（沪科版）高中物理 4.2研究机械能守恒定律 ppt课件

（沪科版）高中物理 4.2研究机械能守恒定律 ppt课件内容摘要：

1、究机械能守恒定律情境导入 课程目标 1 . 知道机械能守恒的条件 , 会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒。 2 . 学会验证机械能守恒的实验方法。 3 . 从理论分析和推导中掌握机械能守恒定律。 4 . 能够运用机械能守恒定律解决基本问题 , 并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性。 一 二 三一、研究机械能守恒定律 机械能 : 物体的 动能 ( E k ) 与 势能 ( E p ) 之和称为机械能 ( E ), 即 E= E k + E p。 思考 机械能是矢量还是标量 ? 有相对性吗 ? 提示 : 机械能是标量。 因为势能具有相对性 , 所以机械能也具有相对性。 一 二 三二、分析 2、论证 : 研究重锤自由下落过程中机械能是否守恒 一 二 三三、机械能守恒定律 1 . 定律的内容 : 在只有 重力 或 弹力 做功的物体系统内 , 动能 和 势能 可以互相转化 , 而总的 机械能 保持不变 , 即 E= 恒量。 2 . 定律适用条件 : 只有 重力 做功或系统内 弹力 做功。 3 . 表达式 : - p 1+= +。 思考 下面四幅图中 , 物块运动过程中机械能是否守恒呢 ? 其中A 、 B 、 C 斜面光滑 , D 斜面粗糙。 提示 : 对于 A 、 B 选项 , 外力 F 对物体做功 , 机械能不守恒 ; C 选项中木块只有重力做功 , 机械能守恒 ; D 选项中有摩擦力 3、做功 , 机械能也不守恒。 探究点一 探究点二探究一对机械能及其守恒定律的理解 问题导引蹦极运动是一项极具刺激的极限运动 , 它让参与者既能体会到自由下落的快感 , 又能感受失重、超重状态下的美妙 , 那么 : ( 1 ) 人跳离高台后开始下落 , 若忽略空气阻力 , 到弹性绳伸直以前 , 人的机械能是否守恒 ? ( 2 ) 弹性绳逐渐伸长的过程中 , 人的机械能是否守恒 ?人与弹性绳总的机械能是否守恒 ? 提示 : ( 1 ) 只有重力做功 , 机械能守恒 ;( 2 ) 不守恒 , 守恒。 探究点一 探究点二 名师精讲 1 . 研究对象 ( 1 ) 当只有重力做功时 , 可取一个物体 ( 其 4、实是物体与地球构成的系统 )作为研究对象。 ( 2 ) 当物体之间有弹力做功时 , 必须将这几个物体构成的系统作为研究对象 ( 使这些弹力成为系统内力 )。 探究点一 探究点二2 . 机械能守恒定律表达式 表达式 物理意义 E 1 =E 2 表示系 统前、后的机械能相等 E = E 2 - E 1 =0 表示系统的机械能没有变化 E k = - E p 表示系统增加的动能等于减少的势能 E p = - E k 表示系统增加的势能等于减少的动能 E A = - E B 表示物体 A 的机械能增加量等于物体 B 的机械能减少量 E B = - E A 表示 B 物体的机械能增加量等于 A 物体机 5、械能的减少量 探究点一 探究点二3 . 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相互转化 , 无其他形式能量之间 ( 如内能 ) 的转化。 ( 2 ) 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 : 做功条件 例证 只有重力 ( 或弹簧弹力 ) 所有做抛体运动的物体 ( 不计空气阻力 ), 机械能守恒 只 有重力和系统内的弹力做功 ( a ) 在图 ( a ) 中 , 小球在摆动过程中线的拉力不做功 , 如不计空气阻力 , 只有重力做功 , 小球的机械能守恒 探究点一 探究点二( b ) 在图 ( b ) 中 ,A 、 B 间 ,B 6、 与地面间摩擦不计 ,A 自 B 上自由下滑过程中 , 只有重力和 A 、 B 间弹力做功 ,A 、 B 组成的系统机械能守恒。 但对 B 来说 ,A 对 B 的弹力做功 , 但这个力对 B 来说是外力 ,B 的机械能不守恒 ( c ) 在图 ( c ) 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 , 球与弹簧组成的系统机械能守恒 , 但对球来说 , 机械能不守恒 探究点一 探究点二其他力做功 , 但做功的代数和为零 如图所示 A 、 B 构成的系统 , 忽略绳的质量与滑轮间摩擦 , 在 B 向上运动过程中 , 但 B= 0, 不存在机械能与其他形式的能的转化 7、 , 则 A 、 B 系统机械能守恒 警示 ( 1 ) 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 ) 对单个物体而言 , 从做功的力的特点去分析比较方便 , 对于某系统来说 , 从能量转化角度去分析相对比较简单。 探究点一 探究点二【例题 1 】 下 列几种情况 , 物体或系统的机械能守恒的是 ( ) A . 图甲中一颗在光滑的碗内做复杂的曲线运动的弹丸 B. 图乙中运动员在蹦床上越跳越高 , 运动员的机械能守恒 C. 图丙中小车上放一木块 , 小车的左侧由弹簧与墙壁相连。 小车在左右振动时 , 木块相对于小车无滑动 ( 车轮与地面摩擦不计 ), 物块、小车组成的系统 8、机械能守恒 D. 图丙中如果小车振动时 , 木块相对小车有滑动 , 物块、小车和弹簧组成的系统机械能守恒 探究点一 探究点二点拨 : ( 1 ) 对单个物体而言 , 只有重力对它做功 , 机械能才守恒。 ( 2 ) 对某系统而言 , 机械能守恒的前提是只有重力做功或系统内部的 弹力做功。 解析 : 弹丸在碗内运动时 , 只有重力做功 , 故机械能守恒 , A 项正确 ; 运动员越跳越高 , 说明有外力做功 , 运动员的机械能不断增加 , B 项错误 ; 对于物块、小车组成的系统 , 在运动的过程中有弹簧的弹力做功 , 故物块、小车组成的系统机械能不守恒 , 但物块、小车和弹簧组成的系统机械能守 9、恒 , C 项错误 ; 系统运动过程中有滑动摩擦力做功 , 故系统机械能不守恒 , D 项错误。 答案 : A 探究点一 探究点二题后反思 ( 1 ) 判断机械能是否守恒 , 关键看是否只有重力做功。 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以外的其他力作用 , 但其他力 不做功或做功的代数和为零。 ( 2 ) 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。 探究点一 探究点二探究二机械能守恒定律的应用 问题导引礼花弹在上升到最高点的过程中 , 能量是怎 10、样转化的呢 ?( 不计空气阻力 ) 提示 : 动能转化为重力势能。 探究点一 探究点二名师精讲 1 . 应用步骤 ( 1 ) 根据题意 , 选取研究对象 ( 物体或系统 )。 ( 2 ) 明确研究对象的运动过程 , 分析对象在过程中的受力情况 , 弄清各力做功情况 , 判断是否符合机械能 守恒的条件。 ( 3 ) 恰当地选取参考平面 , 确定研究对象在过程的起始状态和末了状态的机械能 ( 包括动能和重力势能 )。 ( 4 ) 根据机械能守恒定律列方程 , 进行求解。 探究点一 探究点二2 . 机械能守恒定律和动能定理的比较 两大规律 比较内容 机械能守恒定律 动能定理 表达式 2 - A= 11、 - 只有重力或弹力做功时 无条件限制 物理意义 其他力 ( 重力、弹力以外 ) 所做的功是机械能变化的量度 合外力对物体做的功是动能变化的量度 关注角度 守恒的条件和始末状态机械能的形式及 大小 动能的变化及改变动能的方式 ( 合外力做功情况 ) 探究点一 探究点二警示 ( 1 ) 除重力外还有其他力做功且做功不为零时 , 其他力做功数值等于机械能的变化量。 ( 2 ) 由于应用动能定理不需要满足什么条件 , 所以涉及功能关系问题时还是优先考虑动能定理。 探究点一 探究点二【例题 2 】 如图所示 , 在大型露天游乐场中翻滚过山车的质量为 10 00 从轨道一侧的顶点 A 处无初速释放 , 12、到达底部 B 处后又冲上环形轨道 , 使乘客头朝下通过 C 点 , 再沿环形轨道到达底部 B 处 , 最后冲上轨道另一侧的顶端 D 处 , 已知 D 与 A 在同一水平面。 如果不考虑车与轨道间的摩擦和空气阻力 , A 、 B 间 的高度差为 20m ,圆环半径为 5m , g 取 10 m / 求 : ( 1 ) 过山车通过 B 点时的速度 ; ( 2 ) 过山车通过 C 点时对圆环的压力 ; ( 3 ) 过山车通过 D 点时的机械能。 ( 以过 B 点的水平面为零势能面 ) 点拨 : 过山车由 A 到 B 到 C 到 D 的整个过程中 , 只有重力做功 , 机械能守恒。 可以根据机械能守恒定律 13、求解。 探究点一 探究点二解析 : ( 1 ) 取过 B 点的水平面为零势能面 , 由 B得 2 2解得 20m / s。 ( 2 ) 过山车从 A 到 C 的过程有12 2= R ) , 解得 10 2 m / s 根据牛顿第二定律有 F +m2, 解得 F= 3 104N 根据牛顿第三定律 , 过山车对圆环的压力大小为 3 104N , 方向向上。 ( 3 ) 由机械能守恒定律可知 , 过山车在 D 点时的机械能等于在 A 点时的机械能 , 有 A=10 00 10 20 J = 2 105J。 答案 : ( 1 ) 20m / s ( 2 ) 3 1 04N ( 3 ) 2 105J 14、 探究点一 探究点二题后反思 ( 1 ) 本题也可用动能定理求解。 ( 2 ) 无论直线运动还是曲线运动 , 动能定理和机械能守恒定律都可应用 , 都不必考虑中间过程 , 只需考虑始、末状态。 ( 3 ) 能用机械能守恒定律求解的 , 一定能用动能定理求解 , 但满足守恒条件时 , 应用机械能守恒定律更方便。 1 2 3 4 51 . 下列说法正确的是 ( ) A . 机械能守恒时 , 物体一定不受阻力 B. 机械能守恒时 , 物体一定只受重力和弹力作用 C. 物体处于平衡状态时 , 机械能必守恒 D. 物体所受的外力不等于零 , 其机械能也可以守恒 解析 : 机械能守恒的条件是只有重力做功或 15、系统内物体间的弹力做功。 机械能守恒时 , 物体或系统可能不只受重力和弹力作用 , 也可能受其他力 , 但其他力不做功或做的总功一定为零 , A 、 B 错 ; 物体沿斜面匀速下滑时 , 它处于平衡状态 , 但机械能不守恒 , C 错 ; 物体做自由落体运动时 , 合力不为零 , 但机械能守恒 , D 对。 答案 : D 1 2 3 4 52 . ( 多选 ) 下列叙述中正确的是 ( ) A . 做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒 B. 做匀速直线运动的物体的机械能可能守恒 C. 外力对物体做功为 0 , 物体的机械能一定守恒 D. 系统内只有重力和弹力做功时 , 系统的机械能一定守恒 解析 : 当物体。