高中物理 第2章 能的转化与守恒 第4讲 能量守恒定律课件 鲁科版必修2.ppt

第2章 能的转化与守恒 第4讲能量守恒定律 目标定位1 理解机械能守恒定律的内容和守恒条件 能用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题 2 理解能量守恒定律的内容 知道能量守恒是最基本 最普遍的自然规律之一 会用能量守恒的观点分析 解决一些实际问题 栏目索引contentspage 一 机械能守恒定律 1 机械能 指和之和 在一定条件下 物体的动能和势能可以 动能 势能 相互转化 2 如图1所示 质量为m的小球做自由落体运动的过程中经过a b两点 则 1 重力做功与小球动能变化的关系为wg mgh1 mgh2 图1 2 重力做功与小球重力势能变化的关系为wg mgh1 mgh2 3 机械能守恒定律 1 内容 在只有做功的情况下 物体的与可以发生相互转化 但机械能的总量 2 适用条件 只有做功 重力 弹力 动能 势能 保持不变 重力 或弹力 ek1 ep1 想一想如果一个物体做匀速直线运动 其机械能一定守恒吗 答案不一定 物体做匀速直线运动 所受合外力为零 即合外力做功为零 物体的动能不变 但重力势能不一定不变 例如物体在竖直方向做匀速直线运动时 动能不变 但重力势能改变 物体的机械能就不守恒 二 能量守恒定律 1 能量的转化 自然界中 能的表现形式是多种多样的 除了机械能外 还有 化学能 原子能等 这些能量间都可以相互 2 能量守恒定律 能量既不能凭空产生 也不能凭空消失 它只能从一种形式为另一种形式或从一个物体到另一个物体 在转化或转移的过程中其总量 电能 光能 内能 转化 转化 转移 保持不变 3 永动机 不消耗任何却能持续不断地对外的机器 它违背了能量守恒原理 是不可能制成的 能量 做功 一 对机械能守恒定律的理解 1 研究对象 1 当只有重力做功时 可取一个物体 其实是物体与地球构成的系统 作为研究对象 2 当物体之间的弹力做功时 必须将这几个物体包括弹簧构成的系统作为研究对象 使这些弹力成为系统内力 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 特别提醒 1 机械能守恒的条件不是物体所受的合力为零 也不是合力的功为零 2 判断单个物体的机械能是否守恒从机械能的定义或做功的力的特点上分析较好 而对系统的机械能是否守恒的判断 从能量转化的角度分析比较简单 即系统内的机械能没有转化为其他形式的能 例1下列叙述中正确的是 a 沿斜面匀速上滑的物体机械能一定守恒b 沿光滑曲面自由滑下的物体机械能一定守恒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 解析匀速上滑的物体 动能不变 但重力势能增加 a错误 沿光滑曲面自由滑下的物体 只有重力对它做功 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 如摩擦力做功 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 针对训练1如图2所示 下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 图2 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 物体b沿粗糙斜面下滑时 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系统机械能守恒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 解析题图甲中重力和弹力做功 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 题图乙中除重力做功外还有摩擦阻力做功 机械能不守恒 b项错 题图丙中绳子张力对a做负功 对b做正功 代数和为零 a b机械能守恒 c对 题图丁中小球的动能不变 重力势能不变 机械能守恒 d对 答案cd 二 机械能守恒定律的应用 1 常见的表达式 1 ek1 ep1 ek2 ep2 即初状态的动能与势能之和等于末状态的动能和势能之和 用此式必须选择参考平面 2 ek ep或 ep ek 即动能 或势能 的增加量等于势能 或动能 的减少量 用此式解不必选择参考平面 3 ea eb 即a物体机械能的增加量等于b物体机械能的减少量 用此式不必选择参考平面 2 应用机械能守恒定律解题的思路 例2如图3所示 在水平台面上的a点 一个质量为m的物体以初速度v0被抛出 不计空气阻力 求它到达距平台高度为h的b点时速度的大小 图3 针对训练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 答案5m 2 上升过程中在何处重力势能与动能相等 答案2 5m 例3如图4所示 让摆球从图中a位置由静止开始下摆 正好摆到最低点b位置时线被拉断 设摆线长l 1 6m o点离地高h 5 8m 不计绳断时的机械能损失 不计空气阻力 g取10m s2 求 图4 1 摆球刚到达b点时的速度大小 解析摆球由a到b的过程中只有重力做功 故机械能守恒 根据机械能守恒定律得 答案4m s 2 落地时摆球的速度大小 解析设摆球落地点为题图中的d点 则摆球由b到d过程中只有重力做功 机械能守恒 根据机械能守恒定律得 答案10m s 1 如图5所示 弹簧固定在地面上 一小球从它的正上方a处自由下落 到达b处开始与弹簧接触 到达c处速度为0 不计空气阻力 则在小球从b到c的过程中 对机械能守恒定律的理解 图5 a 弹簧的弹性势能不断增大b 弹簧的弹性势能不断减小c 系统机械能不断减小d 系统机械能保持不变 解析从b到c 小球克服弹力做功 弹簧的弹性势能不断增加 a正确 b错误 对小球 弹簧组成的系统 只有重力和系统内弹力做功 系统机械能守恒 c错误 d正确 答案ad 2 如图6所示 下列几种情况 系统的机械能守恒的是 图6 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 机械能守恒定律的应用 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 4 如图7所示 荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动 也是我国民族运动会上的一个比赛项目 若秋千绳的长度为2m 荡到最高点时秋千绳与竖直方向成 60 角 求荡到最低点