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(共27张PPT)
第三节 机械能守恒定律及其应用
三峡大坝为什么会有如此巨大的发电量呢？
主要内容
势能
机械能守恒定律
1
2
01
PART 01
势能
在建筑工地，经常可以看见打夯机将重锤高高吊起，然后释放，让重锤落下将地基夯得更结实，如右图所示。
一、势能
被举高的重锤具有对地面做功的本领，因此说它具有某种能量。在物理学中，把地球表面附近的物体由于被举高而具有的能量，称为重力势能。
【观察与体验】 研究重力势能与物体质量、高度的关系
一、势能
在将装满细沙的沙箱放在桌子上，表面辅平。用铁架台和夹子在沙箱里竖直安放一根直尺，使其零刻线与沙面平齐。再将小铁桌轻轻放在沙面上，记下小铁桌的高度值，如右图所示。
1．保持砝码质量不变，改变砝码的高度
2．保持砝码高度不变，改变砝码的质量
【思考与讨论】
与本学习小组的同学讨论，通过比较 s1 和 s2 可以发现，当砝码的质量相同时，初始高度越高，将小铁桌压入沙中的位移越 ，说明砝码对小铁桌做的功越 ，表明砝码开始下落前的重力势能越 ；
通过比较 s1 和 s3 可以发现，当砝码的初始高度相同时，砝码的质量越大，将小铁桌压入沙中的位移越 ，说明砝码对小铁桌做的功越 ，表明砝码开始下落前的重力势能越 。
一、势能
本实验采用的实验方法是 法，每一步骤都采用了 法。
【思维与方法】
一、势能
质量为m的物体从高处由静止开始竖直下落高度h，如下图所示。
由于物体只受重力，因此重力在下落过程中做的功为
一、势能
W ＝ mgh
物理学中，把 mgh 作为物体在高度为 h 处的重力势能，用 Ep 表示，即
Ep ＝ mgh
一、势能
零势能面的选择是任意的，可视研究问题的方便而定。一般情况下，常选地面为零势能面。
物体的高度总是相对于某一水平面来说的，这个水平面称为零势能面。在零势能面上的物体，由于高度为 0，因此重力势能也为 0。
处于零势能面以上的物体，重力势能为正值；处于零势能面以下的物体，重力势能为负值。重力势能为负值，表示物体的重力势能比在零势能面的重力势能小。
卷紧的发条、拉伸或压缩的弹簧、拉开的弓、正在击球的球拍、撑竿跳运动员手中弯曲的跳竿（右图）等，这些物体由于发生了弹性形变，而具有了做功的本领。物理学中，把物体由于弹性形变而具有的能量，称为弹性势能。
一、势能
02
PART 01
机械能守恒定律
在一定的条件下，物体的动能和势能之间可以相互转化。
动能和势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能。
二、机械能守恒定律
【观察与体验】 观察动能与重力势能的相互转化
用细线将小球悬挂起来，把小球拉到一定高度的初始点 A，然后由静止开始释放，小球就会经过最低点 O，摆到另一端的最高点 B，如右图所示。
二、机械能守恒定律
如果在小球摆到最低点 O 时，将细线在中间的某一点挡住，小球则会以该点为圆心，摆到一个新的最高点 C，如右图所示。
小球在从 A 摆向 O 点的过程中，不考虑空气阻力，则只有 力对小球做功。小球的速度越来越 ，位置越来越 ，说明小球的动能越来越 ，重力势能越来越 。即可判断出在此过程中，小球的一部分 能转化成了 能。
二、机械能守恒定律
小球在从 O 点摆向 B 点的过程中，也不考虑空气阻力，则只有 力对小球做功，小球的速度越来越 ，位置越来越 。说明小球的动能越来越 ，重力势能越来越 。小球到达最高点B时，速度变为 ，即可判断出在此过程中，小球的 能又全部转化成了 能。
本实验现象说明，小球在从 A 摆向B 的过程中，机械能总量保持 。
当细线在摆动中被阻挡时，小球到达另一端的最高点 C 与初始点 A 的高度 ，说明在此过程中小球的机械能总量也保持 。
一个质量为 m 自由下落的物体，从高度为 h1 的 A 点下落到高度为 h2 的 B 点，速度从 v1 增加到 v2，如右图所示。
二、机械能守恒定律
根据动能定理
得
在此过程中，物体的重力势能减少了，而动能增加了，物体的重力势能减少的量等于动能增加的量，即物体的机械能保持不变。
二、机械能守恒定律
在自由落体运动中，只有重力做功，动能与重力势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。在各种抛体运动中，如果忽略空气阻力，物体的总机械能也保持不变。
光滑水平面上，一个小球撞向一个一端固定的弹簧，弹簧被压缩后，又把小球弹开，如右图所示。在此过程中，若只有弹簧的弹力做功，则小球的动能与弹簧的弹性势能发生了相互转化，动能与弹性势能之和保持不变。
二、机械能守恒定律
通过大量实验，人们归纳出：在只有重力（或弹力）做功的情况下，物体的动能和重力势能（或弹性势能）发生相互转化，机械能的总量保持不变。这个结论称为机械能守恒定律。
二、机械能守恒定律
机械能守恒定律是力学中的一个重要规律，也是能量守恒定律的一种形式。
运用守恒原理是物理学研究中一种重要的科学方法，在判断出物体在某运动或变化过程中某一物理量守恒以后，可以只关注物体在该过程的始、末状态，从而使问题的研究过程大为简化。
【思维与方法】 守恒原理
物理学中，除了机械能守恒，还有能量守恒、动量守恒、动能守恒、质量守恒、电荷量守恒等规律。
二、机械能守恒定律
示例 一位小朋友从l m高、2 m长的滑梯顶端，由静止开始滑下，若不计摩擦力和空气阻力，他到达滑梯底端时速度有多大？
分析 由于不计摩擦力和空气阻力，小朋友在下滑的过程中只受支持力和重力的作用，如右图所示。在下滑过程中，支持力的方向始终与运动方向垂直，不做功。只有重力做功，因此机械能守恒。
二、机械能守恒定律
解 设小朋友的质量为 m，并选取地面为零势能面，根据机械能守恒定律，有
二、机械能守恒定律
当我们骑行或开车遇到下坡时，车辆的速度可能会越来越大，因此要注意采取制动措施，控制好车速下坡。车辆上路前要对车辆进行制动检查，确保车辆的制动系统工作正常，防止因制动系统失灵，而导致车速过快，发生安全事故。
【行为与责任】
二、机械能守恒定律
水力发电一般是指利用水的重力势能和动能进行发电，如右图所示。水力发电是目前人类大规模利用清洁能源的方式之一。
【应用与拓展】 水力发电
二、机械能守恒定律
三峡水库蓄水后，形成长约600 km，高175 m，总面积达1 084 km2的人工湖泊，总库容3.93×1010 m3，蓄积了大量的重力势能。为了将重力势能转化为电能，三峡水电站安装了32台单机容量为7.0×105 kW的水电机组，再加上三峡电站自身的两台5×104 kW的电源电站，总装机容量达到了2.25×107 kW，因此年发电量达到约1. 0×1011 kW·h。三峡水电站是我国“西电东送”工程中的巨型电源点，共安装了15回500 kV高压输电线路，将电力源源不断地送往华东、华南各省，为我国经济快速发展做出了巨大贡献。
二、机械能守恒定律
我国是世界上河流水能资源最丰富的国家，目前技术可开发装机容量约为5.42×108 kW，开发潜力巨大。为充分利用我国水力资源，缓解电力缺乏困境，国务院批准兴建了长江三峡水利枢纽工程、溪洛渡水电站、向家坝水电站等一系列的大型水利工程。
【技术·中国】 长江上的大型水利工程
二、机械能守恒定律
谢谢聆听！

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