高中物理 78 机械能守恒定律课件 新人教版必修2.ppt

8机械能守恒定律 1 会分析动能和势能之间的相互转化问题 2 会推导机械能守恒定律的表达式 3 会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒 4 会运用机械能守恒定律解决有关问题 并领会运用机械能守恒定律解决问题的优越性 1 重力势能与动能物体自由下落或沿光滑斜面下滑时 重力对物体做 物体的重力势能 动能 能转化成了 能 如图7 8 1甲所示 动能与势能的相互转化 图7 8 1 正功 减少 增加 重力势 动 2 弹性势能与动能被压缩的弹簧具有 势能 弹簧恢复原来形状的过程 弹力做正功 弹性势能 被弹出的物体的动能 转化为动能 如图乙所示 3 机械能 弹性势能和 的总称 通过重力或弹力做功 机械能可以从一种形式 成另一种形式 弹性 减少 增加 弹性势能 重力势能 动能 转化 思考1 射箭时 发生弹性形变的弓恢复到原来形状时 弹性势能减少了 减少的弹性势能到哪里去了 提示 在这一过程中 弹力做正功 弓的弹性势能减少 而箭的动能增加了 这说明 弓减少的弹性势能转化成了箭的动能 1 如图7 8 2所示 地面上竖直放一根轻弹簧 其下端和地面连接 一物体从弹簧正上方距弹簧一定高度处自由下落 则 图7 8 2 a 物体和弹簧接触时 物体的动能最大b 与弹簧接触的整个过程 物体的动能和弹簧弹性势能的和不断增加c 与弹簧接触的整个过程 物体的动能与弹簧弹性势能的和先增加后减小d 物体在反弹阶段 动能一直增加 直到物体脱离弹簧为止 解析物体在接触弹簧前做的是自由落体运动 从接触弹簧到弹力等于重力时 其做的是加速度逐渐减小的加速运动 弹力等于重力时加速度最小 速度最大 再向下做的是加速度逐渐增大的减速运动 速度减至零后向上完成相反的过程 故a d错误 接触弹簧后 重力势能先减小后增大 根据能量转化 动能和弹性势能之和先增大后减小 b错误 c正确 答案c 1 推导 机械能守恒定律 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 而总的机械能 3 守恒定律表达式 1 ek2 ek1 即 ek增 ep减 2 ek2 ep2 3 e2 4 守恒条件 只有 或 做功 相互转化 保持不变 ep1 ep2 ek1 ep1 e1 重力 弹力 思考2 判断下列说法是否正确 1 合力为零 物体的机械能一定守恒 2 合力做功为零 物体的机械能一定守恒 提示 合力为零或合力做功为零 物体的机械能都不一定守恒 如物体沿斜面匀速下滑时 物体的机械能就减少 1 2 均错误 2 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 3 质量为1kg的物体从离地面1 5m高处以速度10m s抛出 不计空气阻力 若以地面为零势能面 物体的机械能是 j 落地时的机械能是 j 若以抛出点为零势能面 物体的机械能是 j 落地时的机械能是 j g取10m s2 答案65655050 1 对机械能的理解 1 机械能具有瞬时性 物体在某一时刻的机械能等于那一时刻的动能和势能之和 2 机械能是标量 机械能只有大小 没有方向 但有正负 因为势能有正负 3 机械能具有相对性 因为势能具有相对性 需确定零势能面 与动能相关的速度也具有相对性 所以机械能也具有相对性 对机械能及机械能守恒条件的理解 2 机械能守恒的条件 只有重力或弹力做功 可能有以下三种情况 物体只受重力或弹力作用 除重力和弹力外 其他力不做功 除重力和弹力外 其他力做功的代数和为零 典例1 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 做变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 解析系统机械能是否守恒可根据机械能守恒的条件来判断 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 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 机械能守恒的三种判断方法1 做功条件判断法应用系统机械能守恒的条件进行判断 分三种情况 1 物体只受重力 或系统内的弹力 作用 2 物体同时受重力和其他力 但其他力不做功 3 有系统的内力做功 但是内力做功的代数和为零 2 能量转化判断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 则系统的机械能守恒 3 定义判断法如物体沿水平方向匀速运动时 动能和势能之和不变 机械能守恒 物体沿竖直方向或沿斜面匀速运动时 动能不变 势能变化 机械能不守恒 跟踪1 如图7 8 3所示 一轻弹簧固定于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 在重物由a点摆向最低点的过程中 a 重物的机械能减少b 系统的机械能不变c 系统的机械能增加d 系统的机械能减少 图7 8 3 解析重物自由摆下的过程中 弹簧拉力对重物做负功 重物的机械能减少 选项a正确 对系统而言 除重力 弹力外 无其他外力做功 故系统的机械能守恒 选项b正确 答案ab 1 机械能守恒定律和动能定理的比较 单个物体的机械能守恒 典例2 荡秋千是一个传统的比赛项目 如图7 8 4所示 若秋千绳的长度是2 0m 荡到最高点a时秋千绳与竖直方向的夹角 60 求荡到最低点b时秋千的速度大小 忽略空气阻力和摩擦 取g 10m s2 图7 8 4 解析在运动过程中 系统受到重力mg和绳的拉力ft两个力的作用 绳的拉力始终垂直于秋千的运动方向 不做功 只有重力做功 所以机械能守恒 如图所示 选择秋千在最低点b时所处的水平面为参考平面 秋千荡到最高点a时为初状态 初动能ek1 0 而此时的重力势能ep1 mgl 1 cos 答案4 5m s 应用机械能守恒定律解题的思路 跟踪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 答案 1 5m 2 2 5m 典例3 2012 上海 如图7 8 5所示 可视为质点的小球a b用不可伸长的细软轻线连接 跨过固定在地面上半径为r的光滑圆柱 a的质量为b的两倍 当b位于地面时 a恰与圆柱轴心等高 将a由静止释放 b上升的最大高度是 多个物体的机械能守恒 图7 8 5 审题技巧读 审题时应注意以下两点 1 从a开始运动到a落到地面上的过程中 a b组成的系统机械能守恒 2 题中所述a的质量为b的两倍 不要弄混淆 b上升的高度应该是从地面开始计算 答案c 由多个物体组成的系统机械能守恒问题常有多种解法 既可以用系统机械能守恒进行求解 也可以针对各物体用动能定理进行求解 解题时可任选其中的一种 本类型题易错点是误认为ma mb单个物体机械能守恒 跟踪3 如图7 8 6所示 一根很长的 不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮 轻绳两端各系一小球a和b a球质量为m 静置于地面 b球质量为3m 用手托住 离地面高度为h 此时轻绳刚好拉紧 从静止开始释放b后 a可能达到的最大高度为 a hb 1 5hc 2hd 2 5h 图7 8 6 答案b 疑难突破5机械能守恒定律与圆周运动的综合应用方法指导物体做圆周运动时 如果运动过程中只有重力做功 则物体的机械能守恒 根据机械能守恒定律可求出物体在圆周的最高点 或最低点 的速度 此类问题中物体的运动往往分为多个过程 综合性比较强 典例剖析 图7 8 7 审题技巧 在读 审题时要把握好以下几点 1 要分清是全过程还是某一个过程机械能守恒 2 抓好竖直面内圆周运动的临界条件 3 列好辅助方程 牛顿第二定律方程 我来冲关 2012 浙江 由光滑细管组成的轨道如图7 8 8所示 其中ab段和bc段是半径为r的四分之一圆弧 轨道固定在竖直平面内 一质量为m的小球 从距离水平地面高为h的管口d处静止释放 最后能够从a端水平抛出落到地面上 下列说法正确的是 图7 8 8 答案bc 状元微博 1 判断质点运动的过程中机械能是否守恒 若守恒 列守恒方程式 2 结合圆周运动的运动规律联立求解 一 对机械能及其守恒条件的理解1 下列几种情况 系统的机械能守恒的是 图7 8 9 a 图甲中一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动b 图乙中运动员在蹦床上越跳越高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 d 图丙中如果小车振动时 木块相对小车有滑动 解析可以通过以下表格对各项逐一分析 答案ac 2 如图7 8 10所示 下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 图7 8 10 a 甲图中 物体a将弹簧压缩的过程中 物体a机械能守恒b 乙图中 在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时 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周运动时 小球的机械能守恒 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 拉力 摩擦力 但除重力之外的三个力做功的代数和为零 机械能守恒 b对 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 丁图中小球的动能不变 势能不变 机械能守恒 d对 答案bcd 二 机械能守恒定律的应用3 桌面高为h 质量为m的小球从桌面上方高为h处自由下落 不计空气阻力 假设桌面处于零势能位置 则小球落到地面前瞬间的机械能为 a mghb mghc mg h h d mg h h 解析小球下落过程中 只有重力做功 机械能守恒 因为选取桌面为参考平面 所以开始时机械能为mgh 小球落地前瞬间的机械能仍为mgh 故选b 答案b 4 如图7 8