教科版必修二 第四章 4.5机械能守恒定律 课件（29张）.pptx

4 5机械能守恒定律 一 动能和势能的转化规律 观图助学 1 如图甲是滚摆及其运动的示意图 滚摆在上升过程中 重力做功情况如何 其动能与势能怎样变化 在下降过程中呢 2 如图乙所示 在光滑水平面上 弹簧左端固定 右端连接物体 弹簧被压缩到一定程度释放物体 在弹簧恢复到原长的过程中 弹力做功情况如何 弹性势能 物体的动能如何变化 物体以后运动过程中呢 1 重力势能与动能 只有重力做功时 若重力对物体做正功 则物体的重力势能 动能 转化成了动能 若重力做负功 则 转化为 2 弹性势能与动能 只有弹簧弹力做功时 若弹力做正功 则弹簧弹性势能 物体的动能 转化为动能 3 机械能 弹性势能和 的统称 表达式为e ek ep 减少 增加 重力势能 动能 重力势能 减少 增加 弹性势能 重力势能 动能 理解概念 判断下列说法是否正确 1 通过重力做功 动能和重力势能可以相互转化 2 通过弹力做功 动能和弹性势能可以相互转化 3 物体的机械能一定是正值 4 通过重力或弹力做功 机械能可以转化为其它能 二 机械能守恒定律1 内容 在只有 或 做功的物体系统内 动能和势能会发生相互转化 但机械能的总量 2 表达式 ep1 ek1 即e1 e2 理解概念 判断下列说法是否正确 1 物体所受的合力为零 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 3 人乘电梯匀速上升的过程 机械能守恒 4 不计空气阻力及摩擦力时 滚摆在运动过程中机械能守恒 重力 弹力 保持不变 ep2 ek2 机械能守恒条件的理解 观察探究 如图1所示 过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下 忽略轨道的阻力和其他阻力 图1 过山车下滑时 过山车受哪些力作用 各做什么功 动能和势能怎么变化 机械能守恒吗 答案过山车下滑时 如果忽略阻力作用 过山车受重力和轨道支持力作用 重力做正功 支持力不做功 动能增加 重力势能减少 机械能保持不变 探究归纳 1 对守恒条件的理解系统内部只有重力或弹力做功 没有摩擦力和其他内力 如炸弹爆炸时化学物质的作用力等 做功 即系统内部除发生重力势能或弹性势能与动能的相互转化之外 不会引起发热 发光或化学反应等非力学现象的发生 具体情况有 1 物体只受重力或弹力 不受其他力 如自由落体运动 2 物体除受重力或弹力外 还受其他力 但其他力不做功 如物体沿光滑固定的斜面下滑 物体受重力和支持力作用 但支持力不做功 3 对于物体系统来说 除系统内的重力和弹力做功之外 外力不做功 有内力做功 但内力做功的代数和为零 2 机械能守恒的判断方法判断机械能是否守恒的三种基本方法 1 做功条件分析法应用机械能守恒的条件进行判断 分析物体 或系统 的受力情况 包括内力和外力 明确各力做功的情况 若只有重力或弹力做功 没有其他力做功或其他力做功的代数和为零 则物体 或系统 的机械能守恒 2 能量转化分析法从能量转化的角度进行判断 若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化 机械能也没有转化成其他形式的能 如内能 则系统的机械能守恒 3 增减情况分析法直接从机械能的各种形式的能量增减情况进行判断 若系统的动能与势能均增加或均减少 则系统的机械能不守恒 若系统内各个物体的机械能均增加或均减少 则系统的机械能不守恒 试题案例 例1 多选 如图 物体m机械能守恒的是 均不计空气阻力 解析物块沿固定斜面匀速下滑 在斜面上物块受力平衡 重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡 摩擦力做负功 机械能减少 物块在力f作用下沿固定光滑斜面上滑时 力f做正功 机械能增加 小球沿光滑半圆形固定轨道下滑 只有重力做功 小球机械能守恒 用细线拴住小球绕o点来回摆动 只有重力做功 小球机械能守恒 选项c d正确 答案cd 判断机械能是否守恒应注意的问题 1 物体在共点力作用下所受合外力为0是物体处于平衡状态的条件 物体受到的合外力为0时 它一定处于匀速直线运动状态或静止状态 但物体的机械能不一定守恒 2 合外力做功为0是物体动能不变的条件 合外力对物体不做功 它的动能一定不变 但它的机械能不一定守恒 3 只有重力做功或系统内弹簧类弹力做功是机械能守恒的条件 只有重力或系统内弹簧类弹力做功时 系统的机械能一定守恒 针对训练1 下列实例中的运动物体 机械能守恒的是 均不计空气阻力 a 被起重机吊起的货物正在加速上升b 物体水平抛出去c 物体沿粗糙斜面匀速下滑d 一个轻质弹簧上端固定 下端系一重物 重物沿竖直方向做上下振动解析起重机吊起货物做匀加速上升运动 起重机对物体做正功 机械能增加 故a错误 平抛运动只有重力做功 机械能守恒 故b正确 沿着粗糙斜面 斜面固定不动 匀速下滑的物体 摩擦力做负功 机械能减少 故不守恒 故c错误 轻质弹簧上端悬挂 重物系在弹簧的下端做上下振动过程中只有重力和系统内弹力做功 故系统机械能守恒 但物体机械能不守恒 故d错误 答案b 观察探究 如图2所示是运动员投掷铅球的动作 如果忽略铅球所受空气的阻力 机械能守恒定律的应用 图2 1 铅球在空中运动过程中 机械能是否守恒 2 若铅球被抛出时速度大小一定 铅球落地时的速度大小与运动员将铅球抛出的方向有关吗 3 在求解铅球落地的速度大小时 可以考虑应用什么规律 答案 1 由于阻力可以忽略 铅球在空中运动过程中 只有重力做功 机械能守恒 2 根据机械能守恒定律 落地时速度的大小与运动员将铅球抛出的方向无关 3 可以应用机械能守恒定律 也可以应用动能定理 探究归纳 1 机械能守恒定律的不同表达式 2 应用机械能守恒定律的解题步骤 试题案例 例2 如图3所示 质量m 70kg的运动员以10m s的速度从高h 10m的滑雪场a点沿斜坡自由滑下 以最低点b所在的水平面为零势能面 一切阻力可忽略不计 取g 10m s2 求运动员 图3 1 在a点时的机械能 2 到达最低点b时的速度大小 3 相对于b点能到达的最大高度 例3 2018 青岛高一检测 如图4所示 ab是倾角 为45 的直轨道 cd是半径r 0 4m的圆弧轨道 它们通过一段曲面bc平滑相接 整个轨道处于竖直平面内且处处光滑 一个质量m 1kg的物体 可以看作质点 从高h的地方由静止释放 结果它从圆弧最高点d点飞出 垂直斜面击中p点 已知p点与圆弧的圆心o等高 g取10m s2 求 1 物体击中p点前瞬间的速度 2 在c点轨道对物体的压力大小 3 物体静止释放时的高度h 图4 答案 1 4m s 2 70n 3 1 2m 1 物体在a点时的速度大小 2 物体离开c点后还能上升多高 图5 非质点类物体的机械能守恒问题 1 在应用机械能守恒定律处理实际问题时 经常遇到像 链条 液柱 类的物体 其在运动过程中将发生形变 其重心位置相对物体也发生变化 因此这类物体不能再看成质点来处理 2 物体虽然不能看成质点来处理 但因只有重力做功 物体整体机械能守恒 一般情况下 可将物体