资源简介

(共29张PPT)
8.4 机械能守恒定律
人教版2019物理必修第二册第八章
伽利略理想斜面实验
A
B
hA
hB
1.实验过程：
一、追寻守恒量
2.实验现象：
在没有空气阻力和摩擦力时，无论斜面B陡一些，还是缓一
些，小球总能到达斜面B上与释放点等高的位置，即hA=hB
3.实验结论：
小球在运动中“某个量是守恒的”
实验表明斜面上的小球在运动过程中好像“记得 ”自己起始的高度（或与高度相关的某个量）。
把这个量叫做能量或能。
让静止的小球沿斜面A滚下，小球将滚上斜面B
追寻守恒量
1.概念：
2.表达式：
1重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称
为机械能
E：机械能
EK：动能
EP：重力势能和弹性势能
理解：
①机械能是状态量
例：
v2
A
h1
h2
B
v1
自由落体运动
EA=EKA+EPA
EB=EKB+EPB
地面为零势能面
（对应物体在某一时刻或某一位置时的机械能）
一、机械能（E）
3.标量：
②机械能具有相对性
只有大小，没有方向，但有正、负之分。
（其大小与参考系、零势能面的选取有关）
1.概念：
2.表达式：
1重力势能、弹性势能与动能都是机械运动中的能量形式，统称为机械能
理解：
①机械能是状态量
（对应物体在某一时刻或某一位置时的机械能）
一、机械能（E）
生活中有很多动能和势能相互转化的例子
【思考】蹦床运动员在向上的运动过程中，蹦床的弹性势能、运动员的重力势能与动能如何相互转化？
课堂引入
1.动能和势能之间的转化是通过什么来实现的呢？
2.动能和势能之间的相互转化遵循什么规律呢？
思考：
飞流直下的瀑布
重力势能
动能
运动员从跳板上弹起的过程，
跳板的弹性势能转化为运动员的动能。
结论: 物体的动能和重力势能可以相互转化。
情景一：
二、动能与势能的相互转化
让静止的小球沿着斜面A滚下，之后小球将滚上B斜面。
情景二：
A
B
问题1：
下降时，高度降低，重力势能减少。那么减少的重力势能去哪里啦？
下降时，物体的速度增加了，所以减少的重力势能转化为动能了。
问题2：
上升时，高度升高，速度越来越小。那么减少的动能去哪里啦？
上升时，物体的高度增加了，所以减少的动能转化为重力势能了。
重力势能转化为动能
v
v
动能转化为重力势能
自由落体
竖直上抛
重力做正功，重力势能减小
动能增加
动能减小
重力做负功，重力势能增加
情景三：
物理情景4：物体沿光滑曲面滑下，经过高度h1的A点时速度为v1，下落至高度h2的B点处速度为v2，不计阻力，取地面为参考平面。
问题：试写出物体在A点时的机械能和B点时的机械能，并找到这两个机械能之间的数量关系。
三、机械能守恒定律
A点
B点
由动能定理得
重力功与重力势能的关系
以上两式得
移项
结论
三、机械能守恒定律
等式左边为物体初状态动能与势能之和，等式右边为物体末状态动能与势能之和。
结论：在只有重力做功的系统内，动能与重力势能互相转化时总的机械能
保持不变。
三、机械能守恒定律
在只有重力做功的情况下，机械能是守恒的；同样作为机械能组成部分的弹性势能，在只有弹力做功的物体系统中动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能保持不变。
三、机械能守恒定律
1.内容：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，而机械能的总量保持不变。
2.表达式：
①守恒式：E1=E2
注：选取零势能面
②转化式：
EP增= EK减
EP减= EK增
或
3.机械能守恒的条件：
只有重力（或弹力）做功
（不需选取零势能面）
注：此处弹力高中阶段特指弹簧类弹力
三、机械能守恒定律
你是如何理解“只有重力（或弹力）做功”的？
（1）只受重力
（或弹力）作用
如：
自由落体运动
抛体运动
竖直上抛
竖直下抛
平抛
斜抛
物体沿光滑斜面下滑
物体沿光滑曲面下滑
单摆
（2）除受重力（或弹力）外，还受其他力作用，但其他力不做功
三、机械能守恒定律
物体在外力F作用下沿斜面上滑，且F=f
(3)除重力（或弹力）做功外，其他力也做功，但其他力做功代数和为零。
例：
物体沿光滑地面匀速运动
V
F
物体匀速上升（不计阻力）
试分析物体机械能是否守恒？
三、机械能守恒定律
4.研究对象：系统
例：
小球自由下落（不计阻力）
思考：小球机械能是否守恒？
不守恒，小球重力势能不变，动能减少，所以机械能减少。
思考：小球机械能是否守恒？
守恒，小球机械能守恒，其实指的是小球和地球组成的机械能守恒，只是我们一般把地球省略去了。
v
但小球与弹簧组成的系统机械能守恒。
三、机械能守恒定律
(1)确定研究对象，及研究过程。
(2)对研究对象进行受力分析。
(3)判定各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件
(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能。
(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解。
5.解题步骤：
三、机械能守恒定律
例1.把一个小球用细线悬挂起来，就成为一个摆（如图所示），摆长为L，最大偏角为。求小球运动到最低位置时的速度为多大？
解析：小球摆动过程中，细线的拉力不做功，系统只有重力做功，机械能守恒。
解：设小球最低点所在位置为参考平面
由机械能守恒定律得：
解得：
应用机械能守恒定律解题，只需考虑过程的初、末状态，不必考虑两个状态间过程的细节，这是它的优点。
例2：质量为0.5kg的石块从10m高处以30°角斜向上方抛出（如图），初速度v0=5m/s．不计空气阻力。
（1）石块落地时的速度是多大？请用机械能守恒定律和动能定理分别讨论。
（2）石块落地时速度的大小与下列哪些量有关，与哪些量无关？说明理由。
A．石块的质量．
B．石块初速度的大小．
C．石块初速度的仰角．
D．石块抛出时的高度．
法1：机械能守恒定律步骤：
1）研究对象：石块
2）选取过程：抛出点到地面
3）判断机械能是否守恒：只有重力做功，故守恒
4）选取地面为0势能面，确定初末状态机械能
5）列机械能守恒表达式
例2：质量为0.5kg的石块从10m高处以30°角斜向上方抛出（如图），初速度v0=5m/s．不计空气阻力。
（1）石块落地时的速度是多大？请用机械能守恒定律和动能定理分别讨论。
（2）石块落地时速度的大小与下列哪些量有关，与哪些量无关？说明理由。
A．石块的质量．
B．石块初速度的大小．
C．石块初速度的仰角．
D．石块抛出时的高度．
法2：动能定理步骤：
1）确定研究对象：石块
2）选取运动过程，确定初末位置：抛出点到地面
3）受力分析各力做功情况，确定初末动能：重力做正功
4）列动能定理表达式
常考题型
题组一　守恒量
例3 伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地终止于同它开始点相同高度的点，不会更高一点，也不会更低一点。这说明小球在运动过程中有一个“东西”是不变的，这个“东西”应是（　　 ）
A.弹力 B.势能 C.速度 D.能量
D
题组二　势能、动能及能量转化
例4奥运会比赛项目撑杆跳高如图所示，下列说法不正确的是（　　）
A.加速助跑过程中，运动员的动能增加
B.起跳上升过程中，杆的弹性势能一直增加
C.起跳上升过程中，运动员的重力势能增加
D.越过横杆后下落过程中，运动员的重力势能减少动能增加
B
例5在室内滑雪场，游客们足不出户即可享受滑雪的乐趣，游客先乘自动扶梯至雪坡顶端，然后顺坡滑下，滑到平地上后很快便停下来，从雪坡顶端到最后停下来的整个过程中，下列说法中正确的是（　　）
A.游客的动能先增加后减少，动能与势能之和不变
B.游客的动能先增加后减少，动能与势能之和一直减少
C.游客的动能先增加后减少，动能与势能之和先增加后不变
D.游客的动能先增加后减少，动能与势能之和先增加后减少

B
例6［安徽卷］伽利略曾设计了如图7-1-2所示的一个实验，将摆球拉至M点放开，摆球会达到同一水平高度上的N点，如果在E或F处钉上钉子，摆球将沿不同的圆弧达到同一高度的对应点；反过来，如果让摆球从这些点下落，它同样会达到原水平高度上的M点。这个实验可以说明，物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面（或弧线）下滑时，其末速度的大小（　　）
A.只与斜面的倾角有关 B.只与斜面的长度有关
C.只与下滑的高度有关 D.只与物体的质量有关
C
例7［2020·山东烟台一中检测］［多选］下列关于机械能守恒的说法正确的是（　　）
A. 物体匀速向上运动时所受合力为零，其机械能守恒
B. 物体做平抛运动时机械能守恒
C. 物体在竖直平面内做匀速圆周运动时机械能守恒
D. 物体沿光滑斜面下滑时机械能守恒
BD
机械能守恒定律
在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。
内容：
表达式：
适用条件：
只有重力做功或弹力做功
课堂小结
注：此处弹力高中阶段特指弹簧类弹力
只有重力做功物体机械能守恒
功能关系
除重力外其它力做正功
W其他>0
机械能增加
增加量等于其他力做的功
除重力外其它力做正功
W其他<0
机械能减少
增加量等于克服其他力做的功
谢谢聆听！

展开更多......

收起↑