势能减少量是减少量是_，由此可得出的结论是，由此可得出的结论是_图图426图图427【答案答案】(1)打第一个点时重物的初速度打第一个点时重物的初速度为零为零2 mm(2)0.59 m/s0.17 J0.17 J机械能守机械能守恒恒(3)C本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目录点此进入课件目录按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用