2019版高中物理 第七章 机械能守恒定律 7.8 机械能守恒定律同步配套课件 新人教版必修2.ppt

8 机械能守恒定律 自我检测 自主阅读 一 动能与势能的相互转化1 物体自由下落或沿光滑斜面下落时 重力势能减少了 减少的重力势能转化成了动能 2 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滑 动能减少了 重力势能增加了 减少的动能转化为重力势能 3 弹弓射出弹丸 弹簧枪将 子弹 射出 推开的弹簧门自动关闭等 弹性势能减少 减少的弹性势能分别转化为弹丸 子弹 门的动能 二 机械能1 机械能是动能和势能 包括重力势能和弹性势能 的统称 通过重力或弹力做功 机械能可以从一种形式转化成另一种形式 2 机械能是状态量 是标量 没有方向但有正负之分 自我检测 自主阅读 三 机械能守恒定律1 推导 在图中 物体在某一时刻处在位置A 这时它的动能是Ek1 重力势能是Ep1 总机械能是E1 Ek1 Ep1 经过一段时间后 物体运动到另一位置B 这时它的动能是Ek2 重力势能是Ep2 总机械能是E2 Ek2 Ep2 忽略运动过程中物体受到的阻力 由动能定理知 WG Ek2 Ek1根据重力的功与重力势能的关系有WG Ep1 Ep2从以上两式可得Ek2 Ek1 Ep1 Ep2 则Ek2 Ep2 Ek1 Ep1 即E2 E1 2 内容 在只有重力或弹力做功的物体系统内 动能与势能可以相互转化 而总的机械能保持不变 3 守恒定律表达式 Ek2 Ep2 Ek1 Ep1 即E2 E1 自我检测 自主阅读 1 正误辨析 1 动能增加时 重力一定做正功 解析 动能增加 说明合力做正功 重力不一定做正功 答案 2 重力势能增加时 动能一定减少 解析 重力势能增加 重力做负功 若还有其他力做功 动能不一定减少 答案 3 机械能只包括动能和重力势能 答案 自我检测 自主阅读 4 合力做功为零 物体的机械能一定守恒 解析 合力做功为零 物体的机械能不一定守恒 如物体沿斜面匀速下滑时 物体的机械能就减少 答案 5 只有重力做功 物体的机械能一定守恒 答案 自我检测 自主阅读 2 下列对机械能守恒定律的理解正确的是 A 物体除受重力 弹力外还受其他力 机械能一定不守恒B 合力为零 物体的机械能一定守恒C 在机械能守恒过程中的任意两点 物体的机械能总相等D 在机械能守恒过程中 只有初末位置的机械能才相等解析 选项A中 若其他力不做功 则机械能守恒 选项A错误 合力为零 可能存在重力 弹力以外的力做功 机械能不一定守恒 选项B错误 在机械能守恒过程中的任意两点 物体的机械能总相等 并非只有初末位置的机械能才相等 选项C正确 D错误 答案 C 探究一 探究二 情景导引如图所示 小球抛出后在空中运动 不计空气阻力 的过程机械能守恒吗 降落伞在空中匀速下落时机械能守恒吗 要点提示判断物体机械能是否守恒 依据是只有重力或弹力做功 小球抛出后 只受重力作用 机械能守恒 降落伞除了重力做功外 还有阻力做功 机械能不守恒 对机械能守恒定律的理解 探究一 探究二 知识归纳1 对机械能守恒条件的理解 1 从能量特点看 系统只有动能和势能相互转化 无其他形式能相互转化 则系统机械能守恒 2 从做功特点看 只受重力 或弹簧弹力 作用 如做抛体运动的物体 除重力 或弹簧弹力 外 还受其他力的作用 但其他力不做功 除重力 或弹簧弹力 外 受到其他力的作用 但其他力做功的代数和为零 探究一 探究二 画龙点睛1 守恒 是一个动态概念 指在动能和势能相互转化的整个过程中的任何时刻 任何位置 系统的机械能总量总保持不变 2 机械能守恒的条件不是合力做的功等于零 也不是合力等于零 2 判断机械能是否守恒的方法 1 机械能定义判断法 分析动能与势能之和是否变化 2 做功条件分析法 若物体系统内只有重力和弹力做功 其他力均不做功 则系统的机械能守恒 3 能量转化分析法 若系统内物体间只有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 探究一 探究二 典例剖析 例1 多选 如图所示 下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 A 甲图中 物体A将弹簧压缩的过程中 A机械能守恒B 乙图中 A置于光滑水平面 物体B沿光滑斜面下滑 物体B机械能守恒C 丙图中 不计任何阻力时A加速下落 B加速上升过程中 A B机械能守恒D 丁图中 小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时 小球的机械能守恒 探究一 探究二 解析 甲图中重力和弹力做功 物体A和弹簧组成的系统机械能守恒 但物体A机械能不守恒 选项A错误 乙图中物体B除受重力外 还受弹力 弹力对B做负功 机械能不守恒 但从能量特点看A B组成的系统机械能守恒 选项B错误 丙图中绳子张力对A做负功 对B做正功 代数和为零 A B机械能守恒 选项C正确 丁图中动能不变 势能不变 机械能守恒 选项D正确 答案 CD 探究一 探究二 规律方法判断机械能是否守恒应注意的问题1 合外力为零是物体处于平衡状态的条件 物体受到的合外力为零时 它一定处于匀速直线运动状态或静止状态 但它的机械能不一定守恒 2 合外力做功为零是物体动能守恒的条件 合外力对物体不做功 它的动能一定不变 但它的机械能不一定守恒 3 只有重力做功或系统内弹力做功是机械能守恒的条件 只有重力对物体做功时 物体的机械能一定守恒 只有重力或系统内弹力做功时 系统的机械能一定守恒 探究一 探究二 变式训练1 多选 下列叙述正确的是 A 做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒B 做变速直线运动的物体的机械能可能守恒C 合外力对物体做功为零 物体的机械能一定守恒D 系统内只有重力或弹力做功时 系统的机械能一定守恒解析 做匀速直线运动的物体所受合力为零 动能不变 但重力势能可能改变 A错误 做变速直线运动的物体 若只有重力对它做功时 机械能守恒 B正确 合外力对物体做功为零时 除重力之外的力有可能做功 此时机械能不一定守恒 C错误 系统内只有重力或弹力做功时 系统的机械能守恒 D正确 答案 BD 探究一 探究二 情景导引如图所示 在同一高度处 将同一小球分别以相同大小的速度抛出 忽略空气阻力 这几种情况小球落地时速度大小相等吗 要点提示尽管这几种情况小球的运动情况不同 只有重力做功 小球的机械能守恒 根据机械能守恒定律可知 小球落地时速度大小相等 机械能守恒定律的应用 探究一 探究二 知识归纳1 常见的表达式 1 守恒式 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2 即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能和势能之和 用此式必须选择参考平面 2 转化式 Ek Ep或 Ep Ek 即动能 或势能 的增加量等于势能 或动能 的减少量 使用此式不必选择参考平面 3 增量式 EA EB 即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量 用此式不必选择参考平面 探究一 探究二 2 应用机械能守恒定律解题的步骤 探究一 探究二 例2 以10m s的速度将质量为m的物体从地面上竖直向上抛出 若忽略空气阻力 g取10m s2 则 1 物体上升的最大高度是多少 2 上升过程中在何处重力势能与动能相等 探究一 探究二 答案 1 5m 2 2 5m 规律方法机械能守恒定律表达式的灵活选取以单个物体为研究对象 可应用表达式 Ek Ep或E初 E末列式求解 探究一 探究二 变式训练2下图为一跳台的示意图 假设运动员从雪道的最高处A点由静止开始滑下 不借助其他器械 沿光滑雪道到达跳台的B点时速度多大 当他落到离B点竖直高度为10m的雪地C点时 速度又是多大 设这一过程中运动员没有做其他动作 忽略摩擦和空气阻力 g取10m s2 探究一 探究二 解析 取B点所在水平面为参考平面 由题意知A点到B点的高度差h1 4m B点到C点的高度差h2 10m从A点到B点的过程由机械能守恒定律得 1 2 3 4 1 如图所示 一光滑斜面置于光滑水平地面上 其上有一物体由静止沿斜面下滑 在物体下滑过程中 下列说法正确的是 A 物体的重力势能减少 动能增加B 斜面的机械能不变C 斜面对物体的作用力垂直于接触面 不对物体做功D 物体的重力势能不变 动能增加解析 物体加速下滑 动能增加 重力势能减少 A正确 D错误 物体对斜面的压力对斜面做正功 故斜面的支持力对物体做负功 故B C错误 答案 A 1 2 3 4 2 多选 下列物体中 机械能守恒的是 A 做平抛运动的物体B 被匀速吊起的集装箱C 光滑曲面上自由运动的物体D 物体以g的加速度竖直向上做匀减速运动解析 物体做平抛运动或沿光滑曲面自由运动时 不受摩擦阻力 在曲面上弹力不做功 都只有重力做功 机械能守恒 所以A C项正确 匀速吊起的集装箱 绳的拉力对它做功 不满足机械能守恒的条件 答案 AC 1 2 3 4 3 如图所示 在距地面h高处以初速度v0沿水平方向抛出一个物体 不计空气阻力 物体在下落过程中 下列说法正确的是 A 物体在C点比A点具有的机械能大B 物体在B点比C点具有的动能大C 物体在A B C三点具有的动能一样大D 物体在A B C三点具有的机械能相等解析 小球在运动过程中 只受到重力作用 机械能守恒 在任何一个位置小球的机械能都是相等的 答案 D 1 2 3 4 4 某人站在离地面h 10m高处的平台上以水平速度v0 5m s抛出一个质量m 1kg的小球 不计空气阻力 g取10m s2 求 1 人对小球做了多少功 2 小球落地时的速度为多大 解析 1 人对小球做的功等于小球获得的初动能 由动能定理得 答案 1 12 5J 2 15m s