四川省大英县育才中学高一物理《第四章 第5节 机械能守恒定律》课件.ppt

理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练 第5节 知识点一 知识点二 考向二 第四章 考向一 随堂基础巩固 课时跟踪训练 考向三 知识点三 1 重力或弹力做正功 势能向动能转化 重力或弹力做负功 动能向势能转化 2 在只有重力或弹力做功的物体系统内 动能和势能发生相互转化 但机械能的总量保持不变 3 机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功 若有其他力做功 但其他力做功的代数和为零时 系统的机械能也保持不变 自学教材 1 动能和势能的转化实例 1 自行车下坡时 重力势能 动能 2 荡秋千过程中 向上摆动时 动能 重力势能 向下摆动时 动能 重力势能 3 撑竿跳高过程中 脱离杆之前 动能 重力势能 在相互转化 脱离杆后 只有和在相互转化 减少 增加 减少 增加 增加 减少 弹性势能 动能 重力势能 2 动能和势能相互转化时的特点重力或弹力做正功时 向转化 做负功时 向转化 势能 动能 动能 势能 重点诠释 1 实验探究 1 实验装置 将螺母用细线挂在铁架台上制成单摆 2 实验步骤 把螺母拉起一个较小的角度 放手后 它能摆至另一侧的等高位置 在铁架台的杆上固定一个夹子 当螺母摆到最低点时 细线被夹子挡住 但螺母仍能摆到另一侧的等高位置 3 实验结论 忽略空气阻力 只有重力做功时 动能和势能在相互转化的过程中 总量不变 图4 5 1 图4 5 2 答案 cd 自学教材 1 定律内容在只有重力或弹力做功的物体系统内 动能和势能会发生 但机械能的总量 2 定律表达式 1 e1 2 ep1 ek1 3 ek2 ek1 即 ek增 3 守恒条件只有重力 或弹力 做功 相互转化 保持不变 e2 ep2 ek2 ep1 ep2 ep减 重点诠释 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 必须将这几个物体构成的系统作为研究对象 使这些弹力成为系统内力 2 表达式的意义 1 e1 e2或 e e2 e1 0 这是从能量守恒的角度来表达 前者表示前 后两状态的机械能相等 后者表示系统的机械能没变化 2 ek ep或 ep ek 这是从能量转化的角度来表达 前者表示系统增加的动能等于减少的势能 后者表示系统增加的势能等于减少的动能 3 ea eb或 eb ea 这是从机械能转移的角度来表达 前者表示系统内物体a的机械能增加量等于物体b的机械能减少量 后者表示b物体的机械能增加量等于a物体机械能的减少量 3 对机械能守恒的理解 1 从能量转化的角度理解 只有系统动能和势能相互转化 无其他形式能量之间的 如内能 转化 则系统机械能守恒 如果物体间发生相互碰撞 物体间发生相对运动 又有相互间的摩擦作用时有内能的产生 机械能一般不守恒 2 从机械能的定义来理解 看动能与势能之和是否变化 如一个物体沿斜面匀速 或减速 滑下 动能不变 或减小 势能减小 机械能减小 一个物体沿水平方向匀速运动时机械能守恒 沿竖直方向匀速运动时机械能不守恒 3 从做功特点来理解 只有重力和系统内的弹力做功 具体表现在 只受重力 或系统内的弹力 如 所有做抛体运动的物体 不计阻力 还受其他力 但只有重力 或系统内的弹力 做功 其他力不做功 如图4 5 3甲 乙所示 图4 5 3 有系统的内力做功 但是做功代数和为零 系统机械能守恒 如图4 5 4甲中拉力对a 对b做功不为零 但代数和为零 ab系统机械能守恒 如图4 5 4乙所示 a b间及b与接触面之间均光滑 a自b的上端自由下滑时 b沿地面滑动 a b之间的弹力做功 对a或b机械能均不守恒 但对a b组成的系统机械能守恒 图4 5 4 4 应用机械能守恒定律解题的一般步骤 1 确定研究对象 就是要明确以哪几个物体组成的系统为研究对象 2 正确分析研究对象内各物体所受的力 分析时应注意 重力 弹力 摩擦力都是成对出现的 分清哪几个力是内力 哪几个力是外力 3 看外力是否对物体做功 内力中有没有重力和弹力以外的力做功 由此即可以判断系统的机械能是否守恒 4 按机械能守恒定律列出方程并求解 2 如图4 5 5所示 某人用平行斜面的拉力将物体沿斜面拉下 拉力大小等于摩擦力大小 则下列说法正确的是 a 物体是匀速下滑b 合外力对物体做的功等于零c 物体的机械能减少d 物体的机械能保持不变解析 物体在斜面上运动 虽然有拉力和摩擦力做功 但两者做功相互抵消 整个过程相当于只有重力做功 所以物体的机械能保持不变 答案 d 图4 5 5 打点计时器 毫米刻度尺 重力 图4 5 6 3 实验过程 1 实验步骤 安装 将打点计时器固定在铁架台上 用导线将打点计时器与低压交流电源相连接 接电源 打纸带 把纸带的一端在重物上用夹子固定好 另一端穿过打点计时器的限位孔 用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近 接通电源 待打点稳定后松开纸带 让重物自由下落 重复几次 打下3 5条纸带 选纸带 选取点迹较为清晰的 挑选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点 并依次标上0 1 2 3 数据测量 测出0到点1 点2 点3 的距离 即为对应的下落高度h1 h2 h3 5 误差分析 1 本实验的误差主要是由于纸带测量产生的偶然误差和重物 纸带运动中空气阻力及纸带与打点计时器摩擦阻力引起的系统误差 使动能的增加量稍小于势能的减少量 2 测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差 安装打点计时器时使两限位孔中线竖直 并且选择质量适当大些 体积尽量小些的重物来减小系统误差 3 打点计时器周期变化带来误差 3 下列关于 验证机械能守恒定律 实验的实验误差的说法正确的是 a 重物质量的称量不准会造成较大误差b 体积一定的条件下重物质量选用得大些 有利于减小误差c 重物质量大小不影响误差大小d 先释放纸带后接通电源会造成较大误差 答案 bd 例1 如图4 5 7所示 下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 图4 5 7 a 甲图中 物体a将弹簧压缩的过程中 机械能守恒b 乙图中 物体b在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时 机械能守恒c 丙图中 不计任何阻力时a加速下落 b加速上升的过程中 a b组成的系统机械能守恒d 丁图中 小球沿水平面做均匀圆锥摆运动时 机械能守恒 思路点拨 解答本题时应注意以下三点 1 判断机械能守恒的研究对象 2 判断机械能守恒的研究过程 3 机械能守恒应满足的条件 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错误 乙图中物体b除受重力外 还受支持力 拉力 摩擦力 但当拉力与摩擦力相等时 除重力之外的三个力做功的代数和为0 故物体b机械能守恒 b正确 丙图中绳子的张力对a做负功 对b做正功 两者代数和为0 又不计任何阻力 故a b机械能守恒 c正确 丁图中小球的动能不变 势能不变 故机械能守恒 d正确 答案 bcd 借题发挥 机械能守恒的条件不是合外力的功等于零 也不是合外力等于零 对于单个物体和地球构成的系统 从做功的力的特点去分析 对于多个物体构成的系统 从能量转化的角度去分析相对比较简单 1 2011 新课标全国卷 一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落 到最低点时距水面还有数米距离 假定空气阻力可忽略 运动员可视为质点 下列说法正确的是 a 运动员到达最低点前重力势能始终减小b 蹦极绳张紧后的下落过程中 弹性力做负功 弹性势能增加 c 蹦极过程中 运动员 地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒d 蹦极过程中 重力势能的改变与重力势能零点的选取有关解析 运动员在下落过程中 重力做正功 重力势能减小 故a正确 蹦极绳张紧后的下落过程中 弹性力向上 位移向下 弹性力做负功 弹性势能增加 故b正确 选取运动员 地球和蹦极绳为一系统 在蹦极过程中 只有重力和系统内弹力做功 这个系统的机械能守恒 故c正确 重力势能改变的表达式为 ep mg h 由于 h是绝对的 与选取的重力势能参考零点无关 故d错 答案 abc 例2 如图4 5 8所示 质量为m的木块放在光滑的水平桌面上 用轻绳绕过桌边的定滑轮与质量为m的砝码相连 已知m 2m 让绳拉直后使砝码从静止开始下降h 此时竖直绳长小于桌高 的距离 木块仍在桌面上 则此时砝码的速度为多大 思路点拨 对木块和砝码组成的系统 因只有砝码重力做功 系统的机械能守恒 图4 5 8 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 2 如图4 5 9所示 质量为m的物体 以某一初速度v0从a点向下在光滑的轨道中运动 不计空气阻力 若物体通过半圆形轨道最低点b点时的速度为3 求 1 物体在a点时的速度v0 2 物体离开c点后还能上升多高 图4 5 9 例3 在 验证机械能守恒定律 的实验中 打点计时器所用电源频率为50hz 当地重力加速度的值为9 80m s2 测得所用重物的质量为1 0kg 甲 乙 丙三个学生分别用同一装置打出三条纸带 量出各纸带上第1 2两点间的距离分别为0 18cm 0 18cm和0 25cm 可看出其中肯定有一个学生在操作上出现了问题 出现的问题是 若按实验要求正确地选出纸带如图4 5 10所示 相邻计数点的时间间隔为0 02s 那么 图4 5 10 1 纸带的 端与重物相连 填 左 或 右 2 打点计时器打下计数点b时 重物的速度vb 3 从起点o到打下计数点b的过程中重物重力势能的减少量 ep 此过程中重物动能的增加量 ek 4 通过计算 数值上 ep ek 填 或 这是因为 5 实验的结论是 6 若实验中所用电源的频率f 50hz 实验结果将会受到什么影响 解析 如果重物做自由落体运动 第1 2两点间的距离应接近于0 2cm 而丙同学的纸带上第1 2两点间的距离远大于这个值 说明重物在打第1点时已有速度 故丙同学在操作时出现的问题是先释放纸带后接通电源 答案 先释放纸带后接通电源 1 左 2 0 98m s 3 0 49j0 48j 4 实验中存在阻力 重物的重力势能不能完全转化为动能 5 在误差允许的范围内重物的机械能守恒 6 ek可能大于 ep 3 如图4 5 11是某同学探究 动