高中物理 7.8《机械能守恒定律》课件5 新人教必修2.ppt

应用创新演练 理解教材新知 把握热点考向 考向一 考向二 随堂基础巩固 第七章机械能守恒定律 课时跟踪训练 知识点一 知识点二 第8节机械能守恒定律 考向三 1 机械能是系统内所有物体的动能和势能之和 即e ek ep 2 在只有重力做功时 重力势能与动能相互转化 二者之和保持不变 在只有系统内的弹力做功时 弹性势能和动能相互转化 二者之和保持不变 3 在只有重力或弹力做功的物体系统内 动能与势能可以互相转化 而总的机械能保持不变 这叫做机械能守恒定律 4 机械能守恒定律的表达式为 ek1 ep1 ek2 ep2或 ek ep 1 动能与势能的相互转化 1 动能与重力势能间的转化 只有重力做功时 若重力做正功 则转化为 若重力做负功 则转化为 2 动能与弹性势能间的转化 弹力做正功 转化为 弹力做负功 转化为 重力势能 动能 动能 重力势能 弹性势能 动能 动能 弹性势能 2 机械能 1 物体由于机械运动而具有的能叫机械能 它是和 包括重力势能和弹性势能 的统称 2 机械能是状态量 是标量 没有方向但有正负之分 动能 势能 1 如图7 8 1所示 质量为m的苹果 从离地面高为h的树上由静止开始下落 树下有一深度为h的坑 若以地面为零势能参考平面 则当苹果落到坑底时重力势能减少了 a mghb mghc mg h h d mg h h 解析 重力势能的减少量等于重力在该过程中做的功ep1 ep2 mg h h 答案 c 图7 8 1 自学教材 1 推导 2 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 而总的机械能 3 守恒定律表达式 1 ek2 ek1 即 ek增 2 ek2 ep2 3 e2 4 守恒条件只有或做功 互相转化 保持不变 ep1 ep2 ep减 ek1 ep1 e1 重力 弹力 重点诠释 1 对机械能守恒定律的理解 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 如内能 之间的转化 2 从系统做功的角度看 只有重力和系统内的弹力做功 包括以下三种情况 物体只受重力或弹力作用 除重力和弹力外 虽受其他力 但其他力不做功 如图7 8 2所示 如不计空气阻力 小球在摆动过程中细线的拉力不做功 只有重力做功 小球的机械能守恒 图7 8 2 除重力和弹力外 其他力做功的代数和为零 如图7 8 3所示 a b构成的系统 忽略绳的质量和绳与滑轮间的摩擦 在a向下 b向上的运动过程中 fa和fb都做功 但对于a b组成的系统wa wb 0 不存在机械能与其他形式能量的转化 则a b构成的系统机械能守恒 图7 8 3 3 机械能守恒定律的多种表达方式 e1 e2或ek1 ep1 ek2 ep2 任意时刻 任意位置的机械能总量相等 ek ep或 ek ep 在一段时间内动能 或势能 的增加量等于势能 或动能 的减少量 ea eb或 ea eb 如果系统内只有两个物体发生机械能的转化 a物体机械能的增加量等于b物体机械能的减少量 2 判断机械能是否守恒的方法 1 从做功的角度来判断 分析物体或系统受力情况 包括内力和外力 明确各力做功的情况 若除重力或弹力外 其他力不做功或做功代数和为零 则机械能守恒 2 从能量转化的角度来判断 若物体或系统中只有动能和势能的相互转化 而无机械能和其他形式的能的转化 则机械能守恒 3 应用机械能守恒定律解题的基本思路应用机械能守恒定律时 相互作用的物体间的力可以是变力 也可以是恒力 只要符合守恒条件 机械能就守恒 而且机械能守恒定律 只涉及物体系的初 末状态的物理量 而不需分析中间过程的复杂变化 使处理问题得到简化 应用的基本思路如下 1 选取研究对象 物体系或物体 2 根据研究对象所经历的物理过程 进行受力 做功分析 判断机械能是否守恒 3 恰当地选取参考平面 确定研究对象在过程的初 末状态时的机械能 4 根据机械能守恒定律列方程 进行求解 4 机械能守恒定律和动能定理的比较 特别提醒 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 所以涉及到功能关系问题时还是优先考虑动能定理 2 如图7 8 4所示 一轻质弹簧一端固定于o点 另一端系一重物 将重物从与悬点o在同一水平面且弹簧保持原长的a点无初速度地释放 让它自由摆下 不计空气阻力 在重物从a点摆向最低点b的过程中 下列说法中正确的是 a 重物的重力势能减小b 重物的重力势能增大c 重物的机械能不变d 重物的机械能减小 图7 8 4 解析 重物从a点释放后 在从a点向b点运动的过程中 重物的重力势能逐渐减小 动能逐渐增大 弹簧逐渐被拉长 即弹簧的弹性势能逐渐增大 所以 重物减小的重力势能一部分转化为重物的动能 另一部分转化为弹簧的弹性势能 对重物来说 它的机械能减小 答案 ad 例1 如图7 8 5所示 下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 图7 8 5 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 思路点拨 解答本题应把握以下两点 1 理解机械能守恒的条件 2 灵活选择判断方法 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 a错 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 b错 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 c对 丁图中动能不变 势能不变 机械能守恒 d对 答案 cd 借题发挥 判断机械能是否守恒 可以从各力的做功情况着手分析 也可以从能量转化情况着手分析 要根据实际情况灵活选择合适的分析方法 1 如图7 8 6所示 下列四个选项的图中 木块均在固定的斜面上运动 其中图a b c中的斜面是光滑的 图d中的斜面是粗糙的 图a b中的f为木块所受的外力 方向如图中箭头所示 图a b d中的木块向下运动 图c中的木块向上运动 在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是 图7 8 6 解析 机械能守恒的条件是只有重力做功 没有其他力做功 a b中除重力外 有其他外力f做功 故机械能不守恒 a b错误 c中只有重力做功 故机械能守恒 c正确 d中斜面是粗糙的 除重力外 有摩擦力做功 机械能不守恒 d错误 答案 c 例2 如图7 8 7所示 质量不计的轻杆一端安装在水平轴o上 杆的中央和另一端分别固定一个质量均为m的小球a和b 可以当做质点 杆长为l 将轻杆从静止开始释放 不计空气阻力 当轻杆通过竖直位置时 求 小球a b的速度各是多少 图7 8 7 思路点拨 a球和b球单独随轻杆在空间转动时它们运动的快慢程度是不同的 即a b球和轻杆一起转动的过程中 轻杆对a b球做功 因此两球机械能均不守恒 但以a b 包括轻杆 作为一个系统 只有小球的重力做功 系统机械能守恒 借题发挥 对于多个物体组成的系统 研究对象的选取是解题的关键环节 若选单个物体为研究对象时 机械能可能不守恒 但选此物体与其他几个物体组成的系统为研究对象时 机械能却是守恒的 若在上例中把轻杆换成轻绳 a b两球分别固定在绳的中点和端点 在上例情况下静止释放 请动手实验观察现象并分析a b整体机械能是否守恒 解析 现象 a球带动b球摆动 a球先摆到竖直位置 在摆动中绳对a做负功 对b做正功 把a b作为一个整体来研究 只有重力对其做功 故a b整体机械能守恒 答案 见解析 例3 如图7 8 8所示 位于竖直平面内的光滑轨道 由一段斜的直轨道和与之相切的圆形轨道连接而成 圆形轨道的半径为r 一质量为m的小物块从斜轨道上的某处由静止开始下滑 然后沿圆形轨道运动 要求物块能通过圆形轨道最高点 且在该最高点与轨道间的压力不能超过5mg g为重力加速度 求物块初始位置相对于圆形轨道底部的高度h的取值范围 图7 8 8 思路点拨 解答本题应把握以下三点 1 明确物块沿轨道运动过程中机械能守恒 2 h的大小决定物块在圆形轨道最高点受到的压力大小 3 在圆形轨道最高点可利用向心力