【优化方案】高中物理 第4章4 研究机械能守恒定律课件 沪科版必修2.ppt

4 2研究机械能守恒定律 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 4 2 课标定位 学习目标 1 能够分析动能和势能之间的相互转化问题 2 能够推导机械能守恒定律 3 会根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒 4 能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 重点难点 重点 机械能守恒定律的内容和应用条件 理解实验内容和实验过程 应用机械能守恒定律的解题步骤 难点 对机械能守恒定律实验的分析 判断机械能是否守恒 应用机械能守恒分析解决有关问题 课前自主学案 一 什么是机械能1 定义 物体的 与 之和称为机械能 2 表达式 e 二 研究机械能守恒定律1 重力势能可以转化为动能打桩机重锤在下落过程中 重力对重锤做 功 重锤的重力势能 在这个过程中 重锤的速度 了 表示重锤的动能 了 这说明 重锤原来具有的 转化成了 动能 势能 ek ep 正 减少 增加 增加 重力势能 动能 2 动能也可以转化为重力势能原来具有一定速度的物体 由于惯性在空中竖直上升或沿光滑斜面上升 这时重力做 功 物体的速度 表示物体的动能 了 但这时物体的高度 表示它的重力势能 了 这说明 物体原来具有的 转化成了 负 减小 减小 增加 增加 动能 重力势能 3 弹性势能与动能之间也能相互转化不仅重力势能可以与动能相互转化 弹性势能也可以与动能相互转化 被压缩的弹簧具有 当弹簧恢复原来形状时 就把跟它接触的物体弹出去 这一过程中 弹力做功 弹簧的弹性势能 而物体得到一定的 动能增加 弹性势能 减小 速度 4 机械能守恒定律 1 内容 在只有 或 做功的物体系统内 能与 能可以互相转化 而总的 保持不变 即e 恒量 2 适用条件 只有 做功或系统内 做功 3 表达式 重力 弹力 动 势 机械能 ek ep 重力 弹力 ek ep或ek1 ep1 ek2 ep2 思考感悟 飞流直下三千尺 疑是银河落九天 这是唐代大诗人李白对庐山瀑布的传神写照 如图4 2 1所示 你能从物理学的角度对这一过程进行描述吗 提示 水从高处流下 重力做功 重力势能转化为动能 因而形成飞流直下的壮观场面 图4 2 1 三 应用机械能守恒定律分析问题解题步骤1 根据题意 选取 物体或系统 2 明确研究对象的运动过程 分析对象在过程中的受力情况 弄清各力 情况 判断是否符合机械能守恒的条件 3 恰当地选取 确定研究对象在过程的起始状态和末状态的 包括动能和重力势能 4 根据 列方程 进行求解 研究对象 做功 参考平面 机械能 机械能守恒定律 核心要点突破 一 对机械能守恒条件的理解1 从能量转化的角度看 只有系统内动能和势能相互转化 无其他形式能量之间 如内能 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 具体表现在 1 只有重力 和弹簧弹力 做功 如所有做抛体运动的物体 不计空气阻力 机械能守恒 2 只有重力和系统内的弹力做功 如图4 2 2所示 在图甲中 小球在摆动过程中线的拉力不做功 如果不计空气阻力 只有重力做功 小球的机械能守恒 图4 2 2 在图乙中 a b间 b与地面间摩擦不计 a自b上自由下滑过程中 只有重力和a b间弹力做功 a b组成的系统机械能守恒 但对b来说 a对b的弹力做功 但这个力对b来说是外力 b的机械能不守恒 在图丙中 不计空气阻力 球在摆动过程中 只有重力和弹簧与球间的弹力做功 球与弹簧组成的系统机械能守恒 但对球来说 机械能不守恒 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 下列物体中 机械能守恒的是 a 被平抛的物体 不计空气阻力 b 被匀速吊起的集装箱c 光滑曲面上自由运动的物体d 物体以4g 5的加速度竖直向上做减速运动解析 选ac 选项a c情景下 只有物体的重力做功 机械能守恒 而选项b d中 由物体的运动状态可以判断 物体除重力外还受其他外力作用 且外力做功 物体机械能不守恒 所以a c正确 二 机械能守恒的应用1 守恒定律的多种表达式当系统满足机械能守恒的条件以后 常见的表达式有以下几种 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与势能之和 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 2 理解机械能守恒定律时应注意 1 机械能守恒是指系统能量守恒 系统能量应包括物体 地球两者共有的机械能 不是物体单独所具有的 2 应用条件 系统只有重力做功 无其他的内力 外力做功 系统机械能才守恒 若有其他内力或外力做功 但代数和为零 只能认为机械能不变 3 考虑了势能的变化 就不能再考虑重力或弹力做功 避免重复考虑 4 方程是标量方程 不存在分量式 在应用时只需要找出初 末状态的机械能 不管中间过程 5 表达公式中的v h都具有相对性 所有v应相对同一参考系 所有h应是相对同一零势能面而言的 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图4 2 3所示 粗细均匀 两端开口 内壁光滑的u形管内装有同种液体 开始时两边液面高度差为h 管中液柱总长度为4h 后来打开阀门让液体自由流动 不计液体间的摩擦阻力 当两液面高度相等时 左侧液面下降的速度为 图4 2 3 图4 2 4 4 实验的误差分析重物和纸带下落过程中要克服阻力 主要是纸带与计时器之间的摩擦力 计时器平面不在竖直方向 纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因 电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器 由于阻力的存在 重物动能的增加量稍小于势能的减少量 即 ek ep 交流电的频率f不是50hz也会带来误差 若f 50hz 由于速度值仍按频率为50hz计算 频率的计算值比实际值偏小 周期值偏大 算得的速度值偏小 动能值也就偏小 使 ek ep的结果 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 在利用重物做自由落体运动来验证机械能守恒定律的实验中 下列说法中正确的是 a 选重物时稍重一些的比轻的好b 选重物时体积大一些的比小的好c 实验时要用秒表计时 以便计算速度d 打点计时器选用电磁打点计时器比电火花计时器要好 解析 选a 选用的重物宜重一些 可以使重力远远大于阻力 阻力可忽略不计 从而减小实验误差 故a正确 重物的体积越大 下落时受空气阻力越大 实验误差就越大 故b错误 不需用秒表计时 打点计时器就是计时仪器 比秒表计时更为精准 故c错误 电磁打点计时器的振针与纸带间有摩擦 电火花计时器对纸带的阻力较小 故应选电火花计时器 d错误 课堂互动讲练 下列关于机械能是否守恒的说法中正确的是 a 做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒b 做匀加速直线运动的物体的机械能不可能守恒c 运动物体只要不受摩擦力作用 其机械能一定守恒d 物体只发生动能和势能的相互转化 物体的机械能一定守恒 精讲精析 匀速运动的物体只是动能保持不变 但不能确定其势能是否变化 例如 匀速竖直上升的物体 重力势能增加 机械能增加 选项a错误 物体做匀加速直线运动 机械能可能守恒 例如 物体做自由落体运动 物体沿光滑斜面加速下滑 机械能是守恒的 选项b错误 运动物体不受摩擦力作用 只能说明没有机械能向内能的转化 但不能保证没有其他外力对物体做功而引起物体机械能的变化 例如 起重机把物体从地面上吊起 物体的机械能增加 选项c错误 物体只发生动能和势能的相互转化 说明只有物体系统内的重力或弹簧弹力做功 没有其他力做功 故机械能一定守恒 选项d正确 答案 d 方法总结 判断机械能是否守恒 关键是看都有哪些力做功 机械能守恒常见的情况有 一是物体只受重力作用 二是物体虽然受到除重力以外的其他力作用 但其他力不做功或做功的代数和为零 如图4 2 5所示 一很长的 不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮 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 高度为h 此时轻绳刚好拉紧 从静止开始释放b球后 求a球可能达到的最大高度为多少 图4 2 5 答案 1 5h 方法总结 1 利用哪种表达式列机械能守恒定律的方程要视具体情况而定 千万不要把几种表达式混在一起列式 2 利用守恒的观点列方程 需要事先规定重力势能的零位置 从转化或转移的角度来看 需要明确能量是从什么形式转化为什么形式 从哪一个物体转移到哪一个物体 这样 才能正确列出方程 2 若实验中所用重锤的质量m 1kg